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我国高超声速导弹技术性能猜析

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中国试验的是什么性质的高超声速导弹?

目前世界上的高超声速导弹主要有两种,一种是美国研制的X-51高超声速巡航导弹,采用冲压发动机,由飞机机载到高空发射;另一类就是美国的HTV-2型高超声速导弹,采用火箭助推一滑翔的方式。

两者的根本区别就是高超声速巡航导弹采用冲压发动机作为动力,而助推一滑翔导弹采用无动力滑翔技术,未来可能有采用火箭发动机或超燃冲压发动机提供辅助动力。在有动力辅助的情况下,也并非在滑翔段全程使用动力,要不然就不叫“滑翔”而改叫“助推”或“巡航”飞行了;辅助动力主要在机动变轨的时候使用,包括在末端机动时。所以根据外媒对中国高超声速导弹的描述来看,中国此次试验的是类似于美国HTV-2的无动力助推一滑翔式导弹。

助推一滑翔式高超声速导弹的工作过程

如果我国这次试射的是美国HTV-2一类的助推-滑翔导弹,那么它的工作过程应与HTV-2的相似。在助推器点火升空后,助推滑翔导弹持续进行有动力飞行,并在三级或两级助推器陆续关机后,导弹(滑翔弹头)开始进入大气层外的无动力飞行阶段。当飞行到弹道最高点后,开始向下沿抛物线飞到临近空间,之后滑翔弹头开始在临近空间进行远距离的滑翔飞行,并最终俯冲和攻击目标。

滑翔段从进入临近空间(距地表20千米至100千米的空间)的上层时开始的。整个滑翔段分为两种:一种是较平滑的,跳跃较少的,另一种是大起大落的,全程跳跃的。无论哪种情况,都是在最后阶段突然向目标发起俯冲攻击。目前,助推-滑翔导弹采用无动力滑翔技术,未来不排除采用火箭发动机或超燃冲压发动机提供辅助动力。

采用“乘波体”弹体设计是高声速导弹的最优选择

目前尚不清楚我国高超声速导弹采用何种外形设计,不过参考国外对高超声速导弹的研究,不难发现一些共同之处。美国和俄罗斯从20世纪50年代就开始进行了相关研究,包括对其外形进行了诸多探索。这些研究的成果表明,类似于HTV-2的乘波体是战略助推一滑翔导弹的最佳外形选择,而双锥体则是战术助推一滑翔导弹的最佳外形选择,都有弹翼和控制翼面。

以美国HTV-2高超声速导弹为例,它的形状呈一个头部尖锐的等腰三角形,这种独特的气动布局被称为一体化设计――整个机身结构看上去是一个整体,没有传统气动布局飞行器那样独立的机翼和尾翼,发动机也没有明显而独立的尾喷口及动力舱结构,而是与流线形的机身融为一体。HTV-2之所以采用这种独特的气动外形设计,主要是为了适应高超声速飞行,它完全摒弃了传统飞机的气动升力原理,转而采用了全新的乘波体气动布局理论。这种布局不依赖于传统的气动升力,而是通过机身前部的倾斜平坦机腹、楔形机头共同作用,将前方高速气流进行压缩,把高速飞行中产生的超声速激波压在机腹下,利用激波的反弹力为飞行器提供足够的升力,HTV-2则像小船一样,乘着激波之上“破浪”前行。这种乘波体布局,不需要在飞机布局中突出传统的升力面,同时也能很好克服高超声速飞行时急剧增大的阻力。

打击目标效果并非越快越好

由于高超声速导弹速度高达5马赫以上,因此有一种观点认为,它仅凭动能碰撞就可以产生巨大的能力,其效果可能不弱于常规弹头的爆炸威力,但事实并非这样。高超声速导弹并不是“标准”-3反导那样的动能碰撞弹。相反,它可以根据作战需要,灵活选择侵彻战斗部、布撒型战斗部以及ISR战斗部(指携载情报、监视和侦察设备等有效载荷的战斗部)等多种多样的战斗郜。例如,用它来攻击机库这样的隐蔽目标时,需要穿过钢筋混凝土掩体进入机库内部,这时候就需要侵彻型战斗部,而要破坏机场跑道这样的目标,则需要选择布撒型战斗部,采取延时引爆,才能达到最好的杀伤效果。这一点同普通导弹并无多大区别。

而且很多时候,高超声速并不能够增加威力,反而会为攻击目标带来一定的难度,比如说,当它攻击军舰时,很可能会一弹两孔,直接穿透过去,攻击效果反而不好,这时候就需要采取两种措施来确保作战效果:一是适当降低撞击目标的速度,以增加精确瞄准效果和控制侵彻效果;二是加装智能延时爆炸引信,当弹头钻入目标一定深度时会适时发生爆炸,以取得最佳杀伤效果。

战略武器还是战术武器

目前高超声速导弹的重量相对于弹道导弹而言要小的多,以美国X-51为例,载荷只有700多千克,因此其携带战斗部的重量和威力自然也就远逊于弹道导弹。从国外的发展情况来看,助推一滑翔高超声速导弹从一开始发展就被归属于常规武器,重点用于对高价值目标的远程精确打击,而不是大规模杀伤。当然这并非绝对,随着现在核弹头的小型化,高超声速武器未来完全也有可能携带核弹头执行战略打击任务。战略还是战术,不会是因为是巡航或者弹道决定的,关键是取决于作战使用。

高超声速导弹滑翔段最不易拦截

据外媒报道,中国高超声速的飞行轨迹大致分为三个阶段:一是助推飞行段,这个阶段与传统的弹道导弹完全相同,红外特征明显,易被反导系统发现,但至今尚无有效的拦截手段;二是自由飞行中段,即所有的助推器关机后的、向弹道最高点的爬行阶段和从弹道最高点向下飞行的下降阶段,这个阶段由于处于大气层外,飞行环境十分“干净”,而且飞行时间比助推段的长一些,飞行轨迹采用可预测的抛物线式,较容易识别和拦截;不过,俄罗斯等先进国家可在此阶段采用机动变轨技术,使其飞行轨迹变得不同于抛物线形式,同时携载复杂诱饵的弹头,从而增加了拦截难度,这就是为什么美国地基中段导弹防御系统自实战部署以来至今还处于作战鉴定试验阶段的原因;三是自由滑翔阶段,这个阶段主要在临近空间顶层飞行,飞行环境十分复杂,而且弹头在大气层内外不停地高速机动滑翔、跳跃,再加上诱饵的释放使拦截变得极其复杂,因此是最难拦截的飞行阶段。

技术难点

在技术层面实现的难度较大,这也是美国HTV-2计划在经历四次并不成功的飞行试验后终止的主要原因。目前美国正在根据2012年夏天开始的“综合高超声速”计划继续发展助推一滑翔高超声速技术。这种新型导弹的主要关键技术点包括:一是热防护技术,由于再入弹头不同于传统的弹道导弹弹头直接穿越大气层击中目标,而是一种较平滑或跳跃式的弹道在大气层内滑翔更长时间,因此对再入弹头的热防护技术提出了更高要求,美国HTV-2导弹的飞行试验就对其热防护技术进行了评估;二是飞行控制技术,为了满足再入弹头反复进入大气层内外所带来的复杂控制需求,要求再入弹头采用气动控制与直接力控制复合控制技术;三是弹头布撒技术,助推一滑翔高超声速导弹可携载布撒型弹头等多种弹头,为了实现对子母弹头的布撒以成功突防和击中目标,导弹必须在高速飞行与准确击中目标之间寻找平衡;四是制导导航技术,主要采用惯异+GPS+雷达或红外末制导等复合制导技术;五是推进系统技术,将采用非爆震的新型固体推进剂等;六是飞行中通信技术,这种技术将使飞行中的目标重新瞄准和捕获、毁伤评估成为可能;七是目标毁伤技术,包括对各种固定目标和移动目标的毁伤技术。为了突破上述技术难点,我国今后还将进行更多的高超声速导弹飞行试验。