高超音速飞跃九天之上

　　高超音速飞跃九天之上
　　当太空战机、激光武器、电磁炮和战斗机器人等以往只出现在科幻作品中的ldquo；大玩具rdquo；离现实越来越近时，高级超高音速武器项目在全球的开发愈演愈烈，以美国为首的军事强国更是对其情有独钟。高级超高音速武器项目是陆军用于开发全球即时打击能力的武器项目。全球即时打击能力指的是利用洲际弹道导弹、超高速巡航载具等运送精确制导的常规弹头，对位于全球任何地点、只有很窄攻击窗口的高价值目标实施精确打击，从发起攻击至攻击结束，所用时间不超过1小时。美国政府认为，全球即时打击武器是在削减核武器的同时维持成慑能力和快速打击能力的一种办法。美国陆军已成功试射了一枚能以5倍音速飞行、一两个小时内打击全球任何地点的高超音速导弹。九天之上的乘波者新颖的气动外彤为实现高速度、高升限、远巡航距离、强突防能力等目标，高超音速飞行器需要采用高升阻比和强机动性的气动外形。可供选择的方案有升力体、翼身融合体、轴对称旋成体、乘波体等，美军X51和ldquo；猎鹰rdquo；验证飞行器采用了乘波体。乘波体（Waverider）是指外形为流线形、所有前缘都具有附体激波的高速飞行器。通俗地讲，乘波体飞行时其前缘平面与激波的上表面重合，就像骑在激波的波面上，依靠激波的压力产生升力。如果把大气层边缘看作水面，乘波体飞行时就像是在水面上打水漂。外形为乘波体的高超音速飞行器，具备三个显著的气动特性：低阻、高升力和大的升阻比。与常规外形的飞机、导弹相比，乘波体飞行时下表面受到的压力远高于上表面，从而形成非常大的升力。也就是说，乘波体飞行器不用机翼产生升力，而是靠压缩升力和激波升力飞行，像水面由快艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。超音速飞行形成的激波不仅是阻力的源泉，也是飞行器ldquo；踩rdquo；在激波锋面的背后ldquo；冲浪rdquo；的载体。独特的飞行方式因此，3060公里的高空ldquo；走廊rdquo；是高超音速飞行器长时间远距离飞行的理想空间，在这个ldquo；走廊rdquo；短暂启动发动机，推动飞行器再次爬升、回落、再爬升，如此周而复始，每两分多钟进行一次ldquo；跳跃rdquo；，每一跳约450公里，这样在两小时内可以到达全球任何地点。这种在稠密大气层上方如ldquo；打水漂rdquo；般跳跃飞行的方式，不仅节省燃料，而且大大减轻高超音速飞行的气动加热。飞行器可利用其高升阻比气动外形进行大范围滑翔机动，规避拦截火力，并在适合位置释放出携带的弹药，对目标进行精确打击。改变未来作战模式高速灵活精确集于一身美空军航天司令部发布的评估报告认为，如果使用ldquo；猎鹰rdquo；这样的武器系统，在接到作战命令后，两小时内只需从美国本土发射4架携带小直径炸弹或自主搜寻攻击弹药的高超音速飞行器，即可达到1986年动用海空军百余架战机突袭利比亚ldquo；黄金峡谷rdquo；作战行动的效果。威慑力不逊核武器冷战结束后，美国将ldquo；三位一体rdquo；的战略打击体系调整为ldquo；新三位一体rdquo；，把核与非核战略武器、主动与被动的防御系统和灵活反应的国防基础设施作为新的战略支柱。英国空战专家汤姆middot；库柏曾说过，核弹头是人类追求武器威力的极限，而高超音速飞行器则是人类追求武器速度的极限。军事专家相信，高超音速武器一旦成熟，它带给军事世界的冲击绝不会亚于当年的核武器。甚至可以说，如果美国凭借高超音速武器一家独大，世界将会变得更加危险，因为有核的情况下世界或许还可处在ldquo；危险的均衡rdquo；中。但无核时代，ldquo；常规武器rdquo；由于技术的活跃而变得更加容易失控，这可能比核武器更危险。ldquo；高超一族rdquo；浮出水面自从高超音速技术在上世纪90年代取得重大技术突破，军用高超音速飞行器正在得到全方位发展，主要研制目标是高超音速巡航导弹、高超音速飞机、空天飞机和高超音速弹药。高超音速巡航导弹可在短时间内打击弹道导弹阵地等难以快速移动的目标，2540千米之间的飞行高度也使现有防空系统难以拦截。高超音速飞机则可在短时间内到达全球任何地点执行攻击、侦察和运输等任务。它具备的快速反应能力和打击能力有强大的威慑力，并对未来战略平衡和战争形态产生巨大影响。空天飞机是能在大气层内和太空中均可飞行的航空航天器，由于需要进入太空轨道，其飞行速度必然要高于20倍音速，也属于高超音速飞行器。实际部署尚待开发技术大跨越三大难点支撑高超声速武器巨大作战效能的是不可思议的速度，飞行要跨越亚音速、跨音速、超音速阶段，才能进入高超音速。当飞行器从稠密大气层冲向稀薄大气层时，空气密度的巨大变化给飞行器的研制带来巨大困难。超音速技术必须突破多个难题才能释放威力。首先是动力难题。高超音速技术主要选用超燃；中压发动机作为推进系统，高超音速空气在燃烧室中的滞留时间通常只有1。5毫秒左右，每次工作窗口极其狭窄，要在这样短的时间内将其压缩、增压，并与燃料在超音速流动状态下均匀、稳定地混合和燃烧十分困难。目前，即便对美军而言超燃冲压发动机也离实用化有一定距离。其次是气动加热难题。以速度可达20马赫的ldquo；猎鹰rdquo；为例，其飞行时与大气层的摩擦就会使外壳要承受近2000的高温，超过钢的熔点，其他部位的温度也将在600以上，必须综合利用多学科的计算、试验等手段解决真实飞行环境下的气动加热问题。结构材料也是个难题。高超音速飞行器要在尽可能地减轻结构重量情况下克服气动加热问题。耐高温、抗腐蚀、高强度、低密度的结构材料对于研制高超音速飞行器是必须突破的关口，甚至会使用航天器的结构与材料。ldquo；猎鹰rdquo；两度折趣重生希望犹存此前有报道指出，在第一次试飞失败后，承包商洛克希德一马丁公司曾计划修改HTV2，位工程师强调：ldquo；令大家头疼的是，如果改变这种飞行器的外形，可能就意味着取消整个计划hellip；hellip；为了第二次试飞，我们已调整飞行器的重心，减少它的攻角，同时便用氮气喷射反作用力技术增强控制能力，以确保飞行的稳定性。rdquo；但随后发生的事实显示，虽然发射、分离和再入成功，第二次试飞同样是在发射后9分钟这个关键时间点出现故障，有观察人士据此判断，HTV2其实并未进行多少实质改进。尽管DARPA曾表示并无制造第三架ldquo；猎鹰rdquo；的打算，项目主管、空军少校克里斯lsquo；舒尔茨仍显得很有信心：ldquo；尽管测试结果不算完美，我相信终归会有解决方案，必须从中汲取教训。初步评估表明，这两次飞行的故障并无直接关联。rdquo；分析认为，类似的超高音速飞行器之所以难产，最根本的症结在ldquo；心脏rdquo；与ldquo；皮肤rdquo；（动力系统与防热外壳）上；只要该项目不因经费削减而被冻结，问题完全有希望随着时间的推移得到逐一解决。空天一体是矛也是盾乎没有交集。因此建立独立的ldquo；天军rdquo；，还是在空军基础上建设空天一体力量，成了应对太空军事威胁的两种思路。然而随着高超音速飞行器的军事潜能逐步显露，高度在25千米到在早些的军事理论中，从地面往上25千米之内属于航空空间，100千米以上属于航天空间，两者100千米、此前很少被开发利用的ldquo；临近空间rdquo；也将成为新的作战舞台。这不仅模糊了现行国际法中ldquo；领空rdquo；的概念，同时也使航空与航天在未来战争中将不再是相互割裂、互不穿插的两个部分。航空力量和航天力量的使用，将随着高超音速飞行器的应用而走向一体化。如果空军和天军两个军种并存，各自为战，那么随着敌方高超音速飞行器在航空空间、临近空间和航天空间来回穿梭，情报传递和指挥权限也将来回切换，易造成扯皮、延误甚至混乱，降低作战效率，几乎无法实现及时预警和拦截。此外，独立的ldquo；天军rdquo；还需要一套独立的指挥、装备、行政、人员培养等体系，对资源是极大浪费。进入新世纪新阶段，中国人民空军按照经略空天的战略定位，突出空天制衡，增强战略积极性、灵活性和有效性，加速实现向空天一体型空军的战略转变。未来，中国空军将以ldquo；天基信息进座舱rdquo；为重点，着力形成天基信息支援下的航空空间攻防作战能力；以高超音速飞行器为重点，以临近空间作战能力建设为突破口，初步建设空天一体化武器装备体系；发展现代防空反导体系和国家空天防御体系，提高塑造并保持空天战略态势，遏制空天现实威胁，促进地区乃至全球空天局势稳定的能力。突破音速会怎样？音障是指飞行器速度接近音速时，会追上自己发出的声波造成震波，进而对加速产生障碍的现象。进入超音速后，航空器前端会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来有如爆炸一般，称为音爆或声爆。音障是一种物理现象，当物体（通常是航空器）的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果，会造成震波（Shockwave）的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。突破音障进入超音速后，从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来这股震波有如爆炸一般，故称为音爆或声爆《SonicBoom》。强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害，对于飞行器本身伸出；中击面之外部分也会产生破坏。除此之外，由于在物体的速度快要接近音速日寸，周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦物体穿越音障后，周围压力将会陡降。在比较潮湿的天气，有时陡降的压力所造成的瞬间低温可能会让气温低于它的露点（DewPoint）温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看来就像是云雾般的状态。但由于这个低压带会随着空气离机身的距离增加而恢复到常压，因此整体看来形状像是一个以物体为中心轴、向四周均匀扩散的圆锥状云团。当全球的军事竞争中心，由破坏力最强的核武器转为速度最快的高超音速飞行器时，ldquo；高超音速rdquo；成为全世界人们眼中的热点词汇。然而，军事毕竟离普通民众有些距离，如果ldquo；高超音速rsquo；rsquo；应。用于商用航天飞机，是不是更能被接受？不过，高超音速飞机很大程度上仍然是个概念性交通工具，它在人们的能力范围之内，相关技术是具备的。真正的困难在于将绘图板上的设计转变为空中的飞机需要巨资。