2023年高超声速技术的国际发展态势与前景展望

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王俊伟韩丛英黄玉薇刘津玮何译宁

(北京海鹰科技情报研究所,北京 100074)

DOI:10.16358/j.issn.1009-1300.20240503

本文将刊于《战术导弹技术》,此为网络首发版本。

 摘 要为研究国外高超声速领域最新发展现状和趋势,系统梳理了2023年世界主要国家在高超声速技术领域的重要动向。通过综合分析国外官方机构和权威网站报道,以及预算文件等信息,从发展规划、预算投入、组织管理、装备研发、技术创新、试验能力、工业能力、基础/应用研究等多维度,梳理了美国、俄罗斯、英国、法国、日本、加拿大、瑞士和伊朗等国家2023年在高超声速技术领域的重大进展。研究结果表明,2023年,国外高超声速技术发展势头依然强劲,高超声速导弹仍是多国当前发展重点,重复使用高超声速飞行器研制获重视,并提速发展。高超声速试验能力增强,高超声速工业基础不断夯实,保障高超声速技术长远发展。
 关键词高超声速;导弹;重复使用高超声速飞行器;试验能力;工业能力;基础研究

引言

2023年,世界主要国家在高超声速技术发展上持续发力,美国调整空射高超声速导弹技术路线,陆基型号部署推迟;俄罗斯“锆石”高超声速导弹部署,在乌克兰危机中多次使用“匕首”高超声速导弹;英国建立高超声技术能力开发框架,加速高超声速武器技术成熟;法国高超声速滑翔飞行器成功首飞,日本正式启动两型高超声速导弹型号研制,印度高超声速巡航导弹技术研发展露新动向,伊朗亮相两型高超声速弹道导弹;同时美、加拿大、瑞士等国持续推进高超声速飞机研制。整体上,国外大部分国家高超声速导弹技术处于武器化关键时期;提升了对重复使用高超声速飞行器技术重视程度,加速技术验证与型号研制。

1 美国加快构建高超声速技术发展生态,加速高超声速技术武器化进程与技术创新
 

2023年,美国高超声速助推滑翔导弹研制受挫,空军乘波体滑翔弹头“空射快速响应武器”3次全备弹试验失败后被搁置,发展重心转向高超声速巡航导弹;陆军双锥体滑翔弹头“远程高超声速武器”两次部署前关键试验取消,2023年底部署目标未实现。海军持续推进平台改装工作,为高超声速导弹入役作准备。相比之下,美国高超声速巡航导弹进展顺利,空军、海军高超声速巡航导弹均完成初步设计审查,马上进入工程研制。美国高超声速飞机研制加速,已开展样机地面试验,计划2024年试飞。另推动高超声速先进技术发展,广泛布局结构、材料、动力、导航制导与控制、冷却技术等方面的基础/应用研究;提升地面/飞行试验能力,弥补试验需求与能力间的差距;夯实工业基础,支撑未来高超声速飞行器低成本量产。

1.1 持续将发展高超声速技术列为优先事项,加快武器化与实战化进程

2023年10月,美国防部研究与工程副部长徐若冰在“美国国防中的高超声速技术”线上活动上称,“高超声速武器速度快、机动性好,可投送高毁伤有效载荷,是改变游戏规则的下一代武器。中俄已在高超声速武器上投入巨资,美国也需这么做,以保持技术优势”。徐若冰提出,为在高超声速武器竞争中获胜,美国一是要投资培养训练有素的杰出人才来管理高超声速项目;二是要与企业、高校建立密切的合作关系,确保武器从研发阶段顺利过渡到在战场上投入使用;三是要更加灵活、敏捷地与工业界合作;四是要更好地了解作战人员需求,向其提供所需能力[1]。

1.2 保持高额经费投入,保障高超声速技术研发[2]

据2024财年国防预算申请文件,美国防部在2024财年为高超声速领域共申请45.72亿美元,加上美国会众议院2023年7月为2024财年高超声速技术领域增加4.76亿美元,使美国2024财年高超声速技术领域预算总额达50.49亿美元,较2023财年批复额51.26亿略有下降,但仍保持高位经费投入(见图1)。其中,根据预算文件统计出的美军高超声速打击武器技术经费共20.75亿美元,占比45.4%,高超声速打击武器仍是美现阶段发展重点。

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▲ 图1   2018-2024财年美军高超声速技术领域科研预算经费投入总体情况

1.3 成立新机构,加强高超声速技术发展顶层统筹

3月,美国会众议院宣布重启“高超声速核心小组”,为国会议员及其工作人员提供平台,深入了解国防部现有高超声速技术工作,支持与高超声速研究和试验相关设施的现代化[3]。8月,美国防部工业基础政策办公室成立“创新能力和现代化团队”(ICAM),引导政府投资支持“羽翼未丰”的高超声速技术开发商,改进高超声速供应链,以及加强与国家实验室、大学间的联系,引进颠覆性技术,将高超声速飞行器生产成本削减30%~80%。ICAM特别关注5个高超声速技术子领域:热防护系统、超燃冲压发动机增材制造、电缆和电线、滑翔体子系统以及集成锻件和铸件。ICAM将通过购买新设备、优化和更新流程、培训降成本所需的人员等举措,实现上述目标[4]。

1.4 推进高超声速导弹研制部署,同步改装适配平台

(1)高超声速助推滑翔导弹试验失利,导致部署推迟、项目搁置 2023年3月、9月和11月,美陆军“远程高超声速武器”项目尝试开展3次“联合飞行试验”-2(JFC-2),验证实弹及地面操作系统全盘性能,但均因飞行前检查出部件问题取消,2023年底部署未实现[5]。2023年,美空军“空射快速响应武器”3次全备弹试验失败,美空军决定不采购该型导弹[6-7],具体情况如下:3月,美空军开展“空射快速响应武器”第2次全备弹飞行试验,空军透露未达到所有试验目标,空军采购主管亨特称,“空射快速响应武器”完成飞行试验后,空军不会采购该导弹;8月和10月,美空军又相继开展了第3次和第4次全备弹飞行试验,但都未对外透露是否达到预期目标。

(2)高超声速巡航导弹技术验证持续深化,型号研制进展顺利 技术验证方面,一是深化高超声速巡航导弹关键技术研究。1月,DARPA完成洛马公司“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)样弹第2次自由飞试验,样弹由B-52H载机发射,实现飞行高度约18 km,射程约556 km,飞行速度达马赫数5以上。7月,DARPA向雷锡恩公司追加价值8100万美元的“高超声速吸气式武器概念”合同,继续支持技术开发,推动高超声速巡航导弹关键技术进一步成熟[8]。二是攻研旋转爆震动力等先进技术。9月,DARPA授予雷锡恩公司价值2900万美元的“牌王”(Gambit)高超声速导弹第2阶段研制合同[9],“牌王”以“旋转爆震发动机”(RDE)为动力,有望在燃油效率、射程、速度等方面大幅提升,未来将由第四代战斗机发射,所有工作计划两年内完成[10]。三是开发更优性能的高超声速巡航导弹。“一次性高超声速吸气式演示器”(Mayhem)由莱多斯公司牵头开发,卡尔斯潘、德雷珀实验室、克拉托斯公司、密歇根大学均有参与。

1月,德雷珀实验室表示,正运用“基于模型的工程”(MBE)方法,模拟高超声速飞行中高热、高速极端条件,探索高超声速系统性能包络[11];同月,卡尔斯潘公司加入Mayhem研究团队,负责监督、整合推进系统开发工作,包括监督吸气式推进系统试验活动,提升推进技术成熟度[12]。

3月,密歇根大学加入Mayhem研究团队,负责运用“基于模型的系统工程”(MBSE),开发虚拟生态系统。 型号研制方面,美推进空军“高超声速攻击巡航导弹”(HACM)和海军“高超声速空射进攻性反舰导弹”(HALO)研制,谋求分别在2027年、2029年部署,增强应对“反介入/区域拒止”威胁能力[13]。一是美空军“高超声速攻击巡航导弹”开始样机制造,并展示部分导弹细节。3月,美空军部长肯德尔称,空军高超声速导弹技术关注重点将聚焦至高超声速巡航导弹技术,更致力于“高超声速攻击巡航导弹”开发,尽快为空军提供高超声速打击能力[14]。5月,空军发布招标文件,将通过价值2550万美元的中间层采办合同,为“高超声速攻击巡航导弹”寻求技术支持,包括武器分析、与平台集成、软件更新、建模模拟和分析等;同月,美空军称,正在进行HACM子系统地面试验,并开始硬件制造。

9月,美空军首次展示雷锡恩公司HACM样机(见图2),图2显示助推级与巡航级连接部分分布有控制舵[15]。12月,美空军授予雷锡恩公司一份价值4.08亿美元的修改合同,支持HACM开发,并透露2023财年研究资金已达2710万美元,全部工作2028年12 月完成。二是美海军“高超声速空射进攻性反舰导弹”完成初步设计审查,即将进入工程研制阶段。3月,美海军向洛马和雷锡恩公司授出总价值1.16亿美元的研制合同,支持完成初步设计审查。5月,美海军透露希望通过中间层快速原型样机采办方法,谋求在5年内快速部署。7月,美海军发布HALO导弹工程研制征询书,支撑后续工程研制。12月,美海军“高超声速空射攻击反舰导弹”完成初步设计审查[16]。

(3)持续推进高超声速导弹适配平台改装,为入役做准备 2月,美海军授予洛马公司价值11亿美元初始合同,将“中程常规快速打击武器”整合到“朱姆沃尔特”级驱逐舰上,该合同最高可达20 亿美元[17]。根据合同要求,洛马公司将提供发射系统、武器控制系统、全备弹以及与平台集成支持等服务。8月,美海军向亨廷顿英格尔斯造船厂(HII)授出价值1.55亿美元的合同,用于支持“朱姆沃尔特”级驱逐舰现代化改造,该合同计划于2025年9月完成,改造工作包括用4个直径约2.21 m的高超声速导弹发射筒,取代驱逐舰上原有的2个155 mm舰炮,每个发射筒可装载3枚高超声速导弹,即每艘“朱姆沃尔特”级驱逐舰可搭载12枚高超声速导弹[18]。12月,美空军寻求新挂架以挂载高超声速巡航导弹,其解决方案之一是对SUU-67/A挂架进行改装。

1.5 重复使用高超声速飞行器技术研发取得新进展,X-37B太空轨道机动飞行器开始第七次飞行

(1)高超声速飞机原型机开展地面试验,为试飞作准备 2023年,美赫尔米斯公司披露“夸特马”“黑马”等高超声速飞机发展新动向。1月,美赫尔米斯公司选择普惠公司F100发动机,作为“黑马”高超声速飞机“奇美拉”II“涡轮基组合循环”(TBCC)发动机的涡轮部分。10月,美赫尔米斯公司称,开始对“夸特马”高超声速飞机早期验证机“铁马”(Iron Bird)进行地面试验,试验动力系统和地面控制系统,为2024年试飞做准备[19]。11月,美国防创新小组在“高超声速和高节奏机载试验能力计划”(HyCAT)下,向赫尔米斯公司授出价值2300万美元的合同,支持“夸特马”高超声速飞机推进系统、热管理、发电和任务系统等关键技术成熟[20]。

根据赫尔米斯公司发展计划,将有序发展3型高超声速飞机,一是“夸特马”高超声速飞机,是一型小型验证机,长12.2 m,采用“奇美拉I”TBCC发动机,其中涡轮部分为GE公司的J85发动机,计划2024年试飞;二是发展一型名为“黑马”的中型机,长13.7 m,采用“奇拉美II”TBCC发动机,涡轮部分采用基于普惠F100发动机,具有多任务的灵活性,并可完全重复使用,计划2025年试飞;三是发展一型名为“翠鸟”的更大尺寸、20人座的高超声速客机,2029年试飞。

此外,5月,克拉托斯公司公布了一型名为“黑暗之怒”(Dark Fury)的高超声速飞机,计划2024年完成首飞,具体用途未透露。 (2)“追梦者”空天飞机即将首飞 2023年11月,NASA透露,由Sierra太空公司研发的第一架“追梦者”可重复使用空天飞机,计划最早于2024年3月在肯尼迪航天中心首次发射[21]。“追梦者”(见图3)是一架可重复使用的空天飞机,被设计在跑道上降落,包含一个消耗性货运舱,用于与SpaceX和诺格公司一起向国际空间站运送补给品,作为NASA商业补给服务2(CRS-2)合同的一部分。

(3)X-37B太空轨道机动飞行器开展第七次任务 12月,美太空军X-37B太空轨道机动飞行器(见图4)由SpaceX“猎鹰”9重型火箭发射升空,执行第七次任务。据披露信息,此次飞行任务包括但不限于“在新的轨道状态下操作飞行器、试验未来的太空领域感知技术、研究辐射对材料、植物种子的影响”等。

1.6 增强高超声速试验能力,支撑高超声速技术发展

2023年,美持续升级、新建地面试验设施,开发多型高超声速飞行试验平台,提升美高超声速地面试验与飞行试验能力。

(1)地面试验能力建设 6月,普渡大学“高超声速和应用研究设施”(HARF)投入使用,该设施拥有世界上首座马赫数8静音风洞,以及一座高超声速脉冲激波风洞。普渡大学称,新风洞可以更贴近真实环境条件,模拟高超声速飞行场景,模拟数据更加精确,有助于研究人员模拟高速推进发动机工作条件,开展高超声速导弹飞行姿态、航天器再入等相关研究[22]。8月,科罗拉多大学博尔德分校在等离子风洞上建造新实验室,该等离子风洞能够模拟航天器重返大气层时速度高达马赫数30、温度达9726 ℃条件下的等离子环境,帮助研究等离子体间如何进行电磁作用。

(2)飞行试验能力建设 建立高超声速飞行试验走廊。1月,美莫哈韦航空航天港计划开发一个通往太平洋靶场的高超声速飞行试验走廊,为高超声速飞行试验提供试验空间。莫哈韦航空航天港称,目标是通过一个高速走廊将所有的太空港连接起来。6月,美国会众议院军事委员会在《2024财年国防授权法案》中要求国防部研究“至少两条额外的高超声速试验走廊”,支持远程高超声速试验[23]。 研制高超声速飞行试验平台。一是“利爪”-A完成带动力版本带飞试验。

2023年1月,美平流层发射系统公司利用“大鹏”载机,开展了无动力“利爪”-A0(Talon-A0)第9次带飞试验,飞行时间为6 h,最大飞行高度达6860 m。4月,又开展了“利爪”-A0第10次带飞试验,飞行时间为5 h,探索了各种分离剖面,验证了载机及试验平台与基地通信资产间的遥测能力。5月,美平流层发射系统公司首次开展“利爪”-A0与载机分离试验,完成了各种滑行动作,最终坠落海中[39]。12月,有动力版本“利爪”-A1完成带飞试验(见图5),飞行时长3 h 22 min,符合预期[24]。

据美平流层发射系统公司计划,“利爪”-A1后续将开展自由飞试验,验证安全与载机分离、发动机点火以及高超声速飞行等流程,并支持测试“天空靶场”(SkyRange)飞行试验数据收集系统性能。未来还将制造“利爪”-A2,试验自主着陆和回收。美平流层发射系统公司研制的“利爪”-A高超声速飞行试验平台备受美军青睐,11月,美平流层发射系统公司获美海军合同,支持使用“利爪”-A搭载“多服务先进能力高超声速试验台”(MACH-TB)开展5次高超声速飞行试验[25],MACH-TB采用模块化载荷舱设计,每个载荷舱可同时试验至少7项高超声速技术。

二是在“高超声速和高节奏机载试验能力计划”(HyCAT)下发展高超声速飞行试验平台及发射系统。3月,美国防创新小组授予Fenix Space公司合同,开发名为HyCAT的可重复使用牵引发射系统,Fenix将该系统描述为“天空中的发射台”,由一架支线喷气式飞机在飞行中拖动飞行器,能够从现有机场按需发射,没有天气延误[26]。美国防创新小组表示,将高超声速飞行器拖到高空过了发射过程中最耗费燃料的阶段,降低了成本,并在操作地点和时间响应方面具有更大灵活性。同月,美国防创新小组向澳大利亚Hypersonix公司授出合同,资助开发DART AE(增材制造工程)飞行器,DART AE由单型氢燃料“斯巴达”(Spartan)超燃冲压发动机驱动,能以马赫数5~7的速度进行非弹道飞行,航程可达1000 km,飞行时间400 s。据透露,DART AE使用3D打印,长3 m,质量为300 kg,可携载一个质量达9.1 kg的模块化有效载荷舱,计划2024年试飞,未来将支持高超声速飞行试验[27]。

值得注意的是,Dart AE将和HyCAT发射系统配对,相关试验将在12~18 个月内进行。 提升高超声速飞行试验数据处理能力。8月,美国防部试验资源管理中心计划在北达科他州法戈赫克托机场建立高超声速导弹飞行试验数据处理中心。美北达科他州参议员霍文表示,基于“天空靶场”(Sky Range)无人机系统收集到的高超声速导弹飞行试验数据量十分巨大,需要一个安全数据处理中心进行数据传输,以及帮助研究人员更好理解和访问这些数据[28]。 提升火箭发射能力。4月,美火箭实验室推出“高超声速加速器亚轨道试验电子号”(HASTE)火箭,HASTE由“电子号”火箭演变而来,可针对特定任务定制整流罩,最大发射有效载荷达700 kg,将为美军提供功能更强大、频次更高且成本低的高超声速和亚轨道试验机会[29]。6月,火箭实验室运用HASTE火箭发射“多服务先进能力高超声速试验台”(MACH-TB),支持快速开展高超声速技术试验。11月,美国防创新小组与火箭实验室签署合同,利用HASTE运载火箭部署DART AE高超声速无人机。

1.7 提升高超声速工业能力,支持高超声速飞行器低成本量产

2023年,美通过加强顶层统筹、兴建生产设施、发展先进制造技术、增强供应链弹性等方式,多维提升高超声速工业能力。 加强顶层统筹。3月,美国防部发布“总统决议”,支持开发用于吸气式发动机、先进航空电子设备,以及“导航、定位与授时”(PNT)系统的先进制造技术,夯实美国高超声速工业基础。 兴建生产设施。3月,美国防部授予航空喷气·洛克达因公司价值2.16亿美元的固体火箭发动机设施扩建和现代化改造合同,用于支持制造流程现代化、整合生产线、设备购买、数据处理系统构建等方面工作。8月,诺格公司“高超声速能力中心”(HCC)投入使用,运用数字工程整合发动机制造流程,支持冲压发动机和超燃冲压发动机推进系统大规模低成本研产,将助力美空军高超声速攻击巡航导弹开发和生产[30]。 发展数字化制造能力。2月,美Aerobotix公司和澳大利亚自动化解决方案公司合作,开展高超声速导弹自动化开发、试验和制造。Aerobotix公司称已部署用于高超声速生产的机器人系统,可大幅减少成本和风险[31]。

4月,美海军研究办公室授予亚利桑那大学价值120万美元的合同,使用3D打印技术打印耐高温材料高超声速导弹部件。 增强高超声速供应链弹性。5月,美国防部授予诺格公司、通用电气公司和碳-碳先进技术公司(C-CAT)合同总价值为2500万美元的合同,用于夯实高超声速导弹工业基础。其中,通用电气获800万美元,用于提升高温/超高温复合材料生产能力以及设备现代化,合同周期39个月[32]。诺格公司获940万美元,用于扩大超高温复合材料生产能力,包括扩大生产设施,增加自动化瓶坯制造设备和高温炉。C-CAT公司获760万美元的,用于扩大制造空间,并购买制造大型复杂组件的设备,合同周期38个月。10月,美国防部选择X-Bow公司作为美陆、海军高超声速助推滑翔导弹固体火箭发动机来源供应商之一,增强高超声速武器固体火箭发动机制造能力、降低生产成本。

1.8 开展高超声速基础/应用研究,保持技术先进性

2023年,美国防部、各军兵种、NASA、企业、大学等在高超声速动力、材料、结构、导航制导、冷却技术等方面,取得多项重大进展。 动力技术方面,1月,NASA成功试验一型推力约1814 kg“的旋转引爆火箭发动机”,并透露后续将开发推力约4536 kg的版本,作为液体燃料火箭发动机的替代品,用于执行火星任务。2月,美国防部授予新前沿航空航天公司150万美元合同,继续开展Mjölnir火箭发动机研制工作,Mjölnir发动机是一型3D打印发动机,具有高推力重比,计划在2024年5月进行点火试验[33]。6月,美Velontra初创公司在普渡大学风洞中成功试验其高超声速涡轮冲压发动机,该发动机能以马赫数5以上速度提供推力,并且体积小,未来将集成至高超声速无人机上[34]。

6月,美国防部授予Spectre初创公司950万美元合同,发展高超声速等离子体辅助燃烧技术,提升发动机效率、稳定性和功率,同时降低环境影响和成本,计划两年内试飞第一台高超声速验证机[35]。6月,Venus Aerospace初创公司获空客投资,开发一型使用液体燃料的“旋转爆震火箭发动机”,未来将用于为高超声速客机提供动力,速度可达马赫数9[36]。9月,美海军研究实验室拨款45万美元,资助中佛罗里达大学国开发变形高超声速发动机,该发动机可在飞行过程中改变其配置,以最大限度地提高性能、功率、推力和射程。12月,通用电气公司演示验证一种先进推进概念,该概念涉及利用旋转爆震燃烧的双模冲压发动机设计,可为高超声速飞机和导弹动力提供新技术途径[37]。

材料技术方面,6月,美海军启动了“高超声速飞行器航空结构替代品联合加速”(Jahvaa)计划,旨在为高超声速飞行器热防护系统开发一种碳-碳材料替代品,同时大幅降低成本、加快交付速度[38]。7月,美轻量化材料制造创新研究所启动“高超声速热管理、材料加速项目”第2阶段工作,重点研究陶瓷基复合材料和预测金属材料性能。8月,Spirit公司与橡树岭国家实验室联合研究碳基和陶瓷基复合材料以及相应加工技术. 结构技术方面,8月,美阿诺德工程研究综合体(AEDC)在冯·卡门气体动力学设施支架上安装了一个楔形试验件,支持开展高超声速结构实验,研究高超声速飞行中可能发生的结构变形,以及产生的加热效果[39]。 导航技术方面,3月,美海军水面战中心克伦分部要求工业界提交解决方案,增强高超声速导弹系统的“定位、导航与授时”(PNT)能力,并试图评估用光学地形匹配作为PNT替代方案,以及使用机器学习修正惯性测量单元漂移问题[40]。

8月,美海军战略系统计划办公室寻求高超声速武器GPS替代方案,考虑使用光电/红外方式替代当前导航系统。 冷却技术方面,10月,DARPA资助雷锡恩公司,验证使用“出汗”技术冷却高超声速飞行器,“出汗”技术原理是使用人造孔,将冷却剂输送到导弹表面,达到冷却效果[41]。 此外,2023年,美国防部通过高超声速应用大学联盟,持续向多所大学授出高超声速基础/应用研究合同。如在1月,美国防部授予密苏里科技大学价值150万美元合同,用于量化高超声速系统计算模型的不确定性,减少对高超声速飞行器性能模拟的影响。

2 俄罗斯“锆石”高超声速导弹入役,继续在实战中使用“匕首”导弹并追求量产

2023年,俄罗斯“锆石”高超声速导弹正式列装,威慑能力进一步提升;在俄乌冲突中多次使用“匕首”高超声速导弹,同步追求“匕首”高超声速导弹量产。

2.1 “锆石”高超声速导弹列装并开展实战演练,生成作战能力

1月,俄在“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰上正式部署“锆石”高超声速导弹,“锆石”导弹速度可达马赫数9,射程超1000 km,可远程打击对手海上和陆上目标[42]。同月,俄海军称,在大西洋的一次演习中,成功模拟了“锆石”高超声速导弹杀伤链闭环,操作了发射指令下达后导弹舱门打开、导弹模拟发射等内容,演练了实际发射程序。8月,俄称正在新型“亚森”级核动力潜艇上部署“锆石”高超声速导弹。9月,装备有“锆石”高超声速导弹的“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰前往大西洋进行军事演习,使用“锆石”高超声速导弹对海上目标实施了打击。12月,俄海军向其北方舰队交付装备“锆石”导弹的“戈洛夫科海军上将”护卫舰,应对北约威胁。

2.2 “匕首”高超声速导弹多次实战化使用,同步提升量产能力补充库存

2023年,俄多使用“匕首”高超声速导弹,打击乌重要军事目标。1月,乌称俄向其发射了2 枚“匕首”高超声速导弹。3月,乌称俄向其发射6枚“匕首”高超声速导弹,多个地区关键基础设施遭到打击[43]。9月,俄披露首次使用苏-34战轰机发射“匕首”高超声速导弹打击乌克兰目标。此外,乌称多次拦截俄“匕首”高超声速导弹,5月,乌称成功拦截一枚“匕首”高超声速导弹,并披露残骸照片;12月,乌空军发言人因哈特称,乌击落了一枚“匕首”高超声速导弹[44]。俄多次出动“米格”-31战斗机携载“匕首”高超声速导弹进行演习或巡逻,提升威慑能力。1月,俄出动“米格”-31战机携载“匕首”高超声速导弹,参与与白俄罗斯的联合演习。10月,俄使用“米格”-31战斗机携载“匕首”高超声速导弹在黑海巡逻,对地中海进行“目视控制”。俄高度关注“匕首”高超声速导弹量产问题,提升“匕首”高超声速导弹产能。2月,俄称已增加“匕首”高超声速导弹产量;7月,俄称正批量生产“匕首”导弹[45]。

3 欧洲多国、加拿大稳步推进高超声速导弹与重复使用高超声速飞行器研制

3.1 英国

7月,英国国防部成立一个负责高超声速技术发展的部门,该部门职能是在“奥库斯”协议下通过以下三方面工作,快速追求先进高超声速打击能力。一是与盟友联合采办高超声速助推滑翔导弹,二是在现有高超声武器项目上合作,三是开发具有国家主权的高超声速武器,如高超声速巡航导弹。为推进上述工作,英国防部计划建立一个由多方供应商构成的“高超声速技术和能力开发框架”,通过企业间协作的方法,为英国高超声速打击技术发展提供途径,加速高超声速打击能力生成。据英国国防部透露,该框架价值高达10亿英镑,为期7年[46]。

3.2 法国

6月,法国国防采购局成功开展V-max高超声速滑翔飞行器首次飞行试验,收集到了大量数据,将为后续飞行试验提供经验。据悉,V-max高超声速助推滑翔导弹未来将部署于法国海军水面舰艇,用于打击海上时敏目标[47]。

3.3 瑞士

2023年,瑞士继续推进清洁氢燃料超/高超声速飞机研发工作。2月,瑞士Destinus公司获西班牙国防部拨款2670万欧元,用于建造一座吸气式氢燃料发动机试验设施,以及支持液态氢燃料推进技术研究。5月,Destinus公司完成“少女峰”Destinus-1亚声速原型机首次飞行试验,展示了氢燃料加力燃烧室在真实条件下的性能和效率,加力燃烧器由Destinus公司设计,并采用增材制造技术生产[48]。6月,Destinus公司称,正在研究长10 m、翼展3.5 m的Destinus-3原型机,计划2024 年飞行。11月,Destinus公司称,其最终目标是开发一种可容纳400名乘客的高超声速飞机(见图6),以液氢燃料火箭发动机和吸气式发动机为动力,由火箭助推到一定高度和速度后,切换到“冲压喷气发动机”状态,加速到高超声速,具备从机场水平起飞和降落能力[49],该飞机可半天内到达地球任何地点,计划2040年代实现。

3.4 加拿大

2023年,加拿大继续推进“Hello”系列太空飞机研制。6月,加拿大太空引擎系统公司宣布,开发了一种长21.3 m的“Hello”-1X技术演示机,采用钛/不锈钢结构制成,“Hello-1X”由DASS GNX预冷涡轮冲压发动机提供动力,第一架“Hello”-1X太空飞机正与DASS GNX 发动机集成,计划2024年2月前开展亚音速飞行试验[50]。加拿大太空引擎系统公司称,其目标是通过创新性的吸气式技术,最大限度地提高太空和高速飞行发动机性能,未来“Hello”-1和“Hello”-2太空飞机将能够“点对点运输、亚轨道返回以及以每千克最低成本将有效载荷运送到近地轨道,“Hello”-2还将能够向月球表面提供有效载荷运送。

4 亚太周边国家通过合作、自主研制等手段推进高超声速导弹研发,满足发展需求无人机

4.1 日本

2023年,日本全面加速高超声速武器技术武器化进程,日本防卫省采购、技术和后勤局向三菱重工集团各授出一型高超声速巡航导弹和高超声速助推滑翔导弹型号研制合同,计划5年内部署,提升日本“反击能力”。4月,正式命名其高超声速巡航导弹为“超燃冲压发动机驱动的高超声速武器”(SHW),SHW采用双模态超燃冲压发动机及液态烃燃料主动冷却技术,以实现马赫数5以上速度飞行[51]。6月,启动“高速滑翔弹”型号研制工作,首先发展双锥体弹头技术的陆基高超声速助推滑翔导弹,后续发展乘波体弹头技术的高超声速助推滑翔导弹。

4.2 印度

2023年1月,印度国防研究与发展组织(DRDO)开展了“高超声速技术演示器”(HSTDV)第3次飞行试验,试验结果未透露[52]。DRDO曾于2019年7月开展HSTDV首次试验,结果失败;后来又于2020年9月进行第2次飞行试验,HSDTV在与运载火箭分离后以马赫数6巡航飞行了23 s。印度还在推进“布拉莫斯”-2K高超声速巡航导弹开发,该型导弹基于俄“锆石”高超声速导弹设计。此外,印度同步提升高超声速试验能力,8月,印度国防研究与发展实验室(DRDL)宣称耗资40亿卢比建造了一个高超声速风洞,可模拟马赫数5~12的条件,为研究极端温度、压力下高超声速飞行器性能以及飞行控制等提供了条件,将为印度飞行器发展提供重要支持。

4.3 伊朗

2023年6月,伊朗革命卫队展示了“法塔赫”高超声速弹道导弹,该导弹射程为1400 km,速度马赫数13~15,采用两级固体燃料发动机,并配备可移动的辅助喷嘴,能进行各种机动。7月,伊朗海军部长称将在“达马万德”-2号驱逐舰上安装高超声速导弹。11月,伊朗最高领袖哈梅内伊展示了升级版高超声速弹道导弹“法塔赫”2,并称该型导弹配备了高超声速滑翔弹头,能够以马赫数5~20的速度进行高超声速机动[53]。

5 发展分析

5.1 高超声速技术正在世界范围内加速扩散,未来将对世界战略格局产生重大影响

2023年,高超声速技术在世界范围内持续呈扩散态势,掌握高超声速技术的国家不断增多。从发展重心看,高超声速导弹仍是现阶段各国发展重点,美、俄、欧、日、印、伊朗等国家持续推动高超声速技术武器化、实战化进程;同时高超声速飞机研制势头也非常强劲,美欧多国均布局有高超声速飞机项目,发展迅速。世界多国都在抢占高超声速这一航空航天制高点,未来形成能力后将对世界军事战略格局产生的影响不容小觑。

5.2 世界多国将高超声速导弹作为现阶段发展重点,谋求尽快形成高超声速作战能力

高超声速导弹具备远程、高速、突防能力强、难以拦截等优势特点,高超声速导弹入役后既可提升威慑能力,又可在未来战场产生颠覆性打击效果,成为世界多国高超声速技术发展的现阶段重点,目前世界多国高超声速导弹发展采用的技术方案主要分为助推滑翔式和吸气式两类。俄罗斯在乌克兰危机中多次实战使用高超声速导弹,无疑刺激了美欧等国加速高超声速技术武器化进程,美国2023年调整了空射高超声速导弹发展思路,将重心聚焦在更具成本优势和作战优势的高超声速巡航导弹,但陆基、海基高超声速助推滑翔导弹发展似乎“欲速则不达”,试验屡次失利。此外,俄罗斯等高超声速武器技术相对成熟的国家还在继续推动高超声速导弹新型号研制部署。按照各国高超声速导弹发展规划,2030年前世界范围内将有多型高超声速导弹相继入役。

5.3 高超声速飞机等重复使用高超声速飞行器技术获美欧多国高度重视,发展势头强劲

重复使用高超声速飞行器包括高超声速飞机和空天飞行器两类,目前美欧多国都在加速研发重复使用高超声速飞行器技术,当前重心主要在于高超声速飞机。高超声速飞机速度可达马赫数6以上,具备快速运输,和远程侦打一体能力,还可以作为多级入轨方案的一级。美国高超声速飞机发展迅速,2023年开展了原型机地面试验,即将试飞,同时新型号频出,越来越出初创公司加入高超声速飞机技术研发竞赛,瞄准2030年代生成高超声速飞机能力加速推进当中。英国、瑞士、加拿大等国也在加速发展高超声速飞机,在预冷发动机技术、氢燃料先进发动机技术等方面均有布局,并取得一定进展。整体看,近年来,国外对高超声速飞机技术重视程度大幅提升,发展势头强劲。

5.4 以美为典型正在构建高超声速技术发展生态,提升高超声速技术创新能力

从国外高超声速技术发展态势看,以美国为典型,正在构建一个有利于高超声速技术创新的良好生态,从加强组织管理、保持高位经费投入、创新研产能力、提升试验能力、夯实工业基础等方面多措并举,支撑高超声速先进技术创新。2022年7月美国防部《国家高超声速倡议2.0》曾提出4大发展支柱,分别为提供可负担的能力、颠覆性作战能力、人才队伍储备、高超声速试验鉴定能力。2023年美高超声速发展动向表明其正瞄准上述战略目标,谋求创造更为强大的高超声速能力生成通道和采办环境,以负担得起、稳健的方式加快高超声速技术发展。美国的目标是“重夺世界高超声速技术主导权”,美2023年高超声速技术基础研究广泛布局,充分体现出其对先进技术创新的高度重视,谋求抢夺高超声速技术高地。

6 结束语

2023年,世界多国加速高超声速技术研发,高超声速导弹是多国现阶段发展重点,重复使用高超声速飞行器技术发展迅速。此外,国外高超声速技术创新趋势明显,广泛布局各项先进技术研究,条件保障能力也同步提升,支撑起长远发展,相关动向需保持密切关注。

审核编辑:黄飞

 

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