席亚洲:高超音速武器:中美的较量还在后头

2015-06-16 13:33:22   

目前,我国运用高超声速飞行原理的导弹已经有好几种,其中运用“层次”较低的MARV系统的导弹主要包括:东风-21C、东风-15B、东风-15C、东风-11B、东风-16、M-20,还有大名鼎鼎的东风-21D反舰弹道导弹。

东风-21C、东风-15、东风-11B都采用类似美国“潘兴2”的原理,即导弹在进入末段飞行时有一个“拉起”的动作,在速度降低到一定范围后,开始使用雷达探测下方地形,利用地形匹配原理搜寻并攻击目标。而它们的主要特征是再入部分有空气舵,用于在拉起再入飞行器、速度降低后提供控制力。同时头部装有可抛弃的保护罩,呈现“钝头”的形状。

而东风-15C、东风-16导弹的控制系统比前面的三种更先进,其中东风-15C的战斗部为一个巨大的钨芯钻地弹,这种导弹要发挥作用必须要有很高的命中精度,但它却没有安装空气舵。而东风-16导弹也没有安装空气舵。

东风-15B导弹的再入飞行器,它和东风-21C,东风-11B的再入器原理类似,与“潘兴2”导弹技术水平相当

笔者推测,东风-15C导弹可能并未采用主动雷达制导,因为它要打击的目标主要是台湾军团级的指挥所,而这种地下指挥所是不能机动的,就不需要利用雷达搜索地形匹配,直接采用GPS或北斗导航应该就具备足够的精度。它可能采用在更高的高空拉起,然后用火箭推进器产生控制力,较早形成几乎垂直落下的弹道,这样可以提高最终落地时候的撞击速度,增强威力。

而东风-16作为新一代导弹,应该与专门打击固定地下掩体的东风-15C不同,它可能仍需要使用主动雷达技术,以便攻击各种类型的目标。笔者推测它可能采用了变质心控制技术,这一技术不需要空气舵参与控制,可以让导弹实现类似螺旋形下坠的路线,提高命中精度的同时也让对方更加难以拦截。

东风-16导弹

东风-15C导弹


而M-20导弹作为我国的外销导弹,则采用了非轴对称形状的再入飞行器。也就是说,它的“头”部看起来“向上翘”,是一种典型的利用滑翔弹道增加射程的设计。在珠海航展上介绍M-20导弹的宣传片也体现了该弹这一方面的特性。

变质心弹头在弹道末段采用螺旋形弹道下坠

目前我国现役最先进的运用“钱学森弹道”的导弹则是东风-21D,从目前唯一一张可以确认是东风-21D导弹的照片上看,它的再入器是一个拉得非常长的“长杆型”。

这意味着东风-21D“拉起”的时候具有较高的升阻比,因此滑翔距离可能较远,但这个升阻比又不至于大幅度提高导弹射程。东风-21D导弹之所以要采用这个设计,笔者推测主要是提高机动能力的需要。因为东风-21D是用来打击移动中的舰艇目标,因此需要更大的搜索和攻击范围,利用长杆式弹体可以做到这一点。

东风-21D有着“长杆”型的再入器

那么下一步呢?

我国已经试验过的高超声速飞行器中,唯一一种外形为大家所熟知的是“神龙”,类似小型航天飞机,尾部装有火箭发动机,挂在轰-6飞机下面进行测试。有展示图板显示,它是一种“跨大气层飞行器”,且采用陶瓷基复合材料防热,也就是说,其技术水平应该和航天飞机或X-37B相当。

不过,鉴于美国也有不少类似的设计仅仅做了从高空飞机抛下,测试其减速最终阶段滑翔和着陆能力的试验。所以目前也不能推断“神龙”是否进行过跨大气层飞行。

虽然有传闻说“神龙”是一个载人航天项目,并且已经下马,因此它不大可能就是WU-14。但从现有的信息来看,不能完全排除WU-14就是“神龙”的可能性。

关于美方所谓的WU-14飞行器,目前可供推测的信息包括几个:

首先,WU-14采用的助推器为长征2号运载火箭,这是一种洲际导弹级别的火箭,完全有能力把飞行器加速到20倍声速以上。

其次,WU-14目前的几次试射都是取我国境内最长的一条试射路线,即从山西五寨到新疆库尔勒,约2500公里左右。但对于高超声速测试来说,这条路线似乎太短了。

第三,最近的一次试验中,美方表示WU-14首次展现了“极强的机动性”。这应该是指横向机动能力,对于高超声速滑翔器来说,横向机动能力是最重要的机动能力。

第四,四次试验中,WU-14的速度似乎都是在10倍声速左右。

"神龙”飞行器,它的性能不得而知,试验进度也不得而知。据传已经下马

根据上述几条,结合相关论文,可以推断:

WU-14应该是一种采用升力体外形的小型飞行器,因为只有升力体外形的飞行器才具备较强的横向机动能力,双锥体弹头的横向机动能力并不强——美国AHW试验中横向机动距离据称只有600公里。在最近的试验中,WU-14飞行器甚至可能拉出了一条S型弹道,最终仍然命中预定目标区。如果真是如此,那确实是足以让人震惊的技术。

采用长征2号火箭可能是利用其高比冲(观察者网注:比冲指火箭发动机单位重量推进剂产生的冲量)特性,在最短距离内将飞行器加速到预定速度,以尽量增加滑翔距离,可能采用高弹道加速。而且长征2号火箭现在我国存货多,性能稳定,价格也相对低廉。

由于WU-14几次测试的飞行速度是10倍声速左右,而不是洲际导弹应该达到的20倍声速的速度,因此国外推测WU-14将来可能会和东风-26中远程导弹结合,将其射程翻倍,达到7000-8000公里。不过,这种说法可能依据不足。

2011年国内某权威期刊上刊登的升力体高超音速滑翔器外形图WU-14可能与此接近

由于WU-14是我国首个进行高超声速滑翔的试验飞行器,加上可用的试验距离太短,因此很可能是在远未达到设计极限的情况下进行的风险较低的初期试验。

现在又有传闻称,中国的双锥体外形的高超声速弹头可能近期开始测试,这种弹头将采用东风-26导弹作为助推器。这个双锥体高超声速弹头,显然是从东风-21D的基础上发展来的,而与WU-14关系不大。WU-14应该是一种技术跨度更大的前沿验证飞行器。

那么,关于WU-14,笔者提出几个可能的推测:

可能之一:它是一种与HTV-2设计指标类似的装备,最终目标是实现20倍声速,滑翔一万公里,具备5000公里的横向机动能力,也能拉出大气层进入低层轨道。如果这一目标得以实现,中国就可以利用这一技术来改造东风-5导弹——东风-5和长征2火箭的渊源很深——使之成为一种“全球导弹”,也就是部分轨道洲际导弹。它将可以飞过南极上空攻击美国,利用高超声速滑翔和巨大的横向机动能力提高突防性能……这算是“以其人之道还治其人之身”。

然而我国的航空航天科技水平总体上,恐怕还无法全面超越美国,所以美国研制HTV2都失败了,我们肯定要付出难以想象的努力,才可能获得成功,迎来现代科学的奇迹。

可能之二:所以,也不能排除WU-14是一种用中程导弹发射,飞行速度10倍声速的飞行器,但横向机动性能远超用中程导弹发射的双锥体弹头。

东风-26如果发射双锥体弹头,按照美国AHW的水平推测,它的射程应该可以延长到7000公里以上,可以打击夏威夷,或者这一射程范围内的大型水面舰艇。而WU-14由于升阻比性能好,它的滑翔距离可能更长,或许能达到8000公里以上,与东风-31导弹相近。

因此可以推断,未来东风-26如果真的作为高超声速导弹助推器的话,它可能会有两种型号,一种是射程6000-7000公里的常规导弹,采用双锥体弹头,可精确打击,也可用于反舰。另一种是射程8000公里以上的“滑翔洲际导弹”,用于投掷战略核武器。

竞赛才刚刚开始

中美目前都投入不少精力研制高超声速飞行器,当然是因为它能够对付现有的导弹防御系统。

目前的导弹防御系统实际上主要是针对现役弹道导弹设计的,现役的洲际导弹一般采用较高的弹道以提高射程。在其飞行过程中,可以利用卫星和雷达进行探测定位。由于它们的弹道是不可变的,就可以在其飞行中段和末段利用拦截弹进行拦截。因此所谓“天下武功唯快不破”是没有道理的,目前的弹道导弹中段飞行速度都是远超过20倍声速,但却完全可以被拦截。

拦截使用“钱学森弹道”的武器就完全不同了。它的弹道中段是在大气层边缘飞行,远低于传统的弹道导弹。这就导致雷达对它的预警探测距离大幅度降低。

而且,滑翔器还可以大幅度横向机动。举例说,美国人在台湾部署的“铺路爪”可能看到我们发射了导弹,导弹过了弹道高点的时候,方向似乎是冲着关岛去的。

未来高超音速飞行器想象画

于是关岛方面赶紧启动增程型THAAD导弹,准备拦截。但没想到WU-14横向机动了,打中的却是珍珠港……

可以说,高超声速滑翔器为未来的导弹技术发展拉开了一扇新大门。不管是攻还是防,都需要巨大的投入。这和冷战时代的军备竞赛没有本质区别,说到底,就是看谁投资多,决心大。

在这一轮竞赛中,我们看起来有效地缩小了与领先者美国的距离。但也应该看到,我们的对手并未放弃,双方的下一轮竞赛很快就要开始。

或许,我们有一天会见证中国向南太平洋发射高超声速滑翔导弹的全程试验,那将是震惊世界的大事。