欧美陆基高超音速武器计划和发展

科技   2024-11-27 14:51   北京  

欧美陆基高超音速武器计划和发展

作者:军鹰智库员外    来源:军鹰动态

西方国家继续开发地面发射的高超音速武器系统(HWS)。然而,尽管取得了一些渐进式的成功,但测试和部署的进展比预期的要慢。

根据定义,高超音速武器的飞行速度大于5马赫(1715/秒)。虽然有许多武器符合这一定义,如弹道导弹,但“高超音速”标签主要用于指能够在飞行过程中机动的高超音速武器。这些可分为两大类。高超音速滑翔飞行器(HGV)在运载导弹上发射,就像标准弹道导弹弹头一样;在与导弹分离后,它们将在剩余的任务中转换为无动力滑翔模式。高超音速巡航导弹(HCM)的操作与常规巡航导弹基本相同,尽管通过使用超燃冲压发动机实现了更高的速度。

它们的速度和机动性的结合通常被认为为高超音速武器提供了躲避防空和导弹防御系统的能力。202354日,乌克兰武装部队使用爱国者防空和导弹防御系统击落了一枚俄罗斯Kh-47M2 Kinzhal导弹。然而,这种拦截的意义一直存在争议。虽然俄罗斯根据其速度将金扎尔归类为高超音速武器,但许多分析人士通常将其归类为气动弹道导弹,而不是真正的高超音速武器。Kh-47M29M723伊斯坎德尔陆基弹道导弹的空射衍生型。虽然它达到了10马赫的报告速度,但该武器在发射后的机动能力相对有限,主要保持弹道飞行路径,这允许计算拦截矢量。

由于Kinzhal被取消资格,迄今为止唯一已知的用于战斗的“真正”高超音速武器是俄罗斯的3M22锆石(也称为“Tsirkon”)HCM。根据基辅法医科学研究所从碎片中拼凑出的证据,3M22锆石被用于202427日对基辅的袭击。2024229日,俄罗斯总统普京宣布使用该武器。据报道,该武器随后被用于对乌克兰的各种袭击,但到目前为止,它仍然是俄罗斯使用较少的弹药之一。

▲基辅法医科学研究所根据碎片推断出的3M22锆石高超音速巡航导弹(HCM)的大致外观。据报道,该武器已于2024年2月7日用于对基辅的打击,这标志着真正的高超音速武器首次在战斗中使用

根据其设计,HWS可以从空中、地面或海上发射。Kh-47M2 Kinzhal3M22锆石分别是空射和海射武器的例子。然而,本文的其余部分将重点介绍美国及其一些盟友的地面发射高超音速武器系统开发工作。

LRHW黑鹰(Dark Eagle)

二十年来,美国武装部队和航空航天工业一直在研究高超音速技术。然而,五角大楼对阿富汗和伊拉克的长期关注限制了可用于技术的资源,而这些技术对反叛乱行动没有直接效用。意识到俄罗斯和中国在这一革命性新武器类别的竞争中已经领先,最终促使国防部宣布高超音速武器系统(HWS)的发展为优先事项。《2019财年国防授权法案》加速了HWS的发展,随后的每一个年度预算都为这一类别的各种项目增加了资金。

美国陆军正在进行的唯一一项地面发射HWS开发计划。它被命名为远程高超音速武器(LRHW),也被称为暗鹰。根据陆军预算文件的定义,LRHW任务概况是击败反介入/区域拒止(A2/AD)能力,压制敌方远程火力,并打击其他高回报、时间关键的目标。

该开发和测试计划正在与美国海军合作进行,美国海军正在采购一种被称为中程常规快速打击(IR-CPS)的舰载和潜基变体。这两种武器都是重型飞行器,都采用了Dynetics股份有限公司开发的通用高超音速滑翔体(C-HGB),其中包括弹头、制导系统、电缆和热屏蔽。C-HGB将与一枚直径87.6厘米的两级助推火箭配对,形成全方位垂直发射系统,供两个军种使用。每个军种都开发了自己的发射系统和支持设备。洛克希德·马丁公司正在担任陆基变体的系统集成商。暗鹰将部署在安装在移动运输安装发射器(TEL)上的发射罐中。每个TEL将携带两个AUR(导弹发射装置),其中四个TEL加上移动发射单元操作中心和配套车辆组成一套发射单元。LRHW的射程估计超过2775公里。 

▲从TEL发射LRHW的概念渲染图

测试挫折

LRHW的测试和评估进展比计划慢。该开发计划于20193月启动,由陆军快速能力和关键技术办公室(RCCTO)领导。2019年,该部门提到了到2023财年交付“具有剩余作战能力的原型地面发射高超音速武器”的目标。陆军和海军开发了一项联合飞行战役(JFC),以测试和评估整体系统性能,包括导弹机身和有效载荷性能。一些测试被配置为测量与各个军种的作战概念和任务概况具体相关的参数。

2022年和2023年计划进行三次LRHW专用飞行测试。这些旨在为“黑鹰”原型的作战认证奠定基础,并为向工程和制造开发(EMD)过渡以及随后的采购计划铺平道路。然而,由于在测试场发现的发射器或发射顺序问题,2022年和2023年计划进行的所有飞行测试要么失败,要么中止。

在对之前的失败原因进行了数月的审查后,陆军再次推进了评估计划。军种领导人承认,最初的时间表(出于追赶俄罗斯和中国的愿望)非常雄心勃勃。正如快速能力和关键技术办公室(RCCTO)负责人罗伯特·拉奇中将在20243月所说,该部门利用测试暂停来“反思我们在哪些方面没有进行足够的开发测试。显然,一个与RCCTO在高超音速飞行技术方面发展得一样快的项目,快速进行是有风险的。你同时在进行采购和使用”。因此,随着向恢复飞行测试周期迈进,陆军现在专注于降低风险。2024年的前几个月,它一直在分析地面支持设备,并进行“高保真”子部件测试,包括模拟导弹发射程序。

恢复测试

2024628日,陆军/海军在夏威夷的太平洋导弹靶场成功进行了联合端到端飞行试验。它提供了用于海军IR-CPSLRHWAUR性能数据。这枚两级导弹飞行了约3200公里,到达马绍尔群岛的一个试验场,保持了规定的航向,并释放了滑翔体,据报道,滑翔体击中了预定目标。然而,与2022年和2023年尝试的LRHW测试失败不同,此次事件不包括任何特定服务的地面设备,如发射罐、TEL或控制车辆;相反,AUR是从独立平台定位和发射的。

既然海军和陆军在夏威夷的联合发射已经确认了AUR的全部功能,陆军计划对整个LRHW系统进行端到端的发射测试。出于安全考虑,该服务拒绝提前宣布测试的时间。然而,官员们此前曾表示,他们的目标是在2024930日之前尝试进行全系统试飞,并在2025财年第一季度末(20241231日)之前对武器系统进行认证。这与罗伯特·拉奇将军在20243月美国国会作证时提出的目标相一致,即“在2024日历年将LRHW能力过渡到项目执行办公室(PEO)导弹和太空,该项目将继续进行飞行测试和进一步开发”。

▲2024年6月28日,在夏威夷考艾岛太平洋导弹靶场的试验台上,高超音速滑翔体(C-HGB)联合服役发射

如果测试成功完成,导弹设计获得认证,陆军预计将立即开始组装AUR,分发给第一个作战发射单元。20246月发布的美国政府问责局(GAO)武器系统年度评估援引陆军官员的话说,一旦成功完成飞行试验,第一枚生产导弹将在大约六周内交付,第一批八枚导弹将在约11个月内交付。

然而,美国政府问责局的报告还警告说,“如果陆军在飞行测试中发现导弹性能问题,导弹交付和第一个可操作LRHW系统的部署可能会进一步推迟。据陆军官员称,军事训练协议(MTA)快速部署两个发射单元的时间表也取决于陆军确定的集成问题的根本原因”。

迈向防守

陆军的预算和承包活动与军方对新武器系统的乐观声明相一致。20245月,陆军和洛克希德·马丁公司宣布了一项新的7.54亿美元的合同,以支持LRHW计划。洛克希德·马丁公司将为陆军提供额外的LRHW发射单元设备、系统和软件工程支持,以及后勤解决方案。

展望未来,陆军2025年的预算要求包括12.8亿美元,用于继续投资LRHW。其中5.38亿美元用于研究、开发、测试和评估(RDT&E),744万美元用于导弹采购。这一预算分配显示出与2024财年预算计划的重大转变,该计划要求为研发测试和评估提供9.44亿美元,但仅为导弹采购提供1.57亿美元。有利于导弹采购的比例变化证明,五角大楼相信LRHW正在向作战能力迈进。

根据20243月发布的陆军预算文件,“[2025年预算请求]继续开发LRHW通用高超音速滑翔体(C-HGB),并为导弹发射装置+罐体(AUR+C)和C-HGB提供增量资金,用于基本载荷和重新加载AUR+Cs以及测试/训练/认证AUR+Cs2025财年采购LRHW发射单元3地面支援设备(GSE)和八个导弹发射装置+罐体(AUR+C)的基本载荷”。 

▲一名士兵将一个装有导弹发射装置(AUR)的吊舱连接到LRHW TEL上

激活和部署

目前的部署计划要求为该部队的五个多领域特遣部队(MDTF)编队中的每一个分配一个作战小组;LRHW炮组将被纳入特遣部队的远程火力营,并作为MDTF的远程战略火力部队。2021年,陆军指定第3野战炮团第5营的布拉沃炮台(5-3FA)为位于华盛顿州的第一MDTFLRHW炮台。同年,该单位收到了全套LRHW设备,减去当时仍在开发中的AUR,以制定和实践操作程序。

一旦LRHW原型被认证为可操作,该部队将成为第一个接收全套可操作导弹的部队。如果需要,发射单元将被视为可临时部署。然而,这并不构成初始作战能力(IOC)。IOC的正式宣布将在稍后(尚未确定的日期)进行,可能是在第二个MDTF部署武器系统时。

第二个MDTF2021年在德国成立,其中一些成员(包括远程消防营)驻扎在纽约州。20247月,美国和德国发表联合声明,第二个MDTF将于2026年接收其远程火力营。然而,联合声明的措辞对于LRHW的具体时间表相当模糊。“美国将于2026年开始在德国分阶段部署其多域特遣部队的远程火力能力,作为未来持久部署这些能力的计划的一部分。当这些常规远程火力部队完全开发时,将包括SM-6、战斧和发展中的高超音速武器,这些武器的射程比欧洲目前的陆基火力要长得多。”

这种谨慎的措辞表明,五角大楼虽然相信LRHW将成为一种可行的武器系统,但对精确的开发速度和向记录在案的采购计划过渡的时间框架持谨慎态度。

法国VMaX

在欧洲,法国也在开发地面发射的HGV20191月,时任国防部长弗洛伦斯·帕利宣布了Véhicule Manuvrant ExpérimentalVMaX)计划。当时,这位部长明确指出,中国、俄罗斯和美国的高超音速发展计划是法国效仿的导火索。帕利说:“许多国家都在采购这种武器,我们拥有开发这种武器所需的所有技能:我们迫不及待了。”。她强调:“法国是联合国安理会五个常任理事国中的第三个,已经通过自己的计划参与了这场军备竞赛。”。

该方案在法国军备总局(DGA)的指导下,与作为主承包商的阿丽亚娜集团合作,正在取得进展。几家美国公司也在支持该开发和测试计划。其中包括科尔维技术有限责任公司、奎托斯防御和火箭支援服务股份有限公司和佩拉顿(Peraton)股份有限公司。美国的贡献包括由Peraton开发的蛤壳式鼻锥护罩,用于在助推火箭上升过程中保护HGV 

▲法国VMax高超音速武器的概念渲染图

飞行测试计划

VMaX计划下的首次成功试验发射于2023626日在比斯开湾比斯卡罗塞的军备总局导弹测试中心(DGA Essais de)进行。DGA2023627日证实,它已经发射了一枚携带VMaX HGV演示器的探空火箭。大约2米长的滑翔体在火箭到达远地点的点周围以高超音速释放,随后开始下降,按计划在爱尔兰南部的凯尔特海有序溅落。2023年试飞的主要目的是收集数据,用于改进设计和为未来的测试活动做准备。测试被认为是完全成功的。据飞行管理人员称,飞行器的所有事件、操作和功能都按预期进行。

虽然这是部署VmaX演示器的第一次飞行试验,但这是法国高超音速研究计划下进行的第三次探空火箭飞行。前两次测试分别命名为PathfinderFS-0,分别于2021年和2022年发射,以获取遥测数据和飞行性能参数,以支持实际的演示飞行。值得注意的是,根据2020年的协议,飞行测试正在与美国海军海上系统司令部合作进行。VmaX飞行测试中使用的Terrier Oriole助推火箭由美国海军提供,美国海军还向比斯卡罗斯(Biscarrosse)派遣了分遣队,以支持法国军方的发射行动。

向前迈进

法国军备总局(DGA)在2023627日的新闻声明中证实,FS-1是第一个携带VmaX HGV演示器的探空航班。它还表示,该实验“为我们国家超高速路线图的未来做好了准备”,收集的数据将为剩余的实验飞行提供经验教训。下一次试飞名为FS-2,暂定于2025年进行。阿丽亚娜集团的军事顾问查尔斯·亨利·杜·切上将表示,这次测试的要求将比上一次更高。20235月,他告诉议会:“V-MAX演示机之后将是性能更高的演示机,它将在飞行测试中走得更远。”。杜·切说:“一旦我们有了这两名示威者,我们就可以说法国掌握了这项技术。”。

▲2023年6月,法国比斯卡罗斯(Biscarrosse),一枚猎户座探空火箭指向天空

发展方案的确切时间表仍然不确定。VmaX演示机的首次飞行原定于2021年进行,这似乎使该计划落后了大约两年。尽管巴黎似乎决心获取高超音速武器,尤其是为了与潜在对手的能力相匹配,但法国国防部尚未公开宣布关于采购计划的决定目标日期。

日本HGV用于岛屿防御

日本计划在2026财年部署一枚首次地面发射的“高速滑翔弹(HVGP)”用于岛屿防御。HGV2018年以来一直在开发中,三菱重工(MHI)担任主承包商。202346日,国防部授予MHI一份大规模生产HGV Block 1变体的采购合同,预计于2026年至2027年交付。Block 1预计将以超音速而非高超音速飞行,射程估计在500公里至900公里之间。根据日本采办、技术与后勤局(ATLA202474日发布的视频中的计算机生成片段,Block 1变体似乎是某种形式的大气层内机动再入飞行器(MaRV),而不是HGV

被指定为Block 2ABlock 2B的增强型能力变体已经在开发中,并计划以高超音速运行,使用HGV作为有效载荷,而不是Block 1上使用的弹丸。Block 2A预计将于2027财年投入运营,而2024财年的预算文件显示,Block 2B的开发将于2030年完成。升级后的机型预计将分别将续航里程延长至约2000公里和3000公里。

灵活的防区外能力

如上述ATLA视频所示,Block 1弹丸将在固体燃料助推火箭上发射,并从基于卡车的TEL上发射。达到适当高度后,它将与运载火箭分离并自主接近其指定目标。弹丸在一定高度接近目标,然后以大约90°的下降角执行自上而下的末端攻击。 

▲日本国防部视频模拟截图,展示了HVGP Block 1弹丸与助推火箭的分离

日本正在开发HVGP Block 1/2A/2B,用于防御该国许多偏远岛屿。日本地面自卫队(JGSDF)计划建立两个配备新武器系统的炮兵营。这些部队可能会驻扎在主要岛屿上,并根据需要部署小分队。HVGP安装在卡车上,可以根据威胁情况随时通过空中或海上重新部署。这种机动性也使敌人更难先发制人。

HVGP将为JGSDF提供另一种手段来压制防御良好的高价值目标,包括导弹发射器、指挥和控制(C2)基础设施或陆地防空系统。或者,它可能被用来对付海上的船只,以防御入侵部队或瞄准敌方军舰。ATLA此前曾发布过HGV瞄准航空母舰的图形。HVGP是为增强日本的远距离防御能力和反击能力而采购的几种远程武器系统之一,这些武器系统大多为非高超音速武器系统。

飞行测试

2024323日,日本在加利福尼亚州的一个发射场进行了首次高超音速武器试验。ATLA202474日公布了这项测试,并在该机构的油管(YouTube)页面上发布了发射视频。ATLA将此次事件称为“用于岛屿防御的超高速滑翔弹的发射前测试”。4月不久后进行了第二次飞行测试。视频清楚地显示了滑翔体,可以通过其四个尾翼识别,在助推器从TEL升起时位于助推器顶部。该机构没有透露有效载荷是否在两次测试中与火箭分离,也没有透露是否计划分离。相反,武器系统的制造商宣称,测试的目的是验证“测量”单位;西方分析人士认为,这意味着对材料、电子、惯性导航和结构组件等组件的性能和可行性进行了测试。 

▲2024年3月23日,日本HVGP首次飞行

日本高超音速巡航导弹

日本还在开发一种能够攻击舰船和地面目标的HCM。该计划于2019年启动,目标是在2030年代部署一种作战武器。日本国防部的预算估计显示,开发时间表将持续到2031财年末。ATLA已授予MHI一份合同,为武器的推进系统开发一种原型双模超燃冲压发动机。根据ATLA的说法,HVGPHCM都将使用卫星和惯性导航的组合。此外,这两种武器的瞄准系统将利用射频和红外成像,以实现对移动目标的交战。同样,根据ATLA的说法,预计两者都将携带穿透弹头,在敌方船只内部引爆。

更广泛的圈子

当然,上述国家并不是唯一追求地面发射高超音速武器的国家。事实上,俄罗斯的Avangard HGV和中国的DF-17/DF-ZF HGV以及DF-27的可能HGV等都是典型例子,不再一一赘述。

在其他地方,韩国国防发展局(ADD)与韩华合作,于2018年启动了Hycore高超音速巡航导弹计划。虽然关于该导弹的许多信息仍属机密,但众所周知,Hycore被设计为一种地面发射系统,其特点是两级固体燃料火箭助推器和估计能够超过6马赫的超燃冲压发动机。

印度(与俄罗斯合作)正在研制“布拉莫斯II”巡航导弹,其先前宣称的目标是达到8马赫的飞行速度,尽管一些消息人士表示,速度可能被限制在较低的水平。该武器的测试本应在2020年开始,但被推迟了。印度新德里希望开发地面、海上和空中发射的变种。英国和澳大利亚正在与法国和美国合作,分别研发海上和空中发射的高超音速系统。这项技术正在更广泛的范围内发展,并将很快成为战场上更常见的存在。

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