美国高超武器项目与基础设施建设最新进展

科技   2024-09-16 17:00   北京  

摘 要

自21世纪初以来,美国一直在积极发展高超声速武器。近年来,美国的相关研究重点放在用于地区冲突的高超声速滑翔飞行器和中近程高超声速巡航导弹上。尽管这些项目的资金在过去一直相对受限,但美国国防部和国会都对发展以及短期内部署高超声速系统表现出越来越大的兴趣。这一定程度上是由于美国认为俄罗斯和中国在相关技术上的进步对其构成战略威胁。


本文基于美国国会研究服务处(CRS)于2024年8月14日更新的《高超声速武器:背景及美国国会需考虑的事项》一文,梳理了美国的高超声速武器项目和基础设施。


关键词:美国,高超声速,美国国防部,DARPA,美国海军

美国于2018年发布的《国防战略》将高超声速武器确定为“(确保美国)能够打赢未来战争”的关键技术之一。由特朗普签署的“2019财年国防授权法案”加速了美国高超声速武器的发展,但美国仍不太可能在2025财年之前部署相关作战系统。此外,与俄罗斯和中国的高超声速武器项目相比,大多数美国高超声速武器将配备常规弹头而不是核弹头。由于没有核弹头造成的大范围打击能力,美国的高超声速武器就需要达到更高的精度,这使得技术开发难度加大。

美国国防部依托多个项目开发高超声速武器,包括美国海军、空军、陆军以及美国国防部高级研究计划局(DARPA)开展的项目。其中,海军的“常规快速打击”(CPS)项目旨在赋予美军使用常规弹头快速打击坚固目标或时敏目标的能力。
根据开源报告,美国正在对一些进攻性高超声速武器和高超声速技术项目进行“研究、发展、测试和鉴定”(RDT&E)(见表1)。这些项目旨在生产作战原型,因为美国目前尚无高超声速武器的正式列装项目下文将介绍从美国海军、陆军、空军以及DARPA四个方面介绍多个高超声速武器项目,以及相关高超声速导弹防御项目和基础设施建设。

表1 部分美国高超声速武器的RDT&E资金(数字单位:亿美元)

美国海军
2018年6月,美国国防部宣布美国海军将主导开发一款美国各军种通用的高超声速飞行器,名为C-HGB(中文译名:“通用型高超声速滑翔体”)。C-HGB高超声速飞行器是由美国陆军的一个原型弹头改装而来。该原型弹头名为“替代性再入系统”(Alternate Re-Entry System),速度为6马赫。美国海军的CPS项目预计将把C-HGB高超声速飞行器与火箭助推器系统结合起来,从而打造一个陆海通用的全备弹(AUR)。在2022年6月,该全备弹的第一次测试以失败告终。原计划于2023年3月和9月进行的两次后续飞行测试由于飞行前检查失败,并没有进行。2024年6月,美国国防部完成了该全备弹的测试。
根据美国海军的2025财年预算文件,美国海军计划于2025财年末在“朱姆沃尔特”级驱逐舰上部署CPS导弹。尽管美国海军官员此前曾指出,计划最早于2025年在“俄亥俄”级潜艇上实现“有限作战能力”,并在2028财年之前在“弗吉尼亚”级潜艇上实现“有限作战能力”,以及最终在“伯克”级驱逐舰上部署高超声速武器,但这些计划并未反映在当前的预算文件中。美国海军在2025财年为CPS导弹的“研究、发展、测试和鉴定”申请9.039亿美元,比2024财年申请的9.011亿美元有所增加。美国海军在2025财年并没有为CPS导弹申请采办资金。
美国海军还在开发“高超声速空射进攻性反舰导弹”(HALO),这是2023财年启动的新项目。虽然关于该项目的公开细节很少,但可以推测HALO导弹可能与美国海军的F/A-18战斗机兼容。美国海军在2025财年为HALO导弹的“研究、发展、测试和鉴定”申请1.786亿美元。

美国陆军

美国陆军的远程高超声速武器(LRHW),代号“暗鹰”,预计将组装C-HGB高超声速飞行器与美国海军的助推系统。LRHW导弹的射程预计超过1725英里,“为美国陆军提供一种原型战略攻击武器系统,以突破反介入/区域拒止(A2/AD)能力,压制敌方的远程火力,并打击其他高价值/时敏目标。”
美国陆军在2025财年为LRHW导弹的“研究、发展、测试和鉴定”申请5.38亿美元,并申请7.442亿美元用于采办LRHW导弹的地面支援设备、全备弹和发射筒。美国陆军已经部署了LRHW导弹原型设备,并“打算在2027财年之前部署另外两个LRHW导弹作战单位”。美国陆军官员此前曾表示计划在2024财年第四季度将LRHW导弹过渡为列装项目;但这一时间线被认为“非常、非常激进”,可能会让该项目面临“很多风险”。

美国空军

AGM-183A“空射快速响应武器”(ARRW)利用DARPA的“战术助推滑翔器”(TBG)技术,开发出一种空射高超声速滑翔式飞行器原型机,能够以6.5马赫到8马赫的平均速度在大约1000英里的范围内飞行。2019年6月,ARRW导弹成功完成了一次“受控搭载”试飞。之后,ARRW导弹在经历了连续三次试飞失败后,于2022年完成第四次成功的飞行测试。
尽管在2022年12月,ARRW导弹的完整原型系统的第一次测试是成功的,但自那之后,ARRW导弹的飞行测试记录似乎有好有坏;2023年就至少有一次试飞失败。美国空军拒绝就2023年第二次测试的结果发表评论,只是指出其“获得了对ARRW导弹能力的宝贵新见解”。在2023年3月的试飞失败后,美国空军部长弗兰克·肯德尔(Frank Kendall)表示,美国空军“目前更致力于‘高超声速攻击巡航导弹’(HACM)而不是ARRW导弹。”美国空军在2024年3月进行了ARRW导弹的最终测试,但也拒绝讨论该测试的结果。美国空军在2025财年没有为ARRW导弹申请资金;预算文件将该项目描述为“已完成”。
2020年2月,美国空军宣布取消其第二个高超声速武器项目——“高超声速常规打击武器”(HCSW)。该项目原本预计将使用C-HGB高超声速飞行器和助推系统。当时由于预算压力,美国空军被迫在ARRW和HCSW两个项目之间做出选择。时任美国空军采办主管威尔·罗珀(Will Roper)解释说,选择ARRW导弹是因为其更先进,并为美国空军提供了额外的选择。“ARRW导弹更小,B-52轰炸机上可以携带两倍数量的ARRW导弹,F-15战斗机上也可能可以装配ARRW导弹”。一名美国空军高级官员后来指出,一架B-52轰炸机可能可以携带四枚ARRW导弹。
最后,在2022财年,美国空军启动了“高超声速攻击巡航导弹”(HACM)计划,以开发一种集成了美国空军和DARPA技术的高超声速巡航导弹。一些报道表明,HACM导弹预计将从轰炸机和战斗机上发射。一名美国空军高级官员指出,B-52轰炸机可能可以携带20枚或更多的HACM导弹。根据美国空军的说法,“要成功开发HACM导弹,与其相关的先前技术或能力开发项目需要获得充分的资金支持并且成功实现。”美国空军在2025财年为HACM导弹申请了5.17亿美元的预算,高于2024财年申请的3.82亿美元。
美国空军还在开发“可消耗性吸气式高超声速多任务演示验证飞行器”项目,也被称为“混乱项目”(Project Mayhem)。据当时负责该项目的迈克·怀特(Mike White)称,“混乱项目是为了探讨在高超声速巡航导弹系统的发展机会范围内,如何规划下一步行动”,其目标是能够飞行“远超过当前系统的飞行距离”。一些报告表明,“混乱项目”可能正在开发一种无人驾驶的高超声速轰炸机,能够以10马赫的速度飞行,并执行打击和情监侦任务。

DARPA

DARPA与美国空军合作,对“战术助推滑翔器”(TBG)进行了测试。TBG飞行器是一种能够以7马赫以上速度飞行的楔形高超声速滑翔飞行器,“旨在开发和演示技术,使未来战术级别的空射高超声速助推滑翔系统成为可能。”TBG飞行器“还考虑了技术的可追溯性,以及与美国海军舰载垂直发射系统的兼容性和集成”,并计划将技术转移到美国空军和海军。DARPA在2025财年没有为TBG飞行器申请资金,相关文件将该项目标注为“已完成”。

据报道,DARPA的“作战火力”(OpFires)项目试图利用TBG飞行器技术开发一种地面发射系统,该系统将使“先进战术武器能够穿透敌人的现代防空系统,并迅速精确地打击关键的时敏目标”。“作战火力”项目于2022年7月完成了首次飞行测试,并于2022财年终止。

DARPA同样终止了“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)的工作,这一项目在美国空军的支持下,寻求“开发和演示关键技术,以实现能有效打击目标,且成本在可承受范围内的空射高超声速巡航导弹”。DARPA在2022年3月和7月以及2023年1月成功测试了搭载B-52轰炸机发射的HAWC导弹。

前美国高超声速项目主管迈克·怀特表示,像HAWC导弹这样的高超声速巡航导弹将比高超声速滑翔飞行器的尺寸更小,因此可以从更多平台上发射。麦克·怀特还指出,与高超声速滑翔飞行器相比,HAWC导弹和其他高超声速巡航导弹可以更容易地整合导引头。HAWC导弹的后续项目MOHAWC同样寻求开发用于未来空射高超声速巡航导弹的技术。DARPA在2025财年没有为MOHAWC项目申请资金,相关文件将该项目标注为“已完成”。

高超声速导弹防御

美国国防部还在反高超声速武器能力方面进行投资。2017年,美国导弹防御局(MDA)根据美国“2017财年国防授权法案”第1687条,确立了“高超声速防御项目”;2018年9月,美国导弹防御局委托了21份白皮书,以探索高超声速导弹防御选项,包括拦截导弹、超高速射弹、激光枪和电子攻击系统。2020年1月,美国导弹防御局发布了一份提案草案,计划在本世纪30年代中期部署“高超声速防御区域性滑翔段武器系统”拦截弹原型。然而,该项目后来被取消,取而代之的是另一种解决方案——“滑翔段拦截弹”(GPI)

根据美国导弹防御局2024财年预算文件,该局寻求在2034财年部署区域性海基滑翔段拦截弹。美国的“2024财年国防授权法案”第1666条指示美国导弹防御局加快部署时间表,以在2029年12月31日之前实现初始作战能力,并在2032年12月31日之前实现全面作战能力。然而,美国导弹防御局的2025财年预算文件指出,“滑翔段拦截弹”将在2035财年交付。2024年5月15日,美国导弹防御局宣布与日本正式签订共同开发项目决定书,共同开发“滑翔段拦截弹”。

此外,美国导弹防御局正在开发“高超声速和弹道跟踪空间传感器”(HBTSS),以提高该局探测和跟踪来袭导弹的能力。美国导弹防御局在2025财年为HBTSS项目申请了7600万美元;为高超声速防御申请了1.823亿美元。

最后,DARPA正在开展一个名为“滑翔破坏者”(Glide Breaker)的项目,该项目“将开发关键部件技术,以支持一种用于精确打击远距离高超声速威胁的轻型飞行器。”DARPA在2025财年为“滑翔破坏者”项目申请了3800万美元。

基础设施

根据由美国“2013财年国防授权法案”授权,并由美国国防分析研究所(IDA)进行的一项研究,美国在2014年拥有48个关键高超声速测试设施和移动资产,这些设施和资产对美国国防系统到2030年发展高超声速技术成熟度至关重要。

这些专用设施模拟了高超声速飞行的独特条件(例如速度、压力、温度升高),包括10个美国国防部高超声速地面测试设施、11个美国国防部露天靶场、11个美国国防部移动资产、9个美国宇航局(NASA)设施、2个美国能源部(DOE)设施和5个工业或学术设施。美国国防分析研究所在2014年对美国高超声速测试与评估基础设施的评估中指出,“目前美国没有任何设施能够提供完整规模的、随时间变化的耦合空气动力学和热负荷环境,以支持在超过8马赫的飞行速度下进行足够长时间的测试,从而对相关特性进行评估。”

自这篇2014年的评估研究报告发布以来,美国高超声速测试基础设施发生了许多变化。例如,美国圣母大学开设了速度为6马赫和10马赫的安静风洞,普渡大学开设了一个速度为8马赫的安静风洞,另外,至少有一个高超声速测试设施已经被停用。此外,亚利桑那大学对其风洞之一进行了改进,使其能够进行速度为5马赫的测试。德克萨斯农工大学与美国陆军未来司令部合作,正在建造一个长达一公里、速度为10马赫的风洞。美国还使用澳大利亚皇家空军伍默拉试验场和挪威的安多亚火箭靶场进行飞行试验。

2022年2月,美国国防部总监察长办公室宣布已经完成了对当前地面测试与评估设施的为期两年的评估,以确定这些设施的能力和容量是否足以执行美国国防部计划的测试时间表。然而,美国国防部并没有对外公开评估结果。同样,美国国防部作战实验鉴定主任(DOT&E)的“2022财年年度报告”评估了美国高超声速武器测试基础设施的充分性。该报告的结论是,“需要额外的导弹试验靶场现代化工作,以支持加快的测试节奏和新能力的开发,从而在日益复杂的威胁环境中测量高超声速导弹的飞行性能。”美国国会在2022财年向负责研究和工程的国防部副部长(USD(R&E))和作战试验鉴定主任拨款4750万美元,用于高超声速测试基础设施。然而,作战试验鉴定主任的“2023财年年度报告”指出,至少有一个高超声速武器项目“由于高超声速飞行走廊、目标区域和测试支持资产的可用性和数量有限,飞行测试计划仍然不断受到挑战”。美国国会可能会考虑是否需要额外的资金来解决作战试验鉴定主任在2022财年提出的建议。

据报道,美国国防部计划在未来几年增加高超声速测试基础设施。2019年1月,美国海军宣布计划重新启动位于加利福尼亚州中国湖的发射测试综合体,以提高CPS导弹的空中发射和水下测试能力。美国国防部还宣布开发“多军种先进能力高超声速试验台”(MACH-TB),旨在“提高美国国内高超声速飞行测试的能力,并利用多种商用运载火箭搭载高超声速有效载荷”。美国国防部在2023年11月成功测试了MACH-TB的组件。根据美国政府问责办公室进行的一项评估,从2015财年到2024财年,美国国防部已投入约10亿美元用于高超声速设施现代化

美国国会也持续对高超声速武器基础设施展现出兴趣。美国“2021财年国防授权法”第222条要求,负责研究与工程的国防部副部长在与作战试验鉴定主任协商后,应向美国国会负责国防事务的委员会提交“对用于部署高超声速武器的测试能力和基础设施的充分性的评估,以及支持高超声速武器在飞行过程中的测试和地面测试所需的任何投资的阐述。”

“2022财年国防授权法案”第225条要求美国国防部长确定主要靶场和测试设施基地的高超声速设施和能力,并向美国国会负责国防事务的委员会提供改进计划。同样,“2023财年国防授权法案”第237条指示美国国防部长评估美国国防部测试与评估高超声速技术的能力,并“确定美国国防部以外的、有潜力用于扩大美国国防部能力的测试设施……包括联邦政府其他部门和机构的测试设施,以及学术界和商业测试设施。”“2024财年国防授权法案”第218条指示美国国防部长至少每两年更新一次该评估。该法案还指示美国国防部长进行一项研究,评估美国境内至少两个“可能被用作远程高超声速系统测试的额外走廊”的地点,并向美国国会负责国防事务的委员会提交一份关于美国国防部在高超声速能力方面的经费和投资的年度报告。

最后,在2020年3月,美国国防部宣布其已建立了一个“高超声速作战室”,以评估美国高超声速武器的工业基础,并确定供应链中的“关键节点”。同年,美国国防部还修改了其5000系列采办政策,以增强供应链弹性并降低维护成本。

来源 | 渊亭防务
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