未来十年军用高超音速飞行器展望

科技 2025-01-10 18:14 北京

据simpleflying网站1月8日表示，美国政府正在实施一项国防战略，以维持其在全球权力格局中的优势。该战略旨在革新军事能力，为取得军事优势奠定持久基础。自上世纪中叶以来，美国就将包括高超音速技术在内的新兴技术视为关键技术领域。

高超音速超过音速五倍，即马赫数 5 <M < 10。根据 NASA 的定义，高超音速飞行器的速度大于每小时 3000 英里（4828 公里）。与超音速（飞机速度超过每小时 761 英里，即 1225 公里）不同，像协和式飞机和 F - 15 “鹰” 式战斗机等型号在航空史上已标志着重大进步。

高超音速航空是一个充满前景的未来军事领域，它利用创新技术克服发动机制造、材料和轻量化方面的物理障碍。各公司正在投资金属增材制造技术，以建立垂直整合的运营模式，实现下一代喷气发动机复杂部件的快速原型制作和迭代。这种垂直整合对该行业具有更广泛的影响。

“尽管过去这些项目的资金相对有限，但五角大楼和国会对推进高超音速系统的开发和短期部署表现出越来越浓厚的兴趣。” 国会研究服务处表示。

高超音速武器

高超音速导弹由火箭助推器发射，能够更快地重返大气层，并进行规避机动以突破防御。它们的射程可达数千公里，从而突破防御。相比之下，高超音速飞行器可利用现有的军事弹药并投放有效载荷，然后返回重新装载。尽管初始投资较高，但每次攻击时无需丢弃特殊的推进系统。

这些武器包括洲际弹道导弹（ICBM），它们以弧形轨迹在地球大气层外飞行，并以比其他导弹更快的速度投放有效载荷。此外，高超音速巡航导弹有两种形式：一种安装在滑翔飞行器（HGV）上，另一种配备超燃冲压发动机。这些导弹并非为可重复使用而设计，仅以单程方式投放有效载荷。

超燃冲压发动机是一种吸气式喷气发动机，利用超音速气流进行燃烧。它依靠飞行器的高速来压缩进入的空气，不过它使用点火源产生的激波而非激波锥，从而能够在极高速度下高效运行。

尽管成果参差不齐，美国和中国等国家仍在开发滑翔飞行器和巡航导弹。高超音速武器的扩散是由于战略规划与技术获取之间的脱节，由于发动机限制和精度存疑，高超音速巡航导弹大多仍在开发中。俄罗斯正在开发三种武器，包括 “匕首”（Kinzhal）和 “锆石”（Tsirkon），旨在具备区域和战略打击能力，并且可以携带核弹头。

HAWC 项目

高超音速吸气式武器概念（HAWC）项目是美国国防高级研究计划局（DARPA）和美国空军的联合倡议，旨在为一种有效且经济的空射高超音速巡航导弹开发关键技术。该项目专注于高效、快速且经济的飞行测试。

HAWC 计划进行飞行演示，以提高飞行器的可行性、有效性和经济性。关键技术包括先进的高超音速飞行配置、碳氢超燃冲压发动机推进、热应力管理以及经济的系统设计和制造方法。

飞行器发展

高超音速军用飞行器领域发展迅速，以下是一些最突出和最新的发展：

1. SR - 72 “黑鸟之子”

由洛克希德・马丁公司开发的 SR - 72 “黑鸟之子”，有望成为标志性的 SR - 71 “黑鸟”（有史以来最快的有人驾驶飞机）的高超音速继任者。这架无人驾驶飞机预计速度将超过 6 马赫（约每小时 4600 英里或 7400 公里）。它由洛克希德・马丁公司的臭鼬工厂（Skunk Works）为监视、情报和侦察目的而开发，臭鼬工厂负责各种飞机设计、高度机密的研发项目以及特殊飞机平台。

2. Stratolaunch 的Talon - A

总部位于加利福尼亚州莫哈韦的 Stratolaunch 是一家领先的航空航天公司，设计、制造和发射满足各种国家需求的飞行器和技术。其 Talon - A 是一种自主、可重复使用的试验台，专为飞行测试而设计，使其更易于使用且成本更低。它具备速度和机动性，能够在各种高度和飞行剖面下频繁达到高马赫数。该试验台还允许根据任务需求定制有效载荷体积和仪器配置，实现快速的飞行周转和经济高效的数据收集。

3. Mayhem 项目

美国空军的 Mayhem 项目专注于演示一种用于打击、情报、监视和侦察任务的空射高超音速飞行器，但由于资金问题，该项目面临不确定性，可能会延迟完成。不过，对特定项目组件的兴趣，包括对先进高速喷气发动机的研发，可能仍然存在。根据该部门的信息请求，Mayhem 项目被认为旨在部署一种无人、可重复使用的高超音速无人机平台，能够执行两种特定任务：打击行动以及情报、监视和侦察（ISR）任务。这种高超音速无人机旨在实现 10 马赫以上的速度。

4. Quarterhorse Mk 1

领先的航空航天和国防技术公司 Hermeus 已完成 Quarterhorse Mk 1 飞行测试活动的地面部分，标志着所有飞行器子系统以及 Hermeus 定制飞行甲板中的软件和硬件的成功集成测试。Hermeus 正在完成相关工作，以获得美国空军第 412 测试联队和美国联邦航空管理局（FAA）的飞行认证。在爱德华兹空军基地进行的全面地面测试活动仅用 21 天就完成了，展示了 Hermeus 在短短 204 天内设计和建造全新飞机的能力。12 月 17 日宣布，地面测试以在爱德华兹标志性的干湖床上进行的 130 节（约每小时 240 公里）全加力滑跑测试告终，验证了空气动力学模型假设，评估了飞机的方向控制能力，并评估了操纵面的性能。Quarterhorse 的下一代产品 Mk 2 正在 Hermeus 位于亚特兰大的工厂积极建造中。这架飞机配备了更大的普惠 F100 发动机，将以超音速飞行。

5.“先锋”（Avangard）

“先锋” 是俄罗斯的一种高超音速助推 - 滑翔飞行器，能够携带核弹头或常规弹头。它的射程超过 6000 公里，重约 2000 公斤。它由一枚弹道导弹携带，目前是 SS - 19 “三棱匕首”（UR - 100NUTTH），未来将被 R - 28 “萨尔马特” 取代。最初计划安装在公路机动的 RS - 26 “边界” 上，但由于财政限制，俄罗斯选择了基于发射井的 R - 28 “萨尔马特”。

此外，高超音速飞行在军事和民用领域都具有巨大潜力，如全球旅行和太空探索。然而，高超音速系统面临着开发和运营高超音速飞行器的高昂成本，使得投资难以合理化。其他复杂的工程挑战包括：

① 需要通过轻质隔热罩和热保护系统来管理摩擦和空气阻力产生的热量。

② 必须使用创新材料和复合材料来承受极端环境。

③ 系统必须在有争议的环境中突破各种防御。

④ 以每秒一英里的速度移动的系统需要精确的机动性。

⑤ 飞行过程中必须保持通信。

来源 I 两机动力控制

作者 I Allen

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