2018年，以美俄為首的世界大國全力推進高超聲速武器化發展，呈現出新的軍備競賽的態勢。從國別來看，美國加強高超聲速技術頂層規劃與牽引，著力發展高超聲速攻防兩端能力；俄羅斯打破既定計劃框架，高調公布新型高超聲速武器；日本加大高超聲速技術經費投入，啟動高超聲速飛彈武器與關鍵技術攻關項目。從發展應用方向來看，高超聲速飛彈是重點突破和競爭方向；高超聲速飛機發展迅猛；空天往返飛行器依託典型項目穩步推進；同時加大高超聲速試驗能力建設，推進基礎科研技術發展。
美國全力發展高超聲速打擊攻防兩端能力，計劃最快在2020年形成早期作戰能力
進入2018年，隨著美軍高超聲速飛彈科研從以技術集成演示驗證為目標的預先研究階段逐漸轉入以形成作戰能力為目標的型號研製階段，美國在戰略規劃、組織管理、經費保障和項目實施上均進行了較大的調整，以加快高超聲速打擊武器作戰能力形成。
一方面，美國在國防部層面謀劃推動一項名為「國家高超聲速倡議」（NHI）的國家級戰略規劃文件，從頂層加強牽引；同時籌劃成立一個新的實體性質的、針對高超聲速飛彈的聯合項目辦公室，打破當前多機構各自牽頭、分散實施的局面，加強技術項目之間的合作與整合；並在2019財年為高超聲速飛彈科研項目申請8億美元以上預算，相比上一財年增長近一倍，從經費資源上充分保障技術向武器轉化。
另一方面，美國在2018年新披露或啟動多項高超聲速飛彈預研/工程研製項目，形成戰術級高超聲速飛彈空/海/陸多型全面發展的態勢。型號研製方面，繼2017年公布「空射型高超聲速常規打擊武器」（HCSW）項目後，美國在2018年新披露「空射快速響應武器」（ARRW）項目。這兩個原型樣機項目均採用快速採辦模式，由空軍部長直接指導，旨在為後續飛彈型號生產部署的戰略決策和資源分配提供關鍵依據。美國空軍在2018年4月和8月分別授予洛克希德•馬丁公司9.28億美元的HCSW項目研製生產合同以及不超過4.8億美元的ARRW項目研製生產合同，並授予ARRW武器正式編號AGM-183A。預研方面，在持續推進原有「高超聲速吸氣式武器方案」（HAWC）和「戰術助推滑翔」（TBG）兩個空射型演示驗證項目的同時，DARPA在2018年新啟動「作戰火力」（OpFires）項目，計劃利用TBG項目成果，與陸軍聯合開展陸射型高超聲速飛彈的演示驗證，並選定航空噴氣-洛克達因、Exquadrum和內華達山脈（SNC）三家公司共同開發和演示驗證用於高超聲速飛彈的地面發射推進系統；同時在2019財年增加海基型TBG的演示驗證路線，並考慮與海軍聯合開展海基型HAWC研究。HAWC和TBG項目均預計在2019年開展首飛。
為在短期內儘快形成高超聲速打擊能力，美國計劃基於20世紀70年代「桑迪亞有翼能量再入飛行器實驗」（SWERVE）項目中使用的雙錐體飛行器，開發通用高超聲速滑翔體（C-HGB），搭配不同助推器，發展陸/海/空基高超聲速飛彈。其中，美國海軍負責設計通用滑翔體，開發適合海基發射的助推器，並在「常規快速打擊」（CPS）計劃下發展相應打擊武器；美國陸軍負責開展通用滑翔體演示驗證試驗，並依託早前的陸基「先進高超聲速武器」（AHW）項目發展陸射型高超聲速打擊武器；美國空軍在通用滑翔體的基礎上通過HCSW項目發展空射型高超聲速打擊武器，希望在2020年具備早期作戰能力。
在全力加速發展高超聲速打擊能力的同時，為應對潛在對手的高超聲速武器威脅，美國在2018年高度關注高超聲速防禦能力建設。繼2017年首次啟動高超聲速威脅防禦項目後，飛彈防禦局（MDA）計劃在未來6年（2018財年-2023財年）對該項目投入7.36億美元，並在2018年9月授出21份「高超聲速防禦武器系統概念定義」研究合同，涵蓋雷射和電磁武器等非動能攔截、天基攔截和動能攔截等多種防禦方案。作為MDA在高超聲速威脅防禦能力發展方面的補充，DARPA在2018年新啟動「滑翔破壞者」項目，旨在開發針對高超聲速武器威脅的硬性殺傷攔截武器的部件技術，並在11月6日發布項目預招標公告徵集競標方案。
圖1 美國陸軍AHW項目飛行器概念圖
俄羅斯高調公布新型高超聲速武器，率先實現高超聲速飛彈部署
俄羅斯近年來加緊了高超聲速飛行器的研發工作，不斷披露多個高超聲速打擊武器預研/型號研製項目。進入2018年後，俄羅斯高調公布完成「匕首」、「先鋒」兩型高超聲速打擊武器的研製並達到初期入役或準備入役階段，成為世界上最早部署高超聲速武器的國家。
「匕首」（Kinzhal）高超聲速飛彈，代號Kh-47M2，主要為俄羅斯空天軍研製，是一型具有精確制導打擊能力的高超聲速航空彈道（aero-ballistic）飛彈，飛行速度高達Ma10，搭載米格-31K射程達2000公裡，可攜帶常規或核戰鬥部，突破所有現役或在研的防空反導系統，摧毀地面及水面多種固定或移動目標。俄羅斯披露「匕首」從2017年12月開始在俄羅斯南部軍區進行試驗性戰鬥值勤，並在5月的勝利日閱兵儀式上首次公開亮相。俄羅斯透露，考慮使用圖-22M3轟炸機作為「匕首」的新載機平臺。
圖2 俄羅斯「匕首」高超聲速飛彈
「先鋒」（Avangard）戰略級高超聲速飛彈系統由洲際飛彈助推器和高超聲速助推-滑翔彈頭組成，可實現最高速度20馬赫的洲際飛行，並通過大幅度機動突破現有防禦系統。「先鋒」已被列入俄羅斯《2018-2027國家武備計劃》。俄羅斯國防部在7月公開表示，「先鋒」高超聲速飛彈系統已經完成全部研製工作並轉入系列化生產階段，即將進入俄羅斯戰略飛彈部隊服役。
圖3 俄羅斯「先鋒」彈頭動畫圖像
日本在2018年同時啟動了高速滑翔飛彈和高超聲速巡航飛彈關鍵技術研究項目，並大幅增加了高超聲速技術經費投入。其中，高速滑翔飛彈項目，全稱「島嶼防衛用高速滑翔飛彈研究」，是2017年「島嶼防衛用高速滑翔飛彈技術研究」項目的延續，計劃分兩個階段發展助推滑翔飛彈，第1階段採用圓錐形彈頭，預計2026財年投入使用，第2階段採用升阻比更高的較平坦的「爪形」彈頭，預計2028財年服役。該飛彈定位為島嶼間攻擊，射程300~500公裡，作戰概念圖顯示其採用陸基發射，以此推算若將其部署在衝繩主島，則火力範圍可覆蓋釣魚島（約420公裡距離）；高超聲速巡航飛彈關鍵技術研究項目於2018年首次披露，旨在研發可長時間運行的彈用超燃衝壓發動機技術、集成先進部件技術、兼顧包含發動機進氣道在內的飛發外形設計技術，以及長時巡航所需彈體局部耐熱材料結構技術等，並為之制定了為期7年（2019~2025年）的關鍵技術開發及驗證工作規劃。日本在2019財年防務預算文件中分別為高速滑翔飛彈項目和高超聲速巡航飛彈關鍵技術研究項目各投入1.2億美元和5600萬美元。
圖4 日本高速助推滑翔飛彈兩步走規劃
繼2017年公開表示具備研製SR-72高超聲速飛機驗證機的技術條件後，美國洛克希德·馬丁公司臭鼬工廠在2018年1月透露其利用數位化轉型技術成功完成了一型高超聲速飛機的研製，並表示其在近五年採用數位化建模和仿真技術開展高超聲速飛機和發動機的設計、試驗、製造工作，極大提高了研發能力和效率，尤其在攻克超燃衝壓發動機三維進氣道啟動、複雜主動冷卻結構設計、製造技術上發揮了重大作用。
與此同時，美國波音公司在2018年1月和6月分別公布了高超聲速情報監視偵察（ISR）/打擊飛機和民用飛機概念方案及研製計劃，並表示其已具備在10年內研製出一型高超聲速軍用飛機的能力，與洛克希德·馬丁公司形成競爭態勢。其中，高超聲速ISR/打擊飛機方案速度指標為Ma5+，採用大後掠雙三角翼無尾加雙垂尾布局，計劃分兩步發展，首先研製一型與F-16戰鬥機大小相當、採用單臺發動機的技術驗證機，然後再研製一型與SR-71大小相當、採用兩臺發動機的作戰飛機，發展思路與洛克希德·馬丁公司的SR-72極為相似；高超聲速民用飛機方案則瞄準的是一型載客量介於遠程商務機和波音737之間的客機，外形設計與ISR/打擊飛機相似，巡航速度為Ma5，巡航高度為29km，採用渦輪衝壓組合動力形式，並引入英國反應發動機公司正在研製的「佩刀」發動機的預冷技術，以解決渦輪衝壓組合的推力陷阱問題，預計在2030年代末以後投入運營。這兩型飛機方案出自波音內部同一項高速飛行器研究計劃，是波音瞄準高超聲速飛機軍事和商業應用而制定的長遠發展規劃的一部分，包括計劃在近期發展一型可重複使用的高超聲速技術驗證機，以驗證軍民兩用的機身、推進等技術。該驗證機最早可在2023年左右開展首飛。
此外，美國也在加緊高超聲速飛機核心技術攻關，按計劃穩步推進「先進全速域發動機」（AFRE）項目。該項目當前聚焦於發動機模態轉換的可靠性驗證研究。在該項目支持下，航空噴氣-洛克達因公司開發的雙模態超燃衝壓發動機（DMSJ）正在NASA蘭利研究中心的8×8英尺高溫風洞進行低馬赫模態轉換試驗，下一階段將集中研發渦輪基組合循環（TBCC）發動機渦輪和超燃衝壓流道共用進氣道和噴管，並同步開展試驗工作與飛行器概念設計研究。
圖5 美國波音公司Ma5高超聲速客機概念方案構想圖
為實現低成本快速空間進入，美國在近期採用「可重複使用火箭+一次性上面級」方案，積極推進「試驗性太空飛機」（XS-1）項目。在2017年獲得XS-1項目研製試飛合同後，波音在2018年開展了技術驗證平臺「幻影快車」的液氧罐等硬體製造以及各子系統的關鍵設計評審工作，並計劃在2019年年初開展驗證機整車評審，在春季開始飛行器組裝。
「幻影快車」的主發動機採用航空噴氣·洛克達因公司研製的火箭發動機AR-22。AR-22推力達17.1噸，配備有鉸鏈式機艙，便於進入和檢查，保障發動機快速發射周轉。AR-22發動機可重複使用55次，每10次發射任務後進行一次大修，其可重複使用特性是確保「幻影快車」快速發射周轉的重要因素。航空噴氣·洛克達因公司2018年在NASA斯坦尼斯太空中心完成了AR-22組裝工作，並在7月成功完成10天10次連續點火試驗，每次持續100秒。XS-1項目計劃在2021年開展首飛。
瞄準載客太空旅行市場，日本PD航空航天公司和太空漫步者（Space Walker）公司當前正在積極開展可搭載兩名飛行員和六名乘客的運載飛行器探索研究。其中，PD航空航天公司同步開展飛行器和發動機研究，提出新型吸氣/火箭模態可轉換脈衝爆震發動機（PDE）方案，並在2017年7月成功進行單管PDE模態轉換試驗。其運載飛行器瞄準水平起降、可完全重複使用，計劃在2019年開展無人版本技術驗證機100km高度飛行試驗，在2024年推出商業太空旅行服務。太空漫步者公司計劃採用原型樣機開展一系列亞軌道飛行試驗，首先在2021年完成可飛行到100km高度、長9.5m、重6.3t的技術驗證機，用於科學實驗；然後在2023年完成可飛行到40km高度、長14m、重30.2t的原型樣機，配備第二級，可用於小型衛星發射；最後在2027年完成長15.9m、重18.7t的最終版運載飛行器，實現亞軌道載客飛行。
圖6 日本PD航空航天公司的可完全重複使用運載飛行器概念圖
美國積極推進高超聲速試驗能力建設，推動增材製造技術在高超聲速領域的應用發展
圍繞高超聲速技術快速發展和武器裝備需求，美國在2018年加緊推進飛行試驗平臺建設和高超聲速試驗技術發展，積極拓展增材製造技術在高超聲速領域的應用。
在高超聲速試驗設施建設方面，美國在2018年加緊推動高超聲速飛行試驗平臺的建設，以提高高超聲速飛行試驗頻率，更好促進相關關鍵技術成熟。一方面，美國時代軌道發射服務公司正在研製的GO1高超聲速飛行試驗平臺被空軍授予編號X-60A，成為美國空軍「小企業創新研究」（SBIR）計劃下首個獲得X系列驗證機編號的項目。GO1試驗臺採用液體火箭發動機，由成熟的NASA C-20飛機空中投射，旨在提供經濟可承受的、常態化的Ma5~8高動壓飛行試驗條件。時代軌道發射服務公司在2018年6月完成了GO1試驗平臺助推器全尺寸樣機的第一次熱試車，集成驗證了飛行狀態下要求的發動機技術，包括郵箱、閥門、增壓系統和飛行控制等部件；另一方面，美國平流層發射系統公司公布了兩型為縮比關係的高超聲速飛行試驗平臺的概念方案與研製計劃，分別是小型的「Hyper-A」和大型的「Hyper-Z」。二者外形相似，均以公司自研的推力可調液氫液氧火箭發動機為動力，分別瞄準Ma6+和Ma10+飛行試驗平臺。「Hyper-A/Z」平臺能以水平加速和助推滑翔兩種典型模式飛行，以滿足不同的飛行試驗要求。目前，平流層發射系統公司科研團隊工作主要聚焦於「Hyper-A/Z」的計算流體力學分析，以及與載機集成的方案，計劃最早在2020年開展「Hyper-A」首飛，在2025年開展「Hyper-Z」首飛。
在高超聲速試驗技術方面，美國能源部阿貢國家實驗室宣布升級了一套能夠產生高亮度X射線的加速器光源設備，可用於實時捕獲超燃衝壓發動機內部油氣混合的動態圖像，在不幹預或改變高速流動特性的前提下，實時測量診斷超燃衝壓發動機燃燒室內部氣流。阿貢國家實驗室此前已經驗證了X射線可用於定量測量液體火箭噴嘴的流場，目前正在與美國空軍研究實驗室合作，探索用類似診斷技術研究液體射流與馬赫數2橫向氣流的摻混特性。
在基礎科研方面，美國積極推動增材製造技術在高超聲速飛行器領域的應用。在提升材料級產品性能層面，美國空軍研究實驗室與休斯研究實驗室籤署了合作研究與開發-材料轉讓協議，對後者利用增材製造技術生產的碳氧化矽材料進行了極端環境下的性能測試，以獲取相關測試數據，用於指導生產符合高超聲速飛行要求的增材製造陶瓷材料。在製備高超聲速飛行器分系統級部件層面，美國軌道ATK公司在2018年3月對主要由增材製造技術生產的高超聲速武器戰鬥部成功進行了爆破試驗。該戰鬥部總重量達50lb，五個主要部件中有三個採用增材製造技術，是目前已知的首個以增材製造為主要製備方式的高超聲速分系統級產品。增材製造技術使戰鬥部的設計研製生產周期縮短至兩個月內，極大提高了研發效率。
繼去年9月獲得DARPA關於「佩刀」發動機預冷卻樣機（HTX）高溫氣流考核試驗合同後，英國反應發動機公司在美國科羅拉多州沃特金斯開始搭建高溫氣流試驗設施（編號為TF2），目前已完成第一臺HTX和相關設備組裝。2018年5月，英國反應發動機公司披露，其採用美國通用電氣公司的J79渦噴發動機作為熱源，已經啟動了預冷卻樣機高溫考核地面試驗驗證的相關工作。J79提供的1000℃高溫燃氣與加熱空氣混合後，可用於模擬馬赫數5飛行環境下的進氣條件。
高超聲速技術發展至今已超過半個世紀，隨著相關技術日趨成熟，高超聲速武器國際競爭愈發激烈。美國和俄羅斯等大國極力推動高超聲速打擊武器實戰化發展，預計在2020年代初形成早期作戰能力；高超聲速飛機研發呈現加速態勢，但距離工程研製尚有差距；空天飛行器依託典型項目持續開展技術探索。預期未來會呈現新項目/型號推出或裝備態勢，並隨著作戰能力的形成激發全新的作戰樣式，從而改變世界軍事力量格局。