中國反艦彈道飛彈試射,高超音速飛彈技術競爭日趨白熱化

2020-12-02 騰訊網

近日中國人民解放軍戰略火箭軍分別從青海和浙江向中國南海海域發射了DF-21D和DF-26B反艦彈道飛彈，向外界展示了中國軍隊具有從內陸發射高超音速飛彈擊毀敵國海上大型移動目標的能力。雖然中國官方聲明這次演習不針對任何國家，但所有人都知道這是在向誰發出警告。

《環球時報》引述「接近中國軍方的消息人士」說，從青海發射的東風-26和從浙江發射的東風-21在偵察機、雷達、衛星和軍艦的引導和協調下鎖定並擊中海上目標。

報導說，中國的彈道飛彈以20倍音速的速度重返大氣層，大大增加了攔截的難度。

上述兩種飛彈以彈道飛彈為基礎，被稱為「航母殺手」。但除了這兩種飛彈外，中國在2019年國慶大閱兵上還展示了世界上第一種正式服役的超高音速乘波體飛彈—「DF-17」，這是一種帶有機翼的武器，利用的是有中國飛彈之父錢學森創立的「乘波體」理論。

▲帶翼類似飛鏢的流線體在高速高溫狀態下能避免在敏感天線部分外殼形成電離層，避免電子信號被阻斷。

如何保證飛彈在5倍以上音速飛行中不僅有能力做機動飛行，還能保證擊中目標，中國的科研人員需要克服許多重大技術挑戰。

等離子電離層的絕緣作用

以極高速度飛行的飛行器由於與空氣摩擦會在飛行器表面外面形成一層高溫電離層，稱為等離子體鞘。這一層由「黑障」效應產生的電離層將進一步補充離子發動機所需的工質；可以產生等離子減阻效應，幫助飛行器飛到180km 高空，加速至13M，實現高超音速巡航。

同時，由於等離子體的碰撞吸收、共振吸收、極化損耗和其他吸收機制，會造成電磁波的嚴重衰減。當利用等離子體包圍目標表面或置於目標強散射部位前時,雷達發射的電磁波在反射回雷達前將兩次經過等離子體,由於上述機製作用返回的電磁波的能量將大幅衰減,從而使雷達能探測到目標的距離大大縮短，並可使雷達回波成像與實際目標差別甚大，達到偽裝的效果。因此，等離子體在外層空間和大氣層內飛行器的雷達隱身方面具有廣闊的應用前景。

但正是因為同樣原因，這層等離子體電離層也阻斷了飛行器本身發射和接收電磁波的通道，例如無法接收衛星通訊信號，這樣飛彈內部的瞄準系統就無法對移動目標進行探測，也無法向外發送探測目標的電磁波。

西方的研究發現，帶翼類似飛鏢的流線體在高速高溫狀態下能避免在敏感天線部分外殼形成電離層，避免電子信號被阻斷。

射擊精度

提高精度是高超音速飛彈研發麵臨的主要的挑戰。尤其對於以30節或更高速度（每小時35公裡-56公裡）航行的核動力航空母艦而言，飛彈需要更精確的飛行軌跡，但對於以5馬赫速度飛行的飛彈，實現上述機動難度很大。

由於高超音速飛彈飛行速度極快，任何微小的機動都會對彈體結構和氣動負荷產生極大影響，當飛彈處於飛行末段時，所剩時間極少，較大機動會讓飛彈最終瞄準有較多困難。

根據國內媒體報導，在先進網絡和制導系統配合下，中國的高超音速飛彈有能力做機動飛行並摧毀包括航母在內的海上艦船等移動目標。這種能夠在飛行中重新瞄準的技術是過去幾年中出現的新技術，中國如何解決此一技術難題對外界來說是個迷。

無論如何，美國媒體的評論員就此發表評論：雖然不清楚具體技術細節，但中國擁有被稱為「航母殺手」飛彈的事實本身就足以讓美國航母遠離中國海岸。

▲美國評論員就此發表評論，雖然不清楚具體技術細節，但中國擁有被稱為「航母殺手」飛彈的事實本身就足以讓美國航母遠離中國海岸(美國羅斯福號航母)。

材料和衝擊波

▲2010年美國的B-52轟炸機在高空投擲了X-51A超高音速飛行器，飛行器使用超燃衝壓發動機達到超高音速。

當物體處於高溫高速環境下時，會產生化學離解現象，所謂化學離解指化合物分裂而形成離子或原子團的過程。有兩種含義，一指雙原子氣體加熱分離成其組成原子，一指化合物在水中分離成帶正、負電荷的離子。這兩種化學反應都標為離解。這就令高超音速發動機工作的化學環境更加複雜。

美國在2010年美國進行的試驗中，從高空飛行的B-52轟炸機投擲了X-51A高超音速飛行器，其工作機制是飛行器先使用火箭加速達到4.5馬赫的速度，然後啟動超燃衝壓發動機。空氣高速流入衝壓發動機的進氣道，燃料在發動機內燃燒，氣體向後噴出達到高超音速。這意味著幾分鐘內進氣溫度達到1,000攝氏度。

2010年5月26日的這次試驗中，最初的15秒內，X-51A驗證機飛行正常，並開始逐步加速，發動機工作性能明顯優於預期效果，在大約持續飛行65秒後，遙測數據顯示飛機出現異常，發動機後艙溫度明顯升高，加速度開始下降，在超燃發動機持續工作143秒後，遙測信號中斷，1年後的2011年6月13日，X-51A進行第二次飛行試驗。試驗開始後進氣道未能啟動持續燃燒。工作人員嘗試重啟恢復，但仍未成功，最後在操作人員的控制下，飛行器墜入大海。第三次情況似乎比第二次還糟糕，X-51A剛剛發射第16秒就出現故障，發動機卻無法成功起動點火，導致試飛失敗。2013年，5月1日，X-51A終於在飛行測試中創造了其發動機工作時間最長紀錄—210秒。

研發X-51A高超音速飛行器的航空噴氣公司（Aerojet Rocketdyne）是位於美國加利福尼亞的一個高度保密的公司。西方媒體報導說，該公司的僱員在X-51A試驗過後7年才在匿名情況下發表意見，這足以說明高超音速技術的敏感和保密性質。

該公司的一個高超音速專家這樣描述X-51A：「飛行器真正熾熱的部分是形成衝擊波的頭部，那是需要進行材料研發的關鍵所在。」

而中國在該領域也取得了較大進展。2020年6月10日，世界權威的防務媒體媒體《簡氏防務周刊》發表了一篇報導，關注中國高超聲速飛彈項目的一個最新消息——中國研製的最新超燃衝壓發動機試驗機持續工作600秒，《簡氏》認為這是「中國高超聲速武器項目開發計劃的重要進展」。

當然，由於兩者的試驗環境和條件截然不同，不能拿來直接比較。因屬於空中試飛，X-51A的飛行試驗為更難，光超燃衝壓發動機空中起動開車這一條，就比地面試車環境要難得多，但可以說，地面試驗的600秒與之相比，基本屬於並駕齊驅的水平。

西方高超音速發動機研發動向

根據西方媒體報導，英國「反應」發動機公司（Reaction Engines）正在研發「佩刀(Sabre)」高超音速發動機，該公司參考了美國X-15火箭飛機和太空梭的相關技術和經驗，開發出發動機在超音速飛行中吸入超高溫氣體的技術。

據報導這種發動機安裝了被稱為「前置冷卻器」的設備，此一設備是飛行器上最先接觸高超音速高溫空氣的部分。

2019年10月該公司在美國科羅拉多的試驗場對「佩刀」發動機進行模擬高超音速空氣流測試。先將一臺超音速航空發動機固定在地面，然後讓它噴出氣體噴入「佩刀」發動機的進氣口。「佩刀」發動機的前冷裝置運轉後，將冷卻劑通過高壓導管送入發動機，在發動機內部空氣和燃料混合。

太空梭再入大氣層時同樣面對高溫問題，一般來說採用燒蝕防熱複合材料製成的陶瓷瓦做外層保護。

除了抗燒蝕防熱複合材料，另一種辦法是使用英高鎳合金（Inconel），這種合金可以在像火山巖漿般熾熱的高溫氣流中工作。

據反應發動機公司的高層人員透露，「佩刀」發動機採納了英高鎳合金和冷卻槽降溫技術，他認為複雜的熱處理系統加上英高鎳合金是未來高超音速發動機的發展方向。

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六分儀上的地球

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