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极速风暴

发布时间:2021-07-04 01:18:29 浏览数:

自20世纪初人类发明飞机以来,航空器飞行速度历经亚音速到超音速,但追求更高飞行速度的梦想从未止步,高超音速飞行潜在的巨大军事和经济价值使得各航空强国纷纷投巨资到该领域。美苏等国从上世纪50年代就开始进行高超音速飞行技术研究,在冷战年代实施过一系列相关研究计划。美国更是在“星球大战”时代以雄心勃勃的“国家空天飞机”(NASP,X-30)计划而达到巅峰。由于冷战结束和不可克服的巨大技术障碍,NASP在九十年代初不得不下马,此后高超音速研究活动渐渐归于沉寂。

自20世纪90年代以来,美国在全球范围进行了多次高技术局部战争,无可匹敌的太空军事优势倍增了本就强大的常规作战力量,特别在目标侦察、监视、识别和远程精确打击技术上展示了强悍实力。但战争中也暴露了美军的诸多不足,主要表现为:严重依赖前沿部署的基地,战前部署周期过长;依赖盟国的支持,包括使用基地及开放领空等;缺乏打击时间敏感型、加固或深埋地下目标以及应付非传统威胁的手段和能力;美军标榜的全球打击能力有限(战略核力量除外);若作战对象是国土幅员广大的对手,以美军现有远程常规火力投送平台(如亚音速的B-2/B-52等)和弹药,要对纵深腹地的目标实施快速打击力不从心;过于依赖太空C4ISR系统,如大型通信卫星、光学/雷达成像侦察卫星、电子情报收集卫星、GPS导航卫星等。具有先进航天科技的国家战时可以干扰、阻塞、摧毁这些成本高昂、研发-制造-发射-在轨测试-交付周期过长的卫星系统,从而削弱美国的太空能力。

有鉴于此,美军从上世纪90年代后期开始进行一系列研究,规划在本土从空间或通过空间(包括高度20~100公里的临近空间)对全球实施快速常规打击,同时探索快速进入和利用空间的技术途径。近年来美军正处于战略转型期,关闭了许多海外基地,对这种快速反应能力的需求更为迫切。2002年,美军战略司令部把航天司令部合并进来后被赋予四项使命:全球打击和空间作战、全球导弹防御、信息战、全球C4ISR系统,它认为战略核力量和快速全球常规打击能力将为美国提供双重威慑力量。这种快速精确的全球常规打击能力具有全频谱作战效果,在突发事件中能够影响、劝阻、干扰、瓦解直至击败敌手,能够有效地对抗敌方的反介入措施;能对敌方实施无预警打击或警告性打击;在冲突爆发初期的高威胁阶段可以打击高价值和时敏目标,实施震慑斩首行动,摧毁压制敌防空火力,而且打击可以贯穿整个作战行动,使敌手感觉到总有一柄利剑高悬头顶从而产生“无法取胜”的绝望心理。快速进入和利用空间要求研发、制造成本低的小型战术卫星并能快速发射和及时交付,以便战时能够迅速构建战术C4ISR系统以增强原有战略C4ISR系统的能力,或重构受损的天基C4ISR系统。

1998年,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的宇航工程师普利斯顿·卡尔特提出Hypersoar高超音速概念机。Hypersoar采用尖楔型乘波体设计方案,使用火箭基组合循环发动机推进。Hypersoar从普通跑道起飞,发动机加速到10马赫飞行,当爬升到40公里高度时关闭发动机,飞机依靠惯性滑行到60公里的高度时开始回落;随着飞机回落,升力逐渐加大,到达35公里(稠密大气层的边缘)时短暂启动发动机,推动飞机再次爬升……如此周而复始,飞机每两分多钟进行一次“跳跃”,每一跳约450公里,这样在两小时以内可以到达地球上任何地点。这种在稠密大气层上方跳跃飞行的方式就像顽童用扁平石块在池塘里打水漂一样,不仅节省燃料,而且大大减轻高超音速飞行的气动热载荷。此外,Hypersoar还可以作为两级入轨运载器的可重复使用第一级,用于发射卫星。

Hypersoar重新引起了国防先期研究计划局(DARPA)对高超音速技术的浓厚兴趣。从2000年开始的四年多时间里,卡尔特调往DARPA,负责该局高超音速飞行器多个相关研究项目,建立了Hypersoar初始研究组。2002年美国空军航天司令部发表快速反应航天发射(ORS)和快速全球打击(PGS)两项任务需求陈述(MNS);同年12月,美国国防部责成DARPA和空军建立联合项目办公室加速ORS和PGS研究;次年3月,美国国防部联合需求监督委员会(JROC)正式批准ORS和PGS任务需求陈述;空军航天司令部随即开始实施为期一年的ORS备选方案分析工作。后来,ORS概念进一步扩展为快速反应空间体系(包括具有快速反应能力的发射场、运载火箭、有效载荷)。2003年6月17日,联合项目办公室发出招标征询书初稿,项目名称命名为“猎鹰”(FALCON,意即从美国本土实施武力运用与投送)。2003年7月29日,项目招标征询书正式发布,“猎鹰”计划粉墨登场。

技术研发路线图

“猎鹰”计划是一个技术开发和武器系统演示验证计划,目标是研发、演示验证从美国本土实施全球快速打击以及快速空间发射所需的技术,兼具ORS和PGS双重任务,项目划分为近期(2010年时间段)和远期(2025年时间段)目标。

近期目标是使用快速反应的低成本一次性小型运载火箭(SLV),把称为通用气动飞行器(CAV)或增强型CAV(ECAV)的无动力再入滑翔机动飞行器发射到亚轨道,然后CAV再入大气层并进行机动飞行,对全球范围内的目标实施打击;SLV也用于把小型卫星快速发射到地球低轨道。

美国在20世纪70—90年代进行过许多与洲际弹道导弹相关的再入机动飞行器的研究与试验,如先进机动再入飞行器(AmaRV)和高性能机动再入飞行器(HPMARV)等。美国空军从上世纪90年代中期开始进行CAV概念研究,它自AMaRV和HPMARV衍生而来,是一种无动力高超音速再入滑翔机动运载工具。“通用”意味着可以用地基、空基、天基多种平台进行发射,可以携带多种有效载荷(弹药);有效载荷可以选择1枚钻地弹头、4枚小直径炸弹、6枚广域自主搜寻目标弹药(WAASM)或6架进行情报收集、监视、侦察(ISR)的无人机等。SLV把CAV发射到符合“突入点”条件(高度、速度、姿势)的亚轨道时,CAV与SLV分离后沿低伸惯性弹道飞行,然后再入大气层,利用其高升阻比气动外形进行大范围滑翔机动,规避拦截火力,到达适合“布撒”位置时释放出携带的弹药,对目标进行精确打击。

远期目标是开发一种称为高超音速巡航飞行器(HCV)的可重复使用飞行器。HCV实际上就是高超音速无人作战飞机,像普通飞机一样从跑道上水平起飞,由推进系统加速到10~12马赫的巡航速度,到达所需位置后释放出携带的多种有效载荷(如CAV、巡航导弹等),在全球范围内对分散的多个目标实施打击。HCV还可以作为两级入轨运载器的第一级,背驮一次性火箭用于快速发射卫星,任务完成后返回基地,水平降落在跑道上。

近期和远期目标的技术需求是开发一系列通用技术,包括:高升阻比气动外形、轻质耐高温材料、热管理技术(包括主动冷却技术)、飞行弹道优化(包括周期性弹道,如跳跃式弹道)、制导/导航和自主飞行控制、载荷高速分离释放技术、可重复使用的材料技术和高性能推进技术等。制定把这些关键技术催化成熟的路线图,使之达到技术就绪等级中的6级状态(TRL,美国国防部表示技术成熟度的分级标准,TRL=6表示系统或子系统模型或原型已在相关环境下进行过演示验证),然后把这些技术集成为武器系统,并通过一系列飞行试验进行演示验证。

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