据国际文传电讯社10月22报道,俄罗斯国家航天集团公司斥资7.3亿卢布建造高超声速飞行器的热防护试验台。与此同时,俄罗斯战术导弹集团也在呼吁开发耐受高超声速高温的整流罩。这些动向显示,俄罗斯在高超声速领域十分活跃,尤其对高超声速武器相当热心。那么,这种被美国视为“眼中钉、肉中刺”的武器到底有何过人之处?目前俄罗斯的高超声速技术已经发展到何种程度了?
俄罗斯先锋高超声速导弹发射升空
俄罗斯锆石高超声速导弹想象图
◆ 高超声速的必由之路 ◆
高超声速是指速度高于5倍音速,也就是大于5马赫的速度。众所周知,“高速”是高超声速飞行器研制的拦路虎。
比如,高超声速下,激波相互作用和激波冲击现象,与普通超声速有巨大的不同,高超声速飞行器的气动无论是升阻比还是热防护设计都有很大的不同。由于高超声速下的工程技术难度很大,即使高超声速技术在军用和民用上有着极大的潜力,这项技术也迟迟没有大规模地开花结果。
尽管如此,高超声速仍然是人类航空航天发展的必由之路,就以航天飞机来说,如果没有X-15和X-24等一系列高超声速试验飞行器的探索,它怎么可能载入大气层后顺利减速并飞回地面呢?
发展高超声速技术的一个重要需求,就是满足航天器再入返回以及进入火星飞行器的研究需求,俄罗斯国家航天集团公司新建的高超声速热防护试验台,旨在地面模拟测试高超声速飞行器在2500K温度下的耐热性、绝热性和热防护性能,而俄罗斯战术导弹集团要研制耐高温的整流罩,更是直接研制高超声速导弹的动作。
高超声速可以说是一个“军民不分家”的领域,无论是兴建热防护系统试验台,还是耐高温整流罩,这样的基础投资都是发展高超声速技术的必由之路。
事实上,苏联时代对高超声速技术就投资巨大,俄罗斯继承了苏联时代的技术基础,现在可以说已经是“青出于蓝而胜于蓝”。
◆ 各型技术发展神速 ◆
高超声速飞行器按照有动力和无动力,可以大致分为吸气式和助推滑翔两种类型,俄罗斯在这两种类型上都有雄厚的积累。
飞行器的飞行速度超过5马赫后,空气开始离解,普通冲压式发动机的进气道和燃烧室已经无法正常工作,而超燃冲压发动机通过超声速燃烧解决了这个问题,但超声速燃烧本身就是巨大的挑战。无论是吸气式还是滑翔式高超声速飞行器,高超声速下的升阻比都是它们的“命根子”,为了提高升阻比,它们不约而同地向乘波体方向努力。
美苏冷战时期,双方都曾测试大量超燃冲压发动机方案,但第一个突破技术瓶颈的是苏联的“冷”方案。该方案在1991年11月27日首次飞行试验大获成功,超燃冲压发动机中首次实现了正推力。
“冷”方案是一种亚燃/超燃双模冲压发动机。后来,俄罗斯、法国和美国进行了后续试验,取得了更多的突破。俄罗斯还进一步研制了飞行速度更快的GLL-31和GLL-VK乘波体飞行器,它们也都使用超燃冲压发动机。据称,GLL-31使用氢燃料发动机,而GLL-VK是一种三模态氢燃料超燃冲压发动机。
其实,液氢燃料的超燃冲压动力实用性较差,美国在测试了X-43A后,转向了更实用的X-51A碳氢燃料超燃冲压飞行器,俄罗斯也有自己的碳氢燃料超燃冲压动力飞行器——GLL-AP-02。据称,它是一种外形类似X-51A、速度也大致是6马赫的高超声速飞行器。它为俄罗斯发展高超声速巡航导弹铺平了道路。
虽然德国人桑格尔提出了桑格尔弹道,但俄罗斯人在高超声速助推滑翔飞行器上取得了丰硕的成果。
俄罗斯在上世纪60年代就开始研制并试验高超声速飞行器和弹头,其主要目标是核导弹突防以及太空作战。
早期,苏联研制了媲美美国航天飞机的暴风雪号航天飞机,体现了苏联在高超声速技术上的雄厚底蕴,苏联更早还研制过比较科幻的米格-105螺旋空天飞机。
螺旋空天飞机包括高超声速载机、助推火箭以及轨道器。无论是载机还是轨道器都对高超声速下的气动控制和防热提出了很高要求。虽然由于种种原因,螺旋项目不幸被取消,但轨道器测试飞行器BOR后来的发射,落到印度洋让美国人也大开了眼界。现在,美国的追梦者小型航天飞机,技术上就可以追溯到美国山寨BOR的HL-20空天飞机。
随着美国反导系统和技术的不断发展完善,俄罗斯当然不会放弃高超声速飞行器技术的发展,从机动再入弹头到远程滑翔的高超声速飞行器,俄罗斯再一次展示了雄厚的技术实力,让美国人大吃一惊。
◆ 高超武器可圈可点 ◆
俄罗斯的高超声速武器也可以分为吸气式和滑翔式两大类。
吸气式高超声速武器可以追溯到多年前的GLL-AP-02飞行器,它的碳氢燃料超燃冲压发动机是俄罗斯吸气式高超声速导弹技术的核心。
俄罗斯在过去数年里曾连续多次测试3M22锆石高超声速导弹。有意思的是,俄罗斯媒体正大光明地将美国X-51A的图当做本国锆石导弹发布。然而,很多网友表示,印度的布拉莫斯II导弹和锆石导弹更像一些。
布拉莫斯II导弹是一种速度可达7马赫的高超声速导弹,它实际上就是锆石导弹的对外输出版本。锆石导弹经历了多年的研制和试验后,据称2017年已经进入俄罗斯陆军服役,它还将装备到俄罗斯海军各型战舰上。
有一种说法是,锆石导弹的射程可达400~600公里,也有说法称达到了1000公里,它可能是人类第一种正式服役的高超声速巡航导弹,是俄罗斯在吸气式高超声速领域领先的标志。
俄罗斯的滑翔式高超声速武器也有长足的发展。苏联切洛梅设计局1965年就开始研究高超声速滑翔弹头。上世纪80年代,苏联的Yu-70高超声速滑翔弹头就是切洛梅设计局的杰作。1990年切洛梅的Yu-70高超声速弹头连续两次试验失败,进入本世纪后,俄罗斯重启高超声速武器研究,项目代号4202,高超声速滑翔弹头编号Yu-71。
自2009年开始,Yu-71高超声速滑翔器开始连续发射试验。2016年4月19日,Yu-71飞行试验成功,为后续的武器化铺平了道路。俄罗斯验证掌握高超声速滑翔弹头技术后,很快将其和SS-19液体大型弹道导弹结合,诞生了名为“先锋”的高超声速洲际导弹,这种导弹使用洲际导弹投放,具备高超声速滑翔能力的弹头。
俄罗斯的高超声速滑翔弹头具备很远的滑翔距离和很强的机动能力,令美国现在的反导系统鞭长莫及,据称,先锋导弹将在今年正式服役,代表着俄罗斯在高超声速的另一个领域也超越了美国。
(本文内容摘自《中国航天报》头版)