[科普中國]-形形色色的高超聲速武器（五）：高超聲速空間進入武器

出品：科普中國

作者：岳江鋒

策劃：宋雅娟

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

以小型空天飛機為代表的高超聲速空間進入武器是高超聲速武器的又一重要分支，具有可重復(fù)使用、發(fā)射成本低、功能角色多樣等顯著優(yōu)勢。近年來，以美國為“領(lǐng)頭羊”，一些先進軍事國家積極探索高超聲速空間進入武器的發(fā)展和應(yīng)用，并已取得顯著進展。

X-37B飛行器：未來多用途太空戰(zhàn)斗機的雛形

X-37B飛行器外觀圖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

X-37B飛行器是美國波音公司研制的無人駕駛且可重復(fù)使用的太空飛機。該機由火箭發(fā)射進入太空，既能作為航天器，在地球衛(wèi)星軌道上飛行；又能作為航空器，進入大氣層進行臨近空間飛行；同時結(jié)束任務(wù)后還能自動返回地面，被認為是未來“太空戰(zhàn)斗機”的雛形。X-37B外形酷似美退役航天飛機軌道器的迷你版，共制造了兩架。每架X-37B長約8.9米，高約2.9米，翼展約4.5米，質(zhì)量約5噸，設(shè)有皮卡車廂大小的有效載荷艙，要裝在火箭整流罩內(nèi)垂直發(fā)射，在軌飛行期間由砷化鎵太陽能電池和鋰離子蓄電池供電，完成任務(wù)后可像航天飛機一樣滑翔返回并在跑道上水平著陸。它的運行軌道高度通常在320～400千米之間。

X-37B飛行器具有適應(yīng)在稀薄大氣層飛行的高升阻比氣動布局，可長時間在軌飛行，并以很高的再入速度在臨近空間作高超聲速遠距離滑翔甚至跳躍式的機動飛行，最大飛行速度可達20馬赫以上，飛行高度在30～100千米之間，這種飛機最終可演變?yōu)椤皬奶於怠钡膶Φ卮驌粑淦?。X-37B在軌道上飛行的時間長，可以攜帶核武器。由于游弋在空天，可將導(dǎo)彈的飛行時間壓縮至幾分鐘，從而使現(xiàn)役和未來的反導(dǎo)系統(tǒng)猝不及防。此外，目前的導(dǎo)彈早期預(yù)警系統(tǒng)也無法鎖定從空天飛行器上發(fā)射的導(dǎo)彈。

X-37B飛行器內(nèi)部構(gòu)造圖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

自2010年以來，美國已經(jīng)開展了5次X-37B飛行器的在軌飛行試驗任務(wù)（OTV）。前四次OTV飛行試驗連續(xù)打破任務(wù)記錄，其中第四次飛行試驗（OTV-4）在軌時間長達718天。截止到OTV-4返回，OTV任務(wù)在軌時間總計長達2085天。第五次飛行試驗（OTV-5）任務(wù)于2017年9月7日啟動，目前已經(jīng)在軌飛行600多天，尚不知何時返回地面。雖然外界對該計劃的任務(wù)細節(jié)知之甚少，但據(jù)美國航天網(wǎng)稱，由于其與施里弗空軍基地聯(lián)系密切，該基地以天基演示實驗和收集太空情報聞名，因此X-37B飛行器可能會被用于情報收集目的。

試驗太空飛機：未來低成本太空運輸機的雛形

試驗太空飛機（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

2013年11月12日，美國國防部先期研究計劃局（DARPA）發(fā)布“試驗太空飛機”（XS-1）項目方案征詢公告。XS-1項目旨在研制試飛一型無人駕駛的完全可重復(fù)使用空天運載飛行器：其尺寸與公務(wù)機相當，能夠完全依靠自身動力像運載火箭一樣垂直起飛，而無需附加任何外部助推器；飛行器起飛后可持續(xù)加速至高超聲速，并爬升至亞軌道高度，然后釋放一個一次性使用的上面級，由該上面級最終將3000磅（約1.35噸）載荷送入地球軌道；與此同時飛行器再入返回，像飛機一樣水平降落，并能夠在數(shù)小時內(nèi)做好執(zhí)行下一次飛行任務(wù)的準備。

根據(jù)方案設(shè)想，未來的太空飛機最終能夠在10天內(nèi)進行10次飛行，并以低于500萬美元的價格，將有效載荷送入近地軌道, 其中包含了一次性使用的上面級的成本。為達成該目標，科研團隊計劃廣泛吸納軍用飛機在追求可靠性和快速周轉(zhuǎn)時間上的常用技術(shù)。例如盡量采用可更換的子系統(tǒng)部件設(shè)計，以便可以快速維護和修復(fù)。XS-1技術(shù)驗證機的推進系統(tǒng)將采用洛克達因公司研制的AR-22發(fā)動機，該發(fā)動機實際上是航天飛機主發(fā)動機SSME的改型。

其他國家發(fā)展空天飛行器的嘗試

HIFiRE飛行器（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

近年來，其他一些先進軍事國家與美國密切合作，積極開展空天高超聲速發(fā)動機技術(shù)的研發(fā)，為研制未來型空天飛行器做準備。2006年11月，由美國空軍研究實驗室和澳大利亞國防科學(xué)技術(shù)部（DSTO)聯(lián)合管理，美國航空航天局、德國航空航天中心、英國BAE系統(tǒng)公司等參加，并由美國波音公司和澳大利亞昆士蘭大學(xué)（University of Queensland）為主要承擔單位，發(fā)起了一項大名鼎鼎的國際高超聲速飛行研究試驗計劃——“高超聲速國際飛行研究試驗”（Hypersonic International Flight Research Experimentation，簡稱HIFiRE）計劃。

HIFiRE計劃的目的是，提供一個低成本的高超聲速飛行試驗平臺，對高超聲速飛行的現(xiàn)象進行研究，以增加對高超聲速飛行的基礎(chǔ)問題和物理現(xiàn)象的理解。通過這個計劃，將拓展高超聲速飛行數(shù)據(jù)庫，提高模擬高超聲速飛行的建模能力和提高其模擬方法的精度，驗證高超聲速飛行的飛行環(huán)境及其關(guān)鍵技術(shù)。這個計劃通過循序漸進的項目安排，逐步增加高超聲速飛行試驗的復(fù)雜程度，最后期望實現(xiàn)超燃發(fā)動機（Scramjet）的持續(xù)自主飛行，為研制下一代空天飛行器奠定技術(shù)基礎(chǔ)。