-
中国的高超声速试验水平到底如何?
关键字: WU-14神龙航天飞机钱学森“银鸟”飞行器弹道示意图
桑格尔弹道和钱学森弹道的区别
1948年,有一个人在研究了缴获的德国技术资料后,提出了一个新设想。他就是当时还是美国陆军上校的钱学森。他的方案与桑格尔不同,认为只要有足够先进的热防护技术,就能让飞行器在特定的高度层以高超声速持续滑翔飞行。除了热防护,这种飞行方式也需要飞行器具有更好的高速升阻比特性。他所提出的弹道,被人们称为“钱学森弹道”(也叫“助推-滑翔”弹道),按照他的理论计算,采用这种方式可以将弹道导弹的射程提高一倍。
【飞行器速度级别按照从低到高有:亚声速(小于0.8倍声速)、跨声速(0.8-1.2倍声速)、超声速(1.2-5.0倍声速)、高超声速(5.0-10.0倍声速)、高-高超声速(10.0-25.0倍声速)和超-高超声速(大于25.0倍声速)。不同的速度段对飞行器的设计有不同的要求,后文我们会提到。】
今天,桑格尔弹道在航天领域得到了不少运用,例如登月飞船和深空飞行器的返回舱,很多利用桑格尔弹道在大气上层“打水漂”,来快速降低自身速度,我国最近的嫦娥5号技术验证探测器就采用桑格尔弹道进行回收。
利用桑格尔弹道降低速度后降落是深空探测器的一种典型再入方式
不过今天我们要说的主角,高超声速飞行器,主要运用的仍是钱学森弹道。
钱学森先生于1955年历经波折回到祖国,而他给美国留下的“钱学森弹道”却让美国人魂牵梦绕。钱老一个人启动了中美两个国家的高超声速研制,这种说法绝不夸张。
以钱学森的研究为基础,从美国陆军航空兵升格而来的美国空军提出了一种新的航天飞行器方案,这就是著名的X-20航天飞机,该方案于1957年开始研制,1963年结束。X-20可以飞出大气层,到达低地轨道,设计在大气层内以22倍声速滑翔。
X-20航天飞机模型
X-20的研制遇到了当时尚无法解决的技术难题,胎死腹中。但它的基本设计为后来的航天飞机所继承——这一点倒是被钱学森先生预计到了。
航天飞机的高超声速滑翔
上世纪80年代,钱老在文章和发言中多次谈及对美国航天飞机的评估,认为它“走不远”。主要就是因为它过于庞大,又要求反复使用,难度非常高,也不经济。这些观点后来都得到了验证。
在X-20之后,美国开启了一系列高超声速验证方案,尤其是诺斯罗普公司非常热衷于升力体飞行器的研制。这种飞行器具有很高的高速升阻比,在高超声速滑翔方面有很大潜力,诺斯罗普公司连续研制了X-24和HL-10等型号的验证机。以至于后来诺斯罗普研制飞翼结构的B-2轰炸机时被人开玩笑:“诺斯罗普60年代搞的都是没有翅膀的飞机,而现在搞的东西只剩翅膀了。”
而另一方面,差不多在研制X-20的同一时期,美国也意识到高超声速飞行所面临的技术问题并不像之前所想象的那么少。例如,高超声速飞行时空气与飞机表面高速摩擦产生高温高压环境,令人意想不到地产生了化学反应,这导致飞机表面的温度远高于预期,对热防护提出了更高的要求;再如,高超声速飞行时气动舵面失效……等等。
“民兵3”导弹的两种再入飞行器,左为分导式多弹头,右为目前实际装备的单个弹头,洲际导弹的弹头再入大气层时飞行速度超过20倍音速
因此从50年代后期开始,美国决定研制一种验证高超声速飞行的研究飞机,即著名的X-15。X-15是一种火箭动力飞机,它无法像X-20一样,飞到大气层外加速到惊人的速度再返回,仅仅是用推力强大的火箭,将飞机在大气层内尽量加速。1967年10月3日,X-15达到了7273千米/小时的最大飞行速度,相当于5.9倍声速。
X-15帮助美国弄清了许多高超声速飞行的特殊要求,这些技术陆续被运用到洲际导弹、返回式卫星和航天飞机上。
美国X-15火箭飞机,最大飞行速度达到了5.9倍声速
诺斯罗普公司研制的HL-10升力体飞行器
航天飞机再入的速度达到了24倍声速,实际上就相当于进行“钱学森弹道”的滑翔段飞行,它的再入点一般是在夏威夷以东1500公里的太平洋上空,着陆地点则是佛罗里达半岛的肯尼迪航天中心。在整个再入过程中滑翔8150公里,飞行速度从24倍声速降低到不到400公里/小时。其间航天飞机还会利用侧滑大幅度横向调整自身的飞行路线,机动范围2000公里左右。
而美国目前的X-37无人航天飞机的再入过程与之相似,再入速度更高,达到25倍声速,着陆速度更低,为330公里/小时。说明这两种飞行器的实际技术水平相当,采取的热防护手段也基本一样。只不过X-37是无人飞行器,发生意外的话也不会出现机毁人亡的悲剧。
航天飞机再入大气层路线之一,这条路线减速较快,下降也较为陡峭
航天飞机常见降落路线,滑翔距离较长
航天飞机再入阶段以较大的攻角再入
必须承认,这是人类目前为止对钱学森弹道利用水平的高峰,苏联一直担心美国利用航天飞机做自杀性攻击,而X-37也常被认为具有当做核武器运载工具的潜力。
苏联为赶上美国,在冷战结束前试飞了“暴风雪”号航天飞机,应该说达到旗鼓相当的水平。
苏联“暴风雪”号航天飞机轨道轰炸系统设想之一,发射可以独自再入大气层的滑翔飞行器,再入飞行器类似升力体
米格-105“太空截击机”,实际上这是一个苏联的高超音速滑翔实验项目
不过用航天飞机实施攻击,基本也就只能是自杀式了,因为航天飞机的再入过程实际是不可逆的,它无法在轰炸完成后再加速返航。而且为了发挥气动舵面的作用,要把飞行速度降低到3倍声速左右,这样航天飞机就有可能被先进防空导弹拦截,所以它必须维持全程高速。
有说法称,可以用航天飞机在高空引爆大当量核弹头,变成一颗超大号核电磁脉冲炸弹,直接瘫痪敌国战略通讯能力。不过,美国军方当然不会公开他们这方面的计划。
笔者在这里提及航天飞机,是为了在下文论述近年来高超声速攻击飞行器前,让读者对于今天世界上试验次数最多的高超声速飞行器有基本的了解,不要以为高超声速飞行器是一种闻所未闻的超级武器。
但航天飞机毕竟只能说是有军用潜力,真正将“钱学森弹道”运用到攻击武器上,还要追溯到美国上世纪80年代研制的“潘兴2”中程导弹。
什么是MARV?
这种导弹的主要设计思路是在导弹再入段40公里高度时,利用控制装置拉起弹头,让弹头产生一个攻角,就相当于按照一条较为“陡峭”的滑翔弹道下坠。这种可以“拉起”的弹头被叫做MARV(可机动弹头),以区别于较常见的MIRV(分导式多弹头)。在“拉起”过程中,弹头可以把速度降低到7倍声速左右,此时就可以抛弃导弹头部的防护罩,让雷达开始工作。然后导弹根据雷达探测到的地面景象修正自身飞行路线,最终命中目标。采用了这一技术的潘兴2导弹能以几乎垂直的角度落下,圆概率误差为10-30米。因此除了使用核弹头外,美国也曾计划为该导弹研制集束动能穿透弹头,用来攻击机场跑道;后来也探讨过用这种导弹打击海上舰艇的可能性。
“拉起”弹头也能让导弹的弹道更加难以预测,可以躲避对方的反导拦截。拦截弹必须在“潘兴”2开始机动前的中段弹道就进行拦截,或者具备极强的探测能力和极高的可用过载,可以追踪拉起的弹头。
冷战末年,苏联和美国对MARV系统的研究热情不减,开始计划将其用于洲际导弹,出现了多种设计方案
不过潘兴2导弹并未来得及大量部署,很快就因美苏中导条约的签署而撤装。
潘兴2导弹的“拉起”动作并非首创,苏联研制的第一种反舰弹道导弹SS-NX-13(R-27K)在1972年首次试射,该导弹最早采用了MARV技术,可利用雷达搜索航空母舰等大型海上目标并引导攻击。不过这毕竟是一种70年代的导弹,它的圆概率误差有300米,使用50-100万吨的核弹头,而且其射程也只有700公里左右,实用价值不大,并未实际列装。
这两种导弹的MARV由于弹头设计并未考虑升阻比要求,实际上并不能实现“滑翔”,只是用“拉起”来降低飞行速度而已,和真正的“钱学森弹道”还有很大差距。
美国“潘兴2”导弹作战过程,可见其末端有明显的“拉起”过程
在冷战后期,美苏开始考虑使用航天飞机研制过程中得到验证的热防护技术、控制技术等新技术来研制新一代供洲际导弹使用的MARV。这其中,就出现了几种具备更强滑翔能力的方案。它们采用的外形设计主要是双锥体或非对称造型。俄罗斯90年代后一直自称已经掌握了一种“卫星导弹”,实际上就是指MARV。不过,随着冷战结束,美俄都没有继续在自己的洲际导弹上采用MARV技术,双方各自提出的多个设计都被束之高阁。一同被锁入文件柜的,还有美俄提出的若干高超声速飞行器研制方案和小型航天飞机方案。
-
本文仅代表作者个人观点。
- 请支持独立网站,转发请注明本文链接:
- 责任编辑:堵开源
-
“6年增加两倍”,美军高官又炒:中国速度“惊人” 评论 70NASA局长抹黑中国登月,连专业常识都不顾了 评论 389“中国报价太香,加税50%都吓不跑美国买家” 评论 286挺巴抗议席卷全美高校,大批学生遭逮捕 评论 458习近平主持召开新时代推动西部大开发座谈会 评论 1最新闻 Hot
-
“6年增加两倍”,美军高官又炒:中国速度“惊人”
-
“这泼天的富贵暂时轮不上美国”
-
“价格战太激烈,大众在华目标就是保住份额”
-
朔尔茨称“普京没资格”,俄方反怼
-
“以色列是种族隔离国家!”纽约爆发抗议,数百犹太人被捕
-
“宁德时代被美国施压还赚了,韩企投资美国怎么反而要亏?”
-
俄国防部副部长涉严重贪腐被拘
-
NASA局长抹黑中国登月,连专业常识都不顾了
-
特朗普迎接:我喜欢这人
-
欧洲急着减排,却发现实现目标得依赖中国
-
“中国报价太香,加税50%都吓不跑美国买家”
-
美太平洋舰队司令来华参会:2019年后来华最高级别军官
-
中国进口贴标“美国制造”,这家高端美企要被罚惨了
-
挺巴抗议席卷全美高校,大批学生遭逮捕
-
这是他访华的“筹码”?美官员忙否认
-
伊朗总统警告以色列:若再来犯,让你“寸草不生”
-