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不談東風17為什麼成功!只問為什麼美俄高超武器落後了?原因詭異

美國和蘇聯(現在的俄羅斯)早在1950年代就開始發展高超音速飛行器武器,應該說,美國和蘇聯是高超音速研發的鼻祖,只是陰差陽錯,後來的發展斷斷續續,慢慢的停滯不前了。至於為什麼?成因非常複雜。

近幾年,隨著美國彈道導彈防禦系統的發展,各國的高超音速飛行器武器研發又開始重燃戰火(高超音速飛行器理論上可以有效突防彈道導彈防禦系統),不然等美國的彈道導彈防禦系統完全成熟了,各國的洲際彈道導彈都等於作廢,全世界的戰略平衡將被徹底打破。

圖 美國的MKV反導系統

當然,美國自己也在發展高超音速飛行器武器,美國海陸空軍都各自搞了N多型號的高超音速水漂彈,但是都遭遇了慘敗,美國寄以極大希望20馬赫的HTV-2高超音速飛行器2次發射,2次失敗。唯一成功的是空軍的X-51,將將夠上高超音速,結果也是5次發射2次失敗。2014年美國三軍就沒有一次成功的,陸軍的AHW高超音速導彈乾脆升空4秒就爆炸了,而且連發射架一起炸了,鬧了個大笑話。一向以引領世界軍事潮流自居的美國這回糗大了。

高超聲速乘波體武器技術成熟是在80年代左右,但這個時候蘇聯也已經差不多了,等這些武器開始進入驗證階段的時候已經是90年代了,雖然美國方面搞了一個全球快速打擊計劃的東西續了下命,但沒有蘇聯這個最強對手,自然沒有了發展的動力。

圖 美國搞的半半拉拉的X51A高超音速導彈

而另一方面就是美國人其實根本看不上"黨費"-17這種比較low的無動力乘波體設計,有些心高氣傲,以NASA為例,在90年代中期一上來就是有動力的超燃發動機乘波體,結果技術難度過大導致一拖再拖,拖到21世紀後先後遇上小布什時代的重返月球計劃對經費的爭奪和奧巴馬時代的預算大削減,一直在縮比驗證機的水平上反覆折騰直到今天。

怪異的號召

幾年前,美國向全世界發出"限制高超音速武器"的動議和號召,希望各國將發展高超音速飛行器武器限制在一個框架內,或者乾脆不發展,這頗有點幹不過你,你也不能發展了的意思。任何人一看,美國搞的就是緩兵之計,我搞不出來,你也別搞,我緩過來再說。

美國沒有搞起來其實原因很複雜,也不像前面說的那麼簡單。

政治上原因,要怪只能怪福山的歷史終結論,讓美國飄飄乎不知自己的斤兩,這也是缺少歷史的歷練造成的。

還有就是有中導協議的限制,大部分水漂彈都是以中程導彈為載體,不能搞。

技術上,距離短程的滑不起來,利用洲際核彈沒必要用這個突防方式(再入時候直接丟七八個核彈頭,總有漏網的)。洲際常規導彈本身沒有價效比,且由於速度快很多要高超滑翔技術難度又上一個臺階。

當發現結論出現矛盾時,就要反思得出結論的前提。

種種原因吧,政治上的,技術上的,還有就是錢的問題更是一個大問題,國會不給錢,資本家無利不起早等等原因。

為什麼要發展高超音速武器?

首先,我們要明確一個概念,研製所謂的高超音速飛行器究竟為什麼?其實最主要的是兩個目的,一是用較小的代價達到極大的增加飛行器射程的目的。二是利用"極高的機動性"規避對手的攔截彈。

通俗的說,高超音速飛行器是利用"極高的機動性"才獲得極大的提高射程的目的的,極高的機動性是手段,極大的增加射程才是目的。又因為飛行器有極高的機動性,同時具備了躲避對手攔截的能力。

這個極高的機動性主要體現在高超音速飛行器是從近似地球低軌道的高度,採取下壓彈道,在進入大氣層後再利用高升阻比的氣動特性,彈跳出大氣層,然後不斷的重複這個動作,達到極大的增加射程的目的。

舉個不太準確的比喻,就像是我們從一個蹦床,蹦向前面一個蹦床,再蹦向再前面的一個蹦床。當然最形象的比喻就是打水漂了。

另外一個不是很恰當的比喻是滑翔機,滑翔機是沒有動力的,但是可以飛的很遠很遠,滑翔機之所以飛的遠主要是利用空氣動力原理和駕馭氣流的能力,所以,水漂彈又稱滑翔彈頭。

簡單理解,就是高超音速載具具有紮下去,滑翔,蹦起來,紮下去,滑翔,再蹦起來的彈道特徵。技術難點主要是飛行器的蒙皮和結構要耐熱,氣動外形的設計要有高升阻比的特徵。

美國的設想是,第一步實現無動力的高超音速滑翔。第二步實現有動力的高超音速滑翔。第三步是實現可以往返的無動力的高超音速滑翔。第四步是實現有動力的無人駕駛的高超音速滑翔並且在普通機場起降。第五步是實現有人駕駛的有動力的高超音速滑翔並在普通機場起降。

如果實現了上述五步的目標,美國就再次能將其他國家甩幾條街,甚至十幾條街。試想,如果美國實現了有人駕駛的有動力的高超音速滑翔飛行,用在軍事上和民用上,這個前景是多麼的誘人!?

正因為如此,俄羅斯和歐洲的德國、法國,亞洲的中國、印度、日本都在向這個方向努力。

但是目前真正實現了或者說部分實現了第一步和第二步的只有中國和美國,俄羅斯的性質不同,主要是用在洲際彈道導彈的突防上。其他國家是光說不練,模型出了不少,但是連基本的試驗設施和基本的試驗也沒有。

研發難度極高的高超音速飛行器

有人說,美國早就有太空梭,都是從外太空滑翔進入大氣層的,技術上應該不難。

高超聲速飛行,升力和升阻比達到一定的最低要求還要滿足飛行穩定性條件,又要兼顧熱防護和其他學科需要的氣動外形也就是這個世紀才設計出來。太空梭那種形狀阻力太大,熱防護手段也沒法小型化;乘波體是基於簡化的流動條件提出的理論概念,主要的貢獻是提出了一種升力產生方法,不具有單獨應用的價值。現實的應用是將該概念糅合進更晚提出的氣動設計思路。

太空梭再入的過程,實在很難也算成"滑翔"。乘波體"黨費"-17的最大優勢就在於全程在大氣層內,還是高超音速,這個是再入大氣層返回的太空梭不能比擬的

太空梭再入段是極力避免出現水漂效應的嗎?據說小於15度的再入角就會被彈入太空靠剩餘燃料是無法回來的。

太空梭的再入軌道是大角度俯衝,一頭扎入大氣層,沿固定軌道下降到低層大氣,然後才轉入滑翔,如果太空梭在大氣頂層漂了起來,怕是沒法活著回來了

太空梭再入是千方百計減速,和乘波體完全不同。

乘波體是依靠激波的壓力產生升力The attached shock wave creates an efficient compression lifting surface with no flow spillage from the lower surface to the upper surface at the design point. Because of this characteristic, the predicted lift-to-drag ratios of waveriders are higher than those for conventional hypersonic vehicle concepts.翻譯過來就是"附加的衝擊波創造了一個有效的壓縮提升面,在設計點沒有從下表面到上表面的流動溢位。由於這一特性,預測的升力-阻力比比傳統的高超聲速飛行器的概念要高。"

另外一個難以解決的難題:黑障

人們常說一句話就是功夫在詩外,因此美蘇發展不了乘波體以及反艦彈道導彈的根本原因不在於氣動外形和動力問題,根本的原因在於導彈穿越大氣層是的導彈的通訊引導控制問題,也就是人們常說的火箭或導彈重返大氣層時必須遇到的黑障問題,中國是目前是嚴格意義上解決了這個問題的國家,這是數年前的報道。

高超音速通訊一直是一個世界性難題,過去只要速度達到3倍音速,通訊就要會出現難以穩定實施的黑障,這個問題極大制約了航空航天的發展,也讓通訊成為了高超音速裝備的一個致命短板。美俄歐日等都在這個問題上進行了大量研究,目前突破了5倍音速難題,可是中國卻傳來了拿下10倍音速通訊密碼的振奮訊息,國際社會為之震動。

美國《戰略之頁網站》透露中國某研究院超高音速制導專案組最近參與了評比,其中展示的10倍音速通訊黑障問題解決方案最值得期待。雖然這項技術還停留在實驗室階段,可是這樣已經跨域了5倍音速的世界關口,一下子躍升到10倍音速突破速度還是非常大的

乘波體飛行器四大難點:構型,飛控,材料,動力。都是極其難啃的硬骨頭。20馬赫級別的風洞,登月級別的飛控,耐數千度高溫級別的材料,魔幻級別的發動機。一個也不能少。

因此,科技強大之如美國,也尚未搞定。

乘波體飛行器是美國人最先搞起來的。2003年起,先後有X51A,HTV-2正式立項的專案,X51A四次試驗,HTV-2兩次試驗,乘波體均未能成功。

俄羅斯在原蘇聯發展高超音速武器的技術基礎上發展了俄羅斯一款名叫"匕首"的高超音速飛行器據說已經完成了測試,並將進行試點部署。這款高超音速飛行器可以在飛機上進行發射,最大飛行速度10馬赫,能夠穿透當今世界上所有國家的防空體系,更厲害的是其還可以攜帶核彈頭執行任務。除此之外俄羅斯還準備發展一款名為"前鋒"的高超音速武器,這款武器為滑翔式的高超音速飛行器,最大飛行速度20馬赫,同樣能夠讓所有國家的防空反導體系失效。

但是,大部分國家都認為俄羅斯是在吹牛,據說就是據說,無法證實已經部署。

近兩年,美國明顯加快了高超聲速武器的研發進度。最新的進展是AGM-183A。作為HTV-2的後續專案,它應該是乘波體。目前,真人尚未完全露面,讓我們拭目以待吧。

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