2019年中國科學院院士增選當選院士名單當天公佈,其中,祝學軍的名字顯得格外亮眼,作為DF-17的總設計師,她成功讓中國掌握了美國花費24年都沒有掌握的高超音速武器,讓中國導彈領先世界。
巾幗不讓鬚眉,一腔熱血鑄利箭祝學軍1962年12月出生於瀋陽,她是純中國產的科學家,1984年畢業於國防科技大學自動控制系,後來又考上了中國運載火箭技術研究院的研究生。
作為中國運載火箭技術研究院自培的火箭總體設計專業碩士研究生,畢業後的祝學軍被分配到總體部總體室工作。年僅25歲的祝學軍開始承擔自己第一個重任——負責某型號電氣系統軟體的總體協調和設計工作。
難懂的組合語言、枯燥的資料、複雜的算式,一本厚厚的源程式,這些都是祝學軍需要攻克的難題,她每天跟在那些老同志身後,向他們請教技術問題,最終,她編寫的報告十分出色,不僅對其他同志學習和掌握飛行控制軟體提供了便利條件,而且還發現了原設計中存在的問題,對完善飛行控制軟體起到了重要的作用。
經過了12年的磨練,37歲的祝學軍開始挑大樑,她組織論證了某型號的總體設計方案。1999年全面負責其改進型號研製的技術工作,併成功完成。
此後,她一直負責地地戰術彈道導彈技術研究,是中國導彈技術領域專家,因此也被人形象成為“導彈女神”,比如採用1553B匯流排技術實現運載火箭電氣系統的資訊一體化設計已成為運載火箭電氣系統的設計方向。作為運載火箭電氣系統的核心組成部分,控制系統採用1553B匯流排互聯在設計上將具有許多新的特點。祝學軍從系統的功能組成、拓撲結構設計、資料流分析和匯流排效能分析等方面對基於1553B匯流排的運載火箭控制系統進行了研究分析,提出了改進方案。
她還研究了一種對滾轉導彈進行耦合性分析的方法.在定義準彈體座標系和準速度座標系的前提下,建立滾轉彈體的數學模型.在此基礎上,運用多變數頻域理論對一例項進行耦合性分析,並用Matlab進行了模擬驗證。
而為了將威懾能力變成真正的實戰能力,1999年祝學軍又開展了第二代近程戰術彈道導彈(東風-15A型)的研究。為了大幅度提高射擊精度,東風15A型最大的特點是採用了北斗定位衛星來修正飛行時的彈道誤差,在國內首次攻克了高超聲速彈道導彈衛星組合制導,大幅提高了命中精度,能對機場跑道,橋樑,大型雷達,軍事基地,軍火倉庫等固定軍事目標進行點穴式打擊。因此,“她提出地地戰術彈道導彈飛行振動環境的理論預示方法,研製出適應戰術導彈內部裝填密度高、環境惡劣、頻率特性複雜的多級整體減振系統,解決了當時對導彈飛行環境不能準確預示和彈上裝置對極端嚴酷的飛行環境不適應的難題,使導彈的飛行成功率達到98%”。
東風-15A還特地裝備了自衛式突防、能主被動電子干擾愛國者導彈的電子雷達系統,並能在飛行末段向目標區域拋撒子母彈,使“愛國者”導彈的攔截效能大打折扣
2002年,祝學軍總設計師主持中國第三代地地戰術導彈(東風-15B型和東風-15C型)研製技術工作,主持攻克了基於再入機動彈道導彈的紅外末制導、超音速整體鑽地彈、彈載偵察等為代表的多項關鍵技術,填補了國內外多項技術空白。
可以說,祝學軍在導彈總體設計理論方法和工程研究等方面取得了多項重大開創性成果;建立了助推滑翔戰術導彈設計理論方法體系;先後擔任中國三代、七型地地戰術導彈武器系統總設計師,主持研製五個新型導彈武器,實現了中國地地戰術彈道導彈從威懾到實戰、從火力打擊到偵打一體、從傳統彈道式飛行到助推滑翔式機動飛行的重大技術跨越,從而實現了由打擊單一種類地面目標向自主精確打擊多種類和地下堅固防護目標的里程碑式發展。為開創中國地地戰術彈道導彈技術領域和中國常規導彈武器裝備建設發揮了重要作用。
祝學軍也因此獲得了2009年武器裝備閱兵先進個人、2016年獲得國防科技進步一等獎(第一完成人)
而她最矚目的成就就是DF-17,她院士的專業一欄上也寫著“導彈與高超聲速飛行器設計理論與工程”。
女帥巧用前人智,蒼龍出海懾巨鷹高超音速武器是指以高超音速飛行技術為基礎、飛行速度超過6倍音速的武器。
高超音速武器在軍事上具有很重要的意義,高超音速武器航程遠、速度快、結構簡單、效能超卓,能夠快速打擊遠端目標,被軍事專家稱為繼螺旋槳、噴氣推進器之後航空史上的第三次革命性成果。
由於其高空高速的同時相比於彈道導彈有著更強的機動能力,這將使得目前所有的防空武器等同失效。的確,高超音速武器的末端無論雷達還是紅外訊號特徵都是極大的,無法隱藏,但是人類目前並沒有有效攔截此類武器的手段,這使得使用該種武器對敵方機動部署的防空導彈和雷達陣地的打擊將極為高效和充滿了侮辱,對方的防空反導單位將只能看見導彈來襲而沒有反擊能力。
美國從1996年開始X-43A進行了飛行試驗,使用氫燃料超燃衝壓發動機,最大速度突破了 9.8 馬赫。X-43A使美國成為是人類第一個實現超燃衝壓發動機高超音速飛行器飛的自主飛行的國家,稱為“自1903年萊特兄弟首次飛行以來航空技術的最大突破”。
但是到目前為止,美國因為種種原因,高超音速武器並沒有取得最終的勝利,目前美國對外迴應:
“我們已經在努力研製高超音速武器了。我們空軍有兩個專案,分別是高超音速常規打擊武器(HCSW)和空射快速反應武器(ARRW),可以簡稱為‘鋼鋸’和‘箭’。我們正與美國國防高階研究計劃局(DARPA)開展合作進行共同研究。,兩種正由空軍研製的高超音速武器預計將在2022年具備初步作戰能力。”
而祝學軍至少領先美國5年研究出高超音速武器,並且運用於實戰之中。
創新是做之前沒人做過的事,本身就帶有許多不確定因素,肯定會有風險。——祝學軍
祝學軍在研究論文《固體火箭衝壓發動機燃氣流量-噴管喉部面積雙變數調節特性研究》中表示:採用雙變數調節的固體火箭衝壓發動機比衝效能顯著優於採用單變數調節的固體火箭衝壓發動機,且雙變數調節可改善發動機在高空下的喘振等不穩定工作狀態,有效拓寬固體火箭衝壓發動機的穩定工作範圍。
在此基礎上,她巧妙利用了錢學森留下來的成果——錢學森彈道。1943年還在美國加州理工大學古根海姆航空實驗室的錢學森跟他的兩個同學一起,在起草的一份火箭噴氣推進實驗計劃中構建了一種設想。基本原理就是讓彈頭在“臨近空間”(距地面20—100km)進行增程滑翔,然後再進入稠密大氣。為什麼彈頭會在這個高度滑翔而不是“一頭栽下來”呢?因為在“臨近空間”存在著較為稀薄的大氣,當高速物體由真空進入密度介質時,會產生反壓,所以,“錢學森彈道”又被稱為“助推滑翔彈道”。
錢學森彈道的精髓在於是利用火箭為動力把飛行器發射入高空,突破大氣層,然後飛行器從太空再度返回大氣層,當角度合適的時候,飛行器會如同瓦片在水面上打水漂一樣被彈起,然後再落下,通過這樣一系列的彈起——落下的運動軌跡,飛行器就能夠以高速抵達目標。這也被稱為助推-滑翔式彈道,即半彈道式再入航天器或升力體式航天器的再入彈道的基本設計思想。
在錢學森彈道提出了幾十年的時間裡,很多國家都想百分百地消化這份錢學森留下來的遺產,美俄等強國紛紛推出新概念飛航導彈方案,很多都基於錢學森彈道。
那麼在高超音速武器中,錢學森彈道發揮了什麼樣的成果呢?
超高音速導彈之所以難以攔截,一是其速度超快,防空系統壓根沒有時間來得及反應以及應對;二是其位於大氣層內飛行,機動變軌的效能更出色,無法按照既定的彈道軌道進行攔截。如果再利用錢學森彈道來“打水漂”,那麼就可以實現百分百的突防成功,命中目標,敵方反導攔截的概率無限接近於0。
祝學軍成功攻克了這項困擾各國近70年的世界性難題,將其運用於高超音速武器之上,從而在世界首創助推-滑翔高超音速設計。
祝學軍還採用了承波體設計,這並不是高超音速的唯一設計方案,像俄羅斯的“匕首”導彈就是想通過高拋彈道+高速度載機(TU-22M,MIG-31高空高音速投放)+大彈體(伊斯坎德爾的彈體,燃料有保障)來實現最大末端10馬赫的高速和上千公里的巨大射程,但是目前俄羅斯“匕首“水漂彈”有一定的缺陷,目前俄羅斯也並沒有成功將其成功列裝。
因為高超音速飛行器具有速度快、高度高、巡航距離遠、突防能力強等特點,所以必須採用一種高升阻比和強機動性的氣動外形。適合高超聲速飛行器的外形有升力體、翼身融合體、軸對稱旋成體、乘波體等。
乘波體是一種適宜高超音速飛行的外形,其所有的前緣都具有附體激波。乘波構型飛行時其前緣平面與激波的上表面重合,就像騎在激波的波面上,依靠激波的壓力產生升力,所以叫乘波體。
如果把大氣層邊緣看作水面,乘波體飛行時就像是在水面上打水漂。乘波體飛行器不用機翼產生升力,而是靠壓縮升力和激波升力飛行,像水面由快艇拖帶的滑水板一樣產生壓縮升力。超音速飛行形成的激波不僅是阻力的源泉,也是飛行器“踩”在激波的鋒面背後“衝浪”的載體。
可以說,DF-17的誕生,標誌著中國從傳統彈道式飛行到助推滑翔式機動飛行的重大技術跨越,有力地增加了中國的戰略威懾力,在西太平洋,美國將再也不是我們的敵手。
讓我們向祝學軍致以深深的敬意,最後,祝賀她當選院士!