美國企業研究所2017年4月在其網站發佈題為《高超聲速武器:評估“第三次抵消戰略”》的報告,對作為“第三次抵消戰略”核心能力之一的高超聲速武器進行了初步評估,全文共19頁。 為了評估對“第三次抵消戰略”的潛在作用,該報告簡要闡釋了高超聲速武器的特性和現狀,還在技術成熟度、投資策略和潛在應用方面與定向能武器、電磁軌道炮等“改變遊戲規則”的技術進行了比較。
▲高超聲速武器克服了當前限制常規兵力投送的距離、時間和防禦系統障礙。 由於其前所未有的速度， 高超聲速武器縮短了“決策者-射擊者-目標”週期， 壓縮了從獲得可行情報到實現對時敏目標的打擊效能之間的時間
高超聲速武器
原理方法
目前,高超聲速武器的實現主要有兩種技術途徑
(1)超燃衝壓發動機推進。 先以火箭發動機為助推器,使飛行器加速至高超聲速,隨後切換到吸氣式超燃衝壓發動機,以維持高超聲速。
(2)助推-滑翔。 該方法使用多級火箭發動機將飛行器推升至大氣層上層,隨後飛行器快速下降,在穿過大氣層時進行跳躍式飛行,維持高超聲速直到最終目的地。
重要性
高超聲速武器克服了當前限制常規兵力投送的距離、時間和防禦系統障礙。 由於其前所未有的速度,高超聲速武器縮短了“決策者-射擊者-目標”週期,壓縮了從獲得可信情報到實現對時敏目標的打擊之間的時間。 潛在對手正在發展“反介入/區域拒止”(A2/AD)能力以使美國投送的兵力在未來作戰中進一步遠離戰場,美國對此的擔憂與日俱增。
▲美國“第三次抵消戰略”的目標之一是， 防止潛在對手在以精確彈藥和一體化網路作戰為特點的戰爭中實現實質性均勢
作戰應用
高超聲速武器系統可是超燃衝壓發動機驅動的巡航導彈,在幾分鐘內飛行數百英里;也可以是使用火箭助推器達到高超聲速的常規炸彈或集束彈藥,它們以高超聲速遠程滑翔,最終精確命中目標。 與常規武器系統相比,高超聲速系統具有快速到達的優勢,飛行速度比常規巡航導彈至少快6倍。
高超聲速武器的潛在軍事應用包括:
(1)作為以超高速度突防的有效方法,為速度較慢的非隱身武器掃清道路,使其深入對抗激烈的空域和海上通道;
(2)作為有效對抗措施,應對對手在潛在衝突中為限制美軍前線部署和自由行動而實施的A2/AD戰略;
(3)用作遠程常規快速打擊手段,挫敗各種威脅美國及盟國利益的目標。
▲俄羅斯海軍的工作包括測試速度達馬赫數5～7的“布拉莫斯Ⅱ”高超聲速導彈， 作為當前超聲速反艦導彈的替代方案
高超聲速武器對“第三次抵消戰略”的作用
戰略目標
對於新一屆政府而言,“第三次抵消戰略”舉措的一個出發點是,確保美軍能在精確彈藥普遍存在的世界中成功作戰。國防部新領導層的任務是,探索、研發和部署能抵消遠端精確武器並維持美國競爭優勢的先進武器系統。“第三次抵消戰略”的目標之一是,防止潛在對手在以精確彈藥和一體化網路作戰為特點的戰爭中實現實質性均勢。
潛在效用
高超聲速武器的高速度、射程遠和高精度特點使其在“第三次抵消戰略”中佔有重要地位。如果精確彈藥在潛在對手中的擴散速度將促其實現實質性均勢,美國則必須對自身常規武器庫進行實質性改進;如果競爭對手投資裝備制導彈頭的遠端彈道和巡航導彈,美國則應投資在第四維度/時間維度上挫敗這些導彈的武器系統;如果制導火箭彈、炮彈和導彈使美國及盟國的近戰基地和港口更容易遭受攻擊,美軍則需要能從遠端拒止這些能力並壓制其周邊防禦系統的彈藥。
應對對手的高超聲速威脅
美軍需在“第三次抵消戰略”中將高超聲速武器列為高優先順序,與此同樣重要的是,認識到精確制導彈藥的競爭可能也將擴展到高速武器。根據米切爾研究所的報告,俄羅斯和中國正在大力推進高超聲速武器的設計、原型化、試驗和投資。
俄羅斯海軍的工作包括測試速度達馬赫數5～7的“布拉莫斯Ⅱ”高超聲速導彈,作為當前超聲速反艦導彈的替代方案。俄羅斯計畫在2020年前測試新型高超聲速武器。此外,美國“分階段自我調整方法”將“宙斯盾”導彈防禦系統部署在地中海東部的驅逐艦上以及羅馬尼亞和波蘭境內以防禦潛在的對手導彈襲擊,作為應對措施,俄羅斯正在尋求高超聲速導彈和彈藥以反制這些系統。
中國高超聲速導彈試驗圍繞近程系統開展。西方分析人士認為,中國將這些武器視為支持其成為地區性強國的能力,而不是增加其遠端打擊能力。迄今為止,中國高超聲速武器試驗顯示,其用途是應對防空反導設施等目標。
高超聲速武器系統的實現
美國空軍研究實驗室認為,高超聲速武器可在本世紀20年代初運行。其他預測提出,到20年代前實現空射型中程高超聲速導彈,在30年代實現察打一體高超聲速飛機,在40年代實現持久可重複使用的察打一體高超聲速飛機。根據米切爾研究所的報告,美國高超聲速武器可能在4～5年內達到技術成熟度6,距離實際採辦僅有一步之遙。
有望實現高超聲速武器系統的空軍與DARPA合作的兩大項目是:
(1)“高超聲速吸氣式武器概念”(HAWC)專案,飛行器先由火箭助推器加速至高超聲速,隨後由超燃衝壓發動機驅動。在其作戰概念中,高超聲速武器可由B-2轟炸機內置攜帶,在發射前突破敵方空域,用以縮短從發射到命中目標的時間;由非隱身飛機外掛攜帶的高超聲速武器能有更大尺寸和更遠射程,可從遠離敵方防禦系統的位置發射。
(2)“戰術助推滑翔”(TBG)項目,由飛機運載至大氣層,並在後續下降過程中通過火箭助推獲得高超聲速。
▲電磁軌道炮的彈丸速度可達馬赫數6，射程約200千米。就像打擊地基固定目標的動能殺傷系統一樣，電磁軌道炮常被用作防禦方式，通過持久、密集地快速發射彈丸，防禦有價值的資產免受導彈攻擊
其他抵消手段:定向能武器和電磁軌道炮
“抵消”效能不會僅由單一技術提供,“第三次抵消戰略”將考慮各種改變遊戲規則的技術方案,以維持美國全球兵力投送能力。其中,電磁軌道炮和定向能武器可作為高超聲速武器系統的有效補充。
電磁軌道炮
電磁軌道炮的彈丸速度可達馬赫數6,射程約200千米。就像打擊地基固定目標的動能殺傷系統一樣,電磁軌道炮常被用作防禦,通過持久、密集地快速發射彈丸,防禦有價值的資產免受導彈攻擊。這種密集的發射速率在持續供應和儲存大量電力方面對武器系統構成挑戰,海軍艦船通常被認為可用作電磁炮的搭載平臺。
經過10年試驗,美海軍研究辦公室在2015年2月的海軍技術博覽會上展出電磁軌道炮。由於電磁炮運行需要巨大能量,正在進行將其安裝在DDG-1000“朱姆沃爾特”級驅逐艦上的可行性研究;如果獲得這種發電能力,電磁炮可承擔進攻性任務。由於僅計畫建造3艘“朱姆沃爾特”級驅逐艦,海軍正尋求將電磁炮的相關技術用於其他海軍平臺以及陸軍火炮。例如,將用於電磁炮高超聲速彈丸改進以適用于陸軍155毫米火炮,使“帕拉丁”自行榴彈炮具備反導能力。
定向能武器
美軍各軍兵種都在開展重要定向能武器項目,尋求利用這種光速武器支持“第三次抵消戰略”並創造有利的交換比。鐳射武器通常提供重要的防禦效能。
目前,海軍“龐塞”號兩栖攻擊艦部署了30千瓦級的XN-1固態雷射器。這表明,由於定向能武器的巨大電力需求,海軍將成為其首個用戶。海軍計畫測試100千瓦級的固態雷射器並使技術可用於整個艦隊。配備防禦性定向能武器的艦隊可成為一體化防空系統一部分,應對以陸基和海基資產為目標的進攻性系統。
空軍、陸軍和海軍陸戰隊也在探索定向能武器的進攻性和防禦性應用。其重要優先事項是部署地基防禦系統,應對西太和中東地區的空中和導彈威脅。正在研究的進攻性應用包括:使用固態雷射器更換AC-130J重型攻擊機的部分機炮;空軍研究實驗室計畫2020年前在戰鬥機上裝備定向能武器吊艙,可能會在F-15E戰機上演示驗證,最終部署於所有型號的F-35戰機;陸軍和海軍陸戰隊可能將開展聯合專案,升級配備30千瓦級雷射器的試驗性防空飛行器,用於應對小型無人機。
結 語
對於尋求維持美國精確打擊優勢的規劃者而言,電磁軌道炮和定向能武器在許多方面似乎都像高超聲速武器一樣具有吸引力。這三種武器都大幅增加了精確彈藥的飛行速度,從而提高其突破嚴密設防區域、打擊時敏目標的能力。這三種武器正處於研發和測試的各個階段。國防部和各軍兵種正在規劃這些武器系統的使用,需要在技術成熟度、成本、規模、射程、精確度和可靠性之間進行權衡並做出重要決策。參聯會副主席保羅·塞爾瓦表示,同時發展多種潛在突破性技術可能是推動和維持“第三次抵消戰略”的正確做法。能夠“改變戰場作戰節奏和範圍”的技術將是最值得未來投資的技術。
連結:
超燃衝壓發動機和助推-滑翔技術研發進展
基於超燃衝壓發動機的X-43
NASA和DARPA早在2001—2003年就合作研發X-43飛行器,以測試先進高超聲速超燃衝壓發動機概念。X-43由B-52轟炸機搭載升空,隨後由“飛馬座”火箭發射至上層大氣,並在下降過程中由超燃衝壓發動機驅動達到高超聲速。該飛行器3次飛行試驗的速度都超過9馬赫,但項目最終被取消。
基於助推-滑翔的HTV-2
繼X-43之後,DARPA和美空軍研究試驗室資助了“獵鷹”高超聲速飛行器專案。該專案致力於測試“高超聲速試驗飛行器-2”(HTV-2),最終目標是研發可重複使用的高超聲速遠端打擊飛行器,並設計、部署能將打擊飛行器加速至高超聲速的發射器。該專案從2010年開始執行發射試驗,使用“米諾陶-IV”火箭作為助推器,目標是實現馬赫數20的速度。在已執行的2次試驗中,高超聲速飛行器都失去控制並在太平洋墜毀。但DARPA和空軍認為這些試驗足以滿足其研究需求,並開始將研發重點從遠端打擊轉向挫敗敵方防禦系統的戰術級高超聲速武器。
基於助推-滑翔的PGS
陸軍的PGS概念為:由火箭助推器發射,使用可拆卸的超燃衝壓發動機在亞軌道空間運行,再入飛行器利用下降過程達到高超聲速並滑翔至預定目標。該系統還測試了與洲際彈道導彈軌跡不同的扁平、壓低的軌跡。
基於助推-滑翔的AHW
陸軍“先進高超聲速武器”(AHW)在2011年11月成功試射,但在2014年8月的第2次試射中失敗,火箭助推器和高超聲速滑翔器均未發現故障。陸軍正計畫進一步試射,已申請資金來支援滑翔器和火箭助推器的製造。
基於超燃衝壓發動機的X-51A
空軍與DARPA合作的X-51A“馭波者”項目執行了一系列高超聲速武器試驗,從B-52轟炸機發射超燃衝壓發動機驅動的飛行器。“馭波者”專案繼續使高超聲速武器研發的重點從常規快速全球打擊能力轉移到打擊A2/AD目標的戰術級作戰,從而使其他空中資產深入對抗激烈的空域。簡而言之,“馭波者”項目旨在利用高超聲速特性打擊近程較小目標,第4次和第5次試驗成功發射了高超聲速彈藥,飛行230海裡。
高超聲速武器對“第三次抵消戰略”的作用
戰略目標
對於新一屆政府而言,“第三次抵消戰略”舉措的一個出發點是,確保美軍能在精確彈藥普遍存在的世界中成功作戰。國防部新領導層的任務是,探索、研發和部署能抵消遠端精確武器並維持美國競爭優勢的先進武器系統。“第三次抵消戰略”的目標之一是,防止潛在對手在以精確彈藥和一體化網路作戰為特點的戰爭中實現實質性均勢。
潛在效用
高超聲速武器的高速度、射程遠和高精度特點使其在“第三次抵消戰略”中佔有重要地位。如果精確彈藥在潛在對手中的擴散速度將促其實現實質性均勢,美國則必須對自身常規武器庫進行實質性改進;如果競爭對手投資裝備制導彈頭的遠端彈道和巡航導彈,美國則應投資在第四維度/時間維度上挫敗這些導彈的武器系統;如果制導火箭彈、炮彈和導彈使美國及盟國的近戰基地和港口更容易遭受攻擊,美軍則需要能從遠端拒止這些能力並壓制其周邊防禦系統的彈藥。
應對對手的高超聲速威脅
美軍需在“第三次抵消戰略”中將高超聲速武器列為高優先順序,與此同樣重要的是,認識到精確制導彈藥的競爭可能也將擴展到高速武器。根據米切爾研究所的報告,俄羅斯和中國正在大力推進高超聲速武器的設計、原型化、試驗和投資。
俄羅斯海軍的工作包括測試速度達馬赫數5～7的“布拉莫斯Ⅱ”高超聲速導彈,作為當前超聲速反艦導彈的替代方案。俄羅斯計畫在2020年前測試新型高超聲速武器。此外,美國“分階段自我調整方法”將“宙斯盾”導彈防禦系統部署在地中海東部的驅逐艦上以及羅馬尼亞和波蘭境內以防禦潛在的對手導彈襲擊,作為應對措施,俄羅斯正在尋求高超聲速導彈和彈藥以反制這些系統。
中國高超聲速導彈試驗圍繞近程系統開展。西方分析人士認為,中國將這些武器視為支持其成為地區性強國的能力,而不是增加其遠端打擊能力。迄今為止,中國高超聲速武器試驗顯示,其用途是應對防空反導設施等目標。
高超聲速武器系統的實現
美國空軍研究實驗室認為,高超聲速武器可在本世紀20年代初運行。其他預測提出,到20年代前實現空射型中程高超聲速導彈,在30年代實現察打一體高超聲速飛機,在40年代實現持久可重複使用的察打一體高超聲速飛機。根據米切爾研究所的報告,美國高超聲速武器可能在4～5年內達到技術成熟度6,距離實際採辦僅有一步之遙。
有望實現高超聲速武器系統的空軍與DARPA合作的兩大項目是:
(1)“高超聲速吸氣式武器概念”(HAWC)專案,飛行器先由火箭助推器加速至高超聲速,隨後由超燃衝壓發動機驅動。在其作戰概念中,高超聲速武器可由B-2轟炸機內置攜帶,在發射前突破敵方空域,用以縮短從發射到命中目標的時間;由非隱身飛機外掛攜帶的高超聲速武器能有更大尺寸和更遠射程,可從遠離敵方防禦系統的位置發射。
(2)“戰術助推滑翔”(TBG)項目,由飛機運載至大氣層,並在後續下降過程中通過火箭助推獲得高超聲速。
▲電磁軌道炮的彈丸速度可達馬赫數6，射程約200千米。就像打擊地基固定目標的動能殺傷系統一樣，電磁軌道炮常被用作防禦方式，通過持久、密集地快速發射彈丸，防禦有價值的資產免受導彈攻擊
其他抵消手段:定向能武器和電磁軌道炮
“抵消”效能不會僅由單一技術提供,“第三次抵消戰略”將考慮各種改變遊戲規則的技術方案,以維持美國全球兵力投送能力。其中,電磁軌道炮和定向能武器可作為高超聲速武器系統的有效補充。
電磁軌道炮
電磁軌道炮的彈丸速度可達馬赫數6,射程約200千米。就像打擊地基固定目標的動能殺傷系統一樣,電磁軌道炮常被用作防禦,通過持久、密集地快速發射彈丸,防禦有價值的資產免受導彈攻擊。這種密集的發射速率在持續供應和儲存大量電力方面對武器系統構成挑戰,海軍艦船通常被認為可用作電磁炮的搭載平臺。
經過10年試驗,美海軍研究辦公室在2015年2月的海軍技術博覽會上展出電磁軌道炮。由於電磁炮運行需要巨大能量,正在進行將其安裝在DDG-1000“朱姆沃爾特”級驅逐艦上的可行性研究;如果獲得這種發電能力,電磁炮可承擔進攻性任務。由於僅計畫建造3艘“朱姆沃爾特”級驅逐艦,海軍正尋求將電磁炮的相關技術用於其他海軍平臺以及陸軍火炮。例如,將用於電磁炮高超聲速彈丸改進以適用于陸軍155毫米火炮,使“帕拉丁”自行榴彈炮具備反導能力。
定向能武器
美軍各軍兵種都在開展重要定向能武器項目,尋求利用這種光速武器支持“第三次抵消戰略”並創造有利的交換比。鐳射武器通常提供重要的防禦效能。
目前,海軍“龐塞”號兩栖攻擊艦部署了30千瓦級的XN-1固態雷射器。這表明,由於定向能武器的巨大電力需求,海軍將成為其首個用戶。海軍計畫測試100千瓦級的固態雷射器並使技術可用於整個艦隊。配備防禦性定向能武器的艦隊可成為一體化防空系統一部分,應對以陸基和海基資產為目標的進攻性系統。
空軍、陸軍和海軍陸戰隊也在探索定向能武器的進攻性和防禦性應用。其重要優先事項是部署地基防禦系統,應對西太和中東地區的空中和導彈威脅。正在研究的進攻性應用包括:使用固態雷射器更換AC-130J重型攻擊機的部分機炮;空軍研究實驗室計畫2020年前在戰鬥機上裝備定向能武器吊艙,可能會在F-15E戰機上演示驗證,最終部署於所有型號的F-35戰機;陸軍和海軍陸戰隊可能將開展聯合專案,升級配備30千瓦級雷射器的試驗性防空飛行器,用於應對小型無人機。
結 語
對於尋求維持美國精確打擊優勢的規劃者而言,電磁軌道炮和定向能武器在許多方面似乎都像高超聲速武器一樣具有吸引力。這三種武器都大幅增加了精確彈藥的飛行速度,從而提高其突破嚴密設防區域、打擊時敏目標的能力。這三種武器正處於研發和測試的各個階段。國防部和各軍兵種正在規劃這些武器系統的使用,需要在技術成熟度、成本、規模、射程、精確度和可靠性之間進行權衡並做出重要決策。參聯會副主席保羅·塞爾瓦表示,同時發展多種潛在突破性技術可能是推動和維持“第三次抵消戰略”的正確做法。能夠“改變戰場作戰節奏和範圍”的技術將是最值得未來投資的技術。
連結:
超燃衝壓發動機和助推-滑翔技術研發進展
基於超燃衝壓發動機的X-43
NASA和DARPA早在2001—2003年就合作研發X-43飛行器,以測試先進高超聲速超燃衝壓發動機概念。X-43由B-52轟炸機搭載升空,隨後由“飛馬座”火箭發射至上層大氣,並在下降過程中由超燃衝壓發動機驅動達到高超聲速。該飛行器3次飛行試驗的速度都超過9馬赫,但項目最終被取消。
基於助推-滑翔的HTV-2
繼X-43之後,DARPA和美空軍研究試驗室資助了“獵鷹”高超聲速飛行器專案。該專案致力於測試“高超聲速試驗飛行器-2”(HTV-2),最終目標是研發可重複使用的高超聲速遠端打擊飛行器,並設計、部署能將打擊飛行器加速至高超聲速的發射器。該專案從2010年開始執行發射試驗,使用“米諾陶-IV”火箭作為助推器,目標是實現馬赫數20的速度。在已執行的2次試驗中,高超聲速飛行器都失去控制並在太平洋墜毀。但DARPA和空軍認為這些試驗足以滿足其研究需求,並開始將研發重點從遠端打擊轉向挫敗敵方防禦系統的戰術級高超聲速武器。
基於助推-滑翔的PGS
陸軍的PGS概念為:由火箭助推器發射,使用可拆卸的超燃衝壓發動機在亞軌道空間運行,再入飛行器利用下降過程達到高超聲速並滑翔至預定目標。該系統還測試了與洲際彈道導彈軌跡不同的扁平、壓低的軌跡。
基於助推-滑翔的AHW
陸軍“先進高超聲速武器”(AHW)在2011年11月成功試射,但在2014年8月的第2次試射中失敗,火箭助推器和高超聲速滑翔器均未發現故障。陸軍正計畫進一步試射,已申請資金來支援滑翔器和火箭助推器的製造。
基於超燃衝壓發動機的X-51A
空軍與DARPA合作的X-51A“馭波者”項目執行了一系列高超聲速武器試驗,從B-52轟炸機發射超燃衝壓發動機驅動的飛行器。“馭波者”專案繼續使高超聲速武器研發的重點從常規快速全球打擊能力轉移到打擊A2/AD目標的戰術級作戰,從而使其他空中資產深入對抗激烈的空域。簡而言之,“馭波者”項目旨在利用高超聲速特性打擊近程較小目標,第4次和第5次試驗成功發射了高超聲速彈藥,飛行230海裡。