高超音速滑翔机、冲压发动机以及中国军方将拥有的更快的东西

《外交政策》杂志

2014年8月7日,中国进行了其高超音速 WU-14 滑翔器的第二次试飞,据国防部消息人士和《华盛顿自由灯塔报》的 Bill Gertz 称,该滑翔器飞行速度达到马赫数10。高超音速滑翔器由弹道导弹推入外层空间,然后以非弹道轨迹滑翔。与弹道弹头相比,高超音速滑翔器的弹头射程更远,弹道更低、更复杂,更能抵御目前的导弹防御系统。这是中国航空和地区力量平衡方面的一项重大发展。

《华盛顿自由灯塔报》

此次试飞的另一值得注意之处在于,它并非仅仅依赖五角大楼内部人士,而是契合了可以通过公开渠道进行研究的更广泛模式。考察发表的高超音速滑翔器相关中国科学文献数量的历史趋势,可以大致了解该技术的研究进展方向,以及在其他相关中国研究领域(如高超音速冲压发动机、侦察卫星光学和激光武器)中值得关注的模式。

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这一推测的前提是,中国教授和科学家与其美国同行一样;那些发表成果最多、最先发表的人,将最先获得享有盛誉的奖励和资助。在其他领域,这一情况一直如此,并且似乎在该领域也正在发生。对“中国高超音速滑翔器”进行谷歌学术搜索,得到了 1,450 条结果,显示研究规模庞大,涵盖“轨迹优化”、“制导系统”、“控制设计”和“最优滑翔条件”等领域,其中许多来自长沙国防科技大学。例如,题为“基于非线性扰动观测器的高超音速飞行器飞行控制系统设计”的研究由南京东南大学的钱学森(该研究部分由中国国家自然科学基金资助)牵头。此外,该研究论文还在 2013 年第 10 届 IEEE 国际自动化与控制会议上发表,这是一个在飞行控制和其他自动化技术领域的领先国际会议。该滑翔器的飞行控制系统可能会被定制,以执行规避导弹防御的机动。

但在此数字之下,还有一种更为显著的模式。自 2010 年以来,仅发表了 599 篇学术文章。自 2013 年以来,仅有 190 条结果,而 2014 年至今仅发表了 66 篇文章。显然,我们可以看到一种“浴缸效应”,即在 2000-2010 年的富有成效的时期之后,大学(包括国防和民用相关大学)的公开、同行评审的科学文献数量正在下降。这表明,在中国科学家和工程师在为高超音速滑翔器研究奠定基本研究基础之后,已经将研究转向了实际、应用和机密的研究。同样,美国的研究也往往出现类似的模式。

新华社

在中国冲压发动机的开源研究中,可能也出现了类似的情况。冲压发动机是制造吸气式高超音速导弹和可重复使用飞机所需的关键技术;它们具有速度更快、射程更远、可重复使用和机动性更强等优势。据信,洛克希德·马丁公司正在为所谓的 SR-72 高超音速侦察机使用冲压发动机,而波音 X-51 则被认为是未来美国空军高超音速巡航导弹的技术基础。中国航空工业制造冲压发动机的能力将改变地区安全格局,并影响当前的美国国防计划,如“空海一体战”。它将使中国军队拥有可重复使用的航天器以及能够突破美国航母和日本基地防空网的高速导弹和轰炸机。

Wendell Minnick

对于中国的冲压发动机学术文章,我们在谷歌学术中检索到 4,290 条结果。2010 年以后有 1,910 条结果,2013 年以来有 670 条结果,2014 年有 271 条结果。研究包括:2013 年西南交通大学和中国空气动力学研究与发展中心进行的一项关于“马赫数 4 下冲压发动机碳氢燃料着火的实验”的研究;2013 年在著名的清华大学进行的一项关于耐热冲压发动机零件的研究;以及 2014 年长沙国防科技大学再次进行的一项关于冲压发动机点火的实验。

国家和军队顶尖研究机构的开放研究数量表明,中国的冲压发动机研究正在迅速升温,但可能尚未进入面向作战国防技术的保密应用研究阶段。因此,早期预警中国冲压发动机即将进行试飞的指标将是观察与中国冲压发动机相关的中国学术文章数量(尤其是来自与解放军相关的科学家和大学的文章)的下降。

正如任何开源分析一样,存在许多注意事项。谷歌学术只提供由教授撰写的摘要,而这些教授的母语通常不是英语,这意味着最终数字不准确。例如,其中一些摘要表明,所引用的研究可能是理论推测和数学模型(尽管与美国研究一样,这对于高超音速研究仍然高度相关),并且即使使用谷歌的算法进行关键词搜索,也可能出现一些与高超音速滑翔器或冲压发动机无关的错误结果。其次,与美国体系一样,并非所有中国航空研究人员都由解放军资助。最后,考虑到中国科学家数量庞大,我们也可能看到一些研究重复。

尽管如此,试飞和开源研究的结合表明,中国航空业正在发生具有重要技术价值并可能颠覆当前军事计划的发展。正如中国在高超音速滑翔器方面进行了深入的研究投入,并取得了快速进展一样,中国的冲压发动机很可能也会遵循这一模式。

 

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