为什么 DARPA 的新高超音速武器能造成如此毁灭性的打击

了解速度超过马赫数 5 的物体——高超音速武器——与传统巡航导弹和洲际弹道导弹相比如何。
DARPA 的高超音速吸气式武器概念(HAWC)的艺术家渲染图。雷神导弹与防务公司

上周,DARPA 成功展示了一枚高超音速导弹。这枚导弹从飞机上释放,短暂下坠,然后其强大的发动机将其向前推进,速度超过了马赫数 5,即音速的五倍。

任何速度超过马赫数 5(即音速的五倍)的飞行器,技术上都属于高超音速。这枚导弹刚刚达到了这个门槛,预计类似的设计也将达到或超过这个速度。

这枚名为高超音速吸气式武器概念(HAWC)的导弹,介于速度较慢的巡航导弹和速度快得多的弹道导弹之间,就像一个“夹在中间的孩子”。DARPA 在一份关于发射的声明中表示:“HAWC 飞行器在富氧大气中表现最佳,其速度和机动性使其难以被及时发现。”“它能够比亚音速导弹更快地打击目标,即使没有高爆炸药,也具有显著的动能。”

HAWC 由“超燃冲压发动机”(scramjet)或“超音速燃烧冲压发动机”提供动力,这种发动机能够压缩进入的空气,与碳氢燃料混合,然后点燃高速流动的气流混合物。像 HAWC 这样的高超音速导弹,即使没有弹头,也能击中目标,因为纯粹的力乘以质量的计算就足以造成与较慢的爆炸物填充弹头相同的损害。

要理解 HAWC,以及更普遍的高超音速武器,就需要理解现有巡航导弹、弹道导弹和新型高超音速武器之间的区别和不同用途。以下是一个简要的解释。

传统的巡航导弹和弹道导弹

美国广泛使用的战斧(Tomahawk)巡航导弹的最高速度为 550 英里/小时。马赫数 1,即音速,约为 761 英里/小时(尽管会根据温度而变化)。与此同时,洲际弹道导弹(ICBM)——用于从一个大陆发射核武器,对另一个大陆造成毁灭性打击的导弹——即使以高超音速标准来看,速度也非常快。美国使用的“民兵”(Minuteman)洲际弹道导弹的速度达到了惊人的马赫数 23。

这些导弹不仅以速度区分,还可以通过弹道区分。巡航导弹以低空飞行,低于雷达探测范围。洲际弹道导弹则向上发射到太空,然后以弧线返回地球。由于这两种导弹都是已知技术,各国已经开发了一系列针对它们的对抗措施。

虽然导弹的对抗措施难以构建和奏效,但它们在应对巡航导弹和弹道导弹方面各有难点。

巡航导弹在飞行中机动且低空飞行,避开了雷达探测范围,但如果被发现,它们可能被战斗机或防空导弹击落。巡航导弹可以是亚音速的,如战斧,也可以是超音速的,如法国使用的“欧洲导弹”(Air-Sol Moyenne Portée)。与此同时,洲际弹道导弹虽然速度快,但呈抛物线轨迹上升和下降,各国(如美国、俄罗斯和中国)花费了近一个世纪的时间来建立和测试围绕这种轨迹的探测协议。

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一旦一个国家探测到对其的弹道导弹发射,它可能会以发射自己的导弹来报复。这种威胁是核威慑的基本原则。美国也投资了导弹防御计划,该计划承诺用拦截器拦截来袭的洲际弹道导弹,尽管该计划在数十年的测试中取得了一些喜忧参半的结果。

高超音速武器

正是在这种现有环境中,包括俄罗斯、美国、中国,以及截至 9 月 29 日的朝鲜等国家,都测试了高超音速武器。

令人困惑的是,“高超音速武器”这个类别指的是两种不同类型的导弹,它们都具有极高的速度,但在飞行方式和弹道方面有所不同。

高超音速滑翔飞行器

高超音速滑翔飞行器由火箭携带至大气层边缘,然后俯冲而下,以高速滑翔返回地球。这些飞行器可以在飞行中进行一定程度的机动,但它们是以滑翔方式进行的,没有独立的推力。朝鲜的高超音速武器就是一种滑翔飞行器。

高超音速滑翔武器(如朝鲜最近测试的那种)的特定弹道提供了一种绕过国家弹道导弹防御系统的可能途径。绕过弹道导弹防御的其他方法包括让洲际弹道导弹释放箔条和诱饵来迷惑防御系统,以及使用多个弹头在飞行中分离,确保总有一些会击中目标。

高超音速巡航导弹

与此同时,高超音速巡航导弹由机载发动机提供动力,从飞行中的飞机上释放,并在整个飞行过程中进行机动。DARPA 最近测试的 HAWC 属于后者,俄罗斯的一些努力也属于此类。

高超音速巡航导弹提供了巡航导弹的打击能力,但探测时间更短。这使得战斗机更难起飞拦截,或使用现有防空导弹阻止其到达目标。由于 HAWC 的动能巨大,其撞击大多数目标产生的冲击力通常足以造成与常规弹头相同的损害。

高超音速武器的风险和影响

对于政策制定者和军事规划者来说,尤其棘手的是,在导弹到达目标之前,很难知道它携带了什么有效载荷。对于那些认为 DARPA 最近测试的新型高超音速导弹威胁到其自身发动报复性攻击(无论是核还是常规)的能力的国家来说,它们可能更倾向于以发射自己的导弹来回应。

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国会研究服务局(Congressional Research Service)在 2021 年 8 月发布的一份关于高超音速武器的报告中写道:“一些人指出了可能对战略稳定产生重大影响的两个因素:武器的飞行时间短——这反过来又压缩了响应时间——以及其不可预测的飞行路径——这可能导致对武器意图目标的猜测不确定,从而加剧冲突中的误判或意外升级的风险。”“在将核武器和常规武器能力或设施并置的国家,这种风险可能会进一步加剧。”

通过追求 HAWC,美国军方离部署一种能够低空飞行并瞬间摧毁人员、车辆或建筑物的导弹又近了一步。正如雷神公司高级技术副总裁科林·惠兰(Colin Whelan)在一份声明中所说,这将“显著提高作战能力。”

然而,这种由拥有 HAWC 类导弹增强的战争形态尚未确定。在其漫长而持续的 21 世纪战争中,美国已经能够使用亚音速巡航导弹、飞机发射的炸弹和子弹,以及无人机发射的爆炸物甚至旋转飞刀导弹来打击目标。HWAC 真正发挥作用的战争很可能是那种对方国家拥有针对现有武器的一系列防御措施的战争。更重要的是,对方国家也拥有强大的武器,能够进行反击。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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