美国高超音速武器试验的简史

三次最近的成功试验证明了高超音速的时代已经到来。让我们回顾一下从1944年至今沿途的重要里程碑。
2020年8月8日,一架B-52轰炸机在加利福尼亚州,执行高超音速武器测试前。美国空军/Kyle Brasier

7月中旬,美国进行了三次令人瞩目的高超音速导弹成功试射——这些导弹的设计速度至少是音速的五倍。7月13日,国防部高级研究计划局(DARPA)宣布,在白沙导弹靶场成功测试了“作战之火”(OpFires)导弹。同样在7月13日,美国空军宣布成功测试了“空射快速响应武器”(ARRW)的助推器,该武器在美国加州海岸附近进行了飞行测试。7月18日,雷神公司宣布为其空军项目“高超音速吸气式武器概念”(HAWC)进行了第二次成功的飞行测试。

虽然人类制造的第一批达到马赫数5(Mach 5)的物体是在20世纪40年代发射的,但近年来,设计速度如此之快的导弹确实出现了显著增长。另一个新的方面是,虽然过去高超音速只是其他武器的一个特点,但如今美国、中国和俄罗斯等国正在专门开发以这种速度飞行的高超音速武器。“高超音速”已经成为一种针对非常快速且机动性强的武器开发的类别术语。

为了说明我们是如何迎来这个高超音速时刻的,下面是军事高超音速武器发展里程碑的时间线,从弹道导弹开始。

1944年:高超音速下降

德国的V-2火箭在上升阶段达到了马赫数4.3,在下降过程中则进入高超音速,以超过马赫数5的速度击中了英国的目标。V-2是第一枚远程弹道导弹,射程约200英里,携带一枚一吨重的弹头。它是在集中营劳工的条件下建造的,这个过程导致至少1万名集中营的囚犯死亡。该导弹由沃纳·冯·布劳恩设计,他战后在美国陆军长期从事弹道导弹设计,并为NASA设计火箭。

1949年:高超音速上升

名为“Bumper 5”的火箭发射是白沙靶场系列测试中的第五次。“Bumper”系列测试了一种将一枚火箭叠放在另一枚火箭上的两级火箭。Bumper测试的上面一级火箭是探空火箭,或称小型火箭,用于将仪器送入高层大气收集数据。作为第一级助推器,Bumper使用了V-2火箭,使其探空火箭能够达到马赫数6.7的速度和250英里的高度。

1959年:部署高超音速武器

“洲际弹道导弹”(Atlas)是美国部署的第一枚洲际弹道导弹。其服役寿命很短,于1965年退役。Atlas为之后许多弹道轨迹的高超音速武器奠定了基础。Atlas的射程在6,400至9,000英里之间,它能够飞入太空,然后沿着弹道轨迹返回地球,在此过程中达到马赫数21的速度。

开发Atlas意味着需要设计特殊的隔热罩,以确保导弹及其核装药能够完好无损地到达目标,因为以如此高的速度穿过空气产生的摩擦和热量可能会损坏武器并使其失效。如今,美国仍然部署着“民兵III”(Minuteman III)洲际弹道导弹,它和Atlas一样是高超音速导弹,但由于它们沿着可被探测到的弹道轨迹飞行,因此不被政策制定者或军事规划者称为“高超音速武器”。

1980年:高超音速滑翔机动

20世纪60年代和70年代的高超音速研究主要集中在载人飞行器上,从X-15火箭动力飞机到未完成的“Dyna-Soar”航天飞机。这项载人飞行器研究催生了“升力体”(lifting body)飞行器的发展,其中最著名的是航天飞机,其机身在高超音速下(当它滑翔返回地球时)产生的升力方式类似于亚音速下的机翼。

在武器开发方面,一项重要的“升力体”研究成果是发展了“机动再入飞行器”(MaRV)。美国空军在1980年测试了“高级MaRV”,它展示了携带弹头的再入飞行器在高速下改变飞行轨迹的能力,使其能够攻击弹道轨迹初始弧度之外的目标。这种机动性对于现代高超音速领域至关重要。高级MaRV曾安装在“潘兴II”(Pershing II)导弹上,直到1987年作为美苏军控条约的一部分,这些导弹被撤出服役。

1998年:联合高超音速冲压发动机测试

Kholod是一款实验性设计,起源于苏联,最终由美国和俄罗斯联邦在合作研究项目中进行了测试。冲压发动机(Scramjet)在超音速下吸入空气,然后与燃料混合,点燃燃料,并将注入的燃料从后部喷出。为了达到超音速,Kholod需要搭载在防空导弹的顶部。在1998年NASA参与的俄罗斯的一次测试中,Kholod达到了马赫数6.5

2010年:“X-51 Waverider”开启现代高超音速时代

基于之前的冲压发动机技术,美国空军在2010年2013年期间测试了波音公司制造的X-51 Waverider。在这些测试中,Waverider被安装在一枚巡航导弹上,而这枚导弹则由一架B-52轰炸机携带。巡航导弹作为第一级,Waverider随后加速到至少马赫数5。

2011年:过快的速度导致外壳损坏

2011年10月,DARPA在“猎鹰高超音速飞行器2”(Falcon Hypersonic Test Vehicle 2)发射九分钟后与其失去联系。2012年4月发布的一份报告指出,以马赫数20的速度飞行导致其外层防护涂层磨损,损害了飞行器在飞行中自我修正的能力。

2014年:先进高超音速武器试射失败

2014年,在美国阿拉斯加科迪亚克岛发射设施的一次测试中,美国陆军的先进高超音速武器(Advanced Hypersonic Weapon)试射失败。后来的调查显示,失败的原因在于发射载具,而非高超音速武器本身。

2021年9月:HAWC

2021年9月,DARPA首次测试了雷神公司制造的高超音速吸气式武器概念(HAWC),该武器达到了马赫数5或更高的速度。2022年3月,DARPA又测试了洛克希德·马丁公司和Aerojet Rocketdyne公司制造的HAWC版本。2022年7月,雷神公司成功地再次飞行了其HAWC版本。

2021年10月:滑翔飞行器

2021年10月,中国展示了一个部分进入轨道后以高超音速速度坠落的物体。这很可能是一种被称为“分段轨道轰炸系统”的滑翔飞行器,其轨迹可以跨越全球,而无需像传统弹道导弹那样进行高弧度飞行和急剧下降。

2022年5月:ARRW

在加州海岸的一次测试中,美国空军发射了“空射快速响应武器”(ARRW)。此次测试达到了成功的最低标准:导弹成功分离、发动机启动并达到了马赫数5,这些都是ARRW以往测试未能实现的目标。2022年7月,ARRW再次成功命中目标。

2022年7月:“OpFires”

在白沙靶场的测试中,DARPA成功地从一辆海军陆战队后勤卡车上,使用陆军炮兵控制系统,部署并发射了“作战之火”(OpFires)导弹。该项目的目的是开发一种高超音速武器,可以从标准卡车上发射,以飞机无法安全到达的速度和射程打击目标。

观看下方关于“OpFires”的视频:

 

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