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星海剑长:谁搞砸了美国高超声速武器?|2024-11-20

2003年,火星大冲。
此时,NASA发射的两台最先进的火星探测车,距离火星已经只有咫尺之遥。
两台火星探测车是孪生兄弟,他们身上都有一个零件,是用911事件废墟中的钢筋制成的,他们代表人类终于告别地上的苦难,重新把目光投向星海。
可等到火星探测器都快入轨了,NASA才发现,两台火星车还没有起名字!只有两个充满了理工直男气息的代号:
火星探测漫游者-A火星探测漫游者-B。这名字,可一点也不酷。
于是,NASA赶紧和乐高公司合作,搞了一个火星漫游车命名竞赛,面向5至18岁美国青少年为两部火星车征集名字。
一个9岁的俄罗斯移民女孩菲·柯林斯给NASA写了一封信:
“我之前住在孤儿院,黑暗、阴冷、孤独。每当夜幕降临,我总是仰望天空繁星以排解忧伤,梦想着自己有一天能飞至太空。在美国,我能让我的梦想成为现实……
谢谢美国给我的勇气和机遇。”
这封信传达出的意思,很对美国人站在山巅之城拯救世界的胃口,于是“勇气”和“机遇”从10000多个方案中脱颖而出,被NASA采用。
2004年1月,勇气号和机遇号先后着陆火星,标志着人类历史上时间最长,也是最成功的对地外行星实地探测任务的开始。
勇气号和机遇号的设计寿命,原本只有90天,但事实上,勇气号坚持了7年,机遇号坚持了15年。
一时间,NASA成了全美国的英雄,而火星探测任务的领导者、NASA局长—-迈克尔·格里芬,则是英雄中的英雄。和NASA之前的几任局长相比,迈克尔·格里芬是个不折不扣的技术天才和技术疯子,甚至比马斯克还要疯。
我们都知道,人类航天的黄金时代,其实是冷战时期。
不论美国和苏联,在那个时代都在拼命死磕技术,像竞赛一般,要把脚步印在太阳系的每一颗行星。
不惜代价,不计成本。
可是,这样的航天黄金时代,随着冷战的结束,也已经结束了。
在这个奉行利润为王、效率至上的时代,投入就要有产出。别扯什么仰望星空、逐梦星海了,ROI(投资回报率)才是真正要考虑的。
这种现状,让技术疯子格里芬很不爽,但又没办法。所以他只能在夹缝之中,利用手头的职权,强行推迟了航天飞机退役时间,利用航天飞机最后几次发射完成了国际空间站的建设。
2007年的时候,他还提出,要在20年内,载人登陆火星。
这个设想,比马斯克还要早9年。2005年4月,格里芬(左一)会见马斯克
然而,格里芬的这种激进技术路线,显然要花大量的钱,这和主张减少政府开支的奥巴马背道而驰,结果在2009年奥巴马就任当天,格里芬就很懂事地辞职了。
道不同,不相为谋。
卸任后的格里芬,摇身一变,变成了奥巴马太空政策的批评者,他曾不止一次吐槽:“15到20年前,我们就应该登上火星了,但结果却继续在近地轨道上没完没了地绕来绕去。”
格里芬的吐槽,很快被一个人注意到了:
特朗普。
2016年时的特朗普商人出身,自己的班底大部分都是商界人物,连像样的政界人物都不多,更别说格里芬这种技术官僚了。
而且,格里芬登陆火星的豪言壮语,非常适合MAGA口号,所以特朗普也就起了招揽之心。
面对特朗普重启火星计划的许诺,格里芬很快投入到了特朗普的阵营。
2017年1月,特朗普就任总统。2月,格里芬就任美国国防部副部长,主管科研。
当然,国防部是很难参与NASA那样的太空计划的,而火星计划在1年前已经给了马斯克了,所以特朗普让他来国防部,其实另有任务:
高超声速武器。
彼时,中国已经研发成功了东风17,这款武器本来是针对韩国部署的萨德研发的,但一经亮相,就立马成了颠覆作战模式的武器,海湾战争中被美国爱国者导弹击得粉碎的“弹道导弹威胁”,再次建立了威慑力。
更关键的是,高超声速武器技术是一通百通的,不仅可以拿来反萨德,还可以用于洲际导弹,一夜之间就可以让美国苦心建立的导弹防御系统变成了无用的马奇诺防线。
特朗普认为,要MAGA,就不能容忍美国在这么尖端的技术上落后于中国。
而格里芬作为一个技术官僚,显然又懂技术也懂揣摩领导意思,所以就开始大肆渲染东风17带来的颠覆。
他忧心忡忡地说,“中国的高超声速武器将足以威慑美国的航母和前沿部队,但美国没有应对的手段,因此如果与中国发生冲突,要么只能选择认怂,要么鱼死网破使用核武器。这对于美国来说是不能接受的形势。”
在就职10天后,格里芬在国防部内部发表了一个演讲,明确了美国国防部技术研发部门的方向:“(五角大楼支持的科研项目)必须有个第一(优先),而高超声速就是我的第一。”“我来干这个工作,不是为了和我们的对手恢复平衡。我要他们举手投降,我要让他们重新感受到无法超越我们的忧惧。”
这是美国高层最明确的,与中国展开“高超声速竞赛”的宣言。
格里芬绝不是说说而已,在他的推动下,美国海军、空军、陆军以及美国国防部高级研究计划局(DARPA)乱七八糟上马了一堆高超声速飞行器项目,足有十来个。
可是如今,都2024年了,美国的高超声速飞行器项目进行的怎么样了呢?
X-43A试飞,没有完全成功。
HTV-2试飞,失败。
X-51A试飞,连续三次掉进大海。
AHW试飞,原地爆炸,将科迪亚克试验场炸的一片狼藉。
JFC-1试飞,失败。
ARRW试飞,失败。2023年3月29日,美国空军负责采购的助理部长安德鲁·亨特不得不表示,因为接连失败,空军计划不再推进ARRW项目。
显然,空降干部格里芬不了解美国国防部科研机构的水有多深,以自己超强的技术功底和组织能力,仍然把美国的高超声速武器搞了个一地鸡毛。
那么,到底是谁搞砸了美国高超声速武器?
首先,我们需要澄清一个事实,什么是高超声速武器?
高超声速这个概念,其实是钱学森提出的。在1946年钱学森的论文《Similaritylaws of hypersonic flows》中,就第一次提出了“Hypersonic”(超高声速)这个单词。根据钱学森的定义,只要达到声速5倍以上,就算高超声速。
那么,是不是导弹只要达到5倍音速以上,就算是高超声速导弹呢?
并不是如此。
说起来,绝大部分的弹道导弹(包括二战末期的V2),其实基本都能达到5倍音速,甚至洲际导弹达到二三十倍音速也不稀奇,那弹道导弹都能算是高超声速导弹么?显然不算。
真正意义上的高超声速武器,要同时满足三个条件:
1.主要在大气层内飞行。
2.最大速度超过5马赫。
3.可实施大幅度机动。
而高超声速武器的研发历史,其实还是要从冷战时期说起。
20世纪80年代,冷战达到了最高峰,为了抵御苏联的核优势,美国推出了“战略防御计划”,也就是俗称的“星球大战计划”,虽然这个计划中的一些项目是忽悠苏联人的,但还是有一些项目实实在在落地了。
而苏联那边,自然也要对等出台类似的计划,苏联搞出的是战略反导防御系统А-135“黑龙江”(Амур)系统。
这样一来,美国的优势就又没有了。
为了穿透苏联的导弹防御系统,美国人在旧纸堆里翻啊翻,翻出了30多年前,钱学森在美国时提出的“钱学森弹道”。我们都知道,传统弹道导弹,是按照抛物线飞行的,因为弹道导弹射高都非常高,洲际导弹射高大都在1000公里以上,那么在数千公里外,就会被远程预警雷达发现。
但是呢?如果把射高降低到40公里,预警雷达的发现距离就会急剧降低到856公里。
所以钱学森的设想,就是在160公里高空(太空范围)利用太空环境进行加速,然后在大气层41公里的高度进行高速滑翔,缩短雷达探测距离,等敌方雷达发现,距离目标只剩几百公里了,转瞬即至,这样就能在敌方反导系统反应之前命中目标。就算敌方反导系统起作用了,弹头也能进行末段机动,规避开对方的拦截。
这就是钱学森弹道。
根据钱学森的思路,美国人很快试验成功了BGRV 高超滑翔弹头和 AMaRV 滑翔机动弹头
但因为早期惯导精度太差,再加上多弹头技术和末制导技术的成熟,最终美国选择了多弹头和末制导路线来提高突防能力,把高超声速武器束之高阁了。
但是进入21世纪后,情况发生了变化,又有一个国家拥有了突防需求——中国。
咱们都知道,中国的核弹头数量、载具的部署量,都远远比不上美国。而美国不仅核打击能力强、三位一体核威慑体系完善,而且其NMD和TMD,还建成了一个包括中段(标准导弹)、末段高空(萨德导弹)、末端中低空(爱国者导弹)反导的立体式拦截网,中国弹道导弹的威慑力正在一点点被削弱。
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中国当然也可以像美国那样多造核弹头和洲际导弹,来提高突防能力,但中国的有限核威慑战略和经济情况,又不允许中国搞那么多的洲际导弹和核弹头。
那咋办?那就只能回到高超声速武器突防的路线上来。
高超声速武器主要分为两种,一种是火箭助推导弹(滑翔弹头);另一种是全程高超音速巡航导弹(吸气式自主动力飞行器)。
而滑翔弹头,又分两种,一种是双锥体,弹头有大小两种锥度,依靠在一定攻角下弹头锥体上下侧对空气压缩程度不同的压力差和膨胀波来产生一定的升力并进行滑翔。
最典型的作品,就是2009国庆阅兵亮相的东风-15B。另一种是乘波体,乘波体的原理比较复杂,我们只需要知道乘波构型飞行时,其前缘平面与激波的上表面重合,就像骑在激波的波面上,依靠激波的压力产生升力进行滑翔。
最典型的作品,就是2019年国庆阅兵亮相的东风-17。
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但是,这些都不是超高声速武器的终极完美形态。
为啥?因为本质上来说,无论是双锥体还是乘波体,其核心技术路径都是滑翔,虽然也可以在大气层内飞行,实现5马赫高速,且有一定机动能力,算得上高超声速武器,但机动能力是有限的。也就是说,其仍然算是弹道导弹,飞行路径仍然有迹可循,那就具备被拦截的可能。
所以,真正完美的高超声速武器,是吸气式高超声速武器,它依靠发动机,在大气层内进行全程可操控的飞行,就像巡航导弹一样,不仅飞行轨迹更难捉摸,而且可以更有效打击运动中的目标,甚至“绕过”障碍物来打击最终目标。
由于吸气式高超不用携带氧化剂,所以体积可以做得很小,可以由飞机携带,像普通导弹那样由飞机发射,甚至装到发射车或者军舰上,成为敌人无法拦截、改变战争形态的武器。
但这么一来,研发可就难了。
咱们都知道,无论是飞机的发动机,还是巡航导弹的发动机,都需要有进气口,空气从进气口进入燃烧室,与燃料融合,燃烧,产生推力,最终进行飞行。
但是,高超声速武器动辄要飞40公里,这个高空空气已经很稀薄了,根本没有足够的氧气,要想让导弹飞行,就只能自己携带氧化剂,但氧化剂又是死重,必然要影响导弹的射程和威力。
比如航天飞机这样当今最先进的发射系统,要想在高空飞行,液氧和固体氧化剂要占到发射重量的一半,很不划算。
这样一来,能解决这个问题的,就只有超燃冲压发动机了。
超燃冲压发动机的原理也十分复杂,这种技术可以在高空大气中获取氧气,而且可以在高超声速条件下稳定燃烧,非常适合用于高超声速导弹。
要说超燃冲压发动机,其实美国是先行者,早在2004年就曾经做过实验,而且成功了。
再比如,导弹在高超声速飞行情况下,很容易产生黑障,那么导弹如何向外通信?如何精确制导?
还有材料、空气粘稠度、实现动力系统稳定性等等方面,都有不少要攻克的技术难关,所以美国虽然一直没停相关研究,但也一直没有革命性的研究成果出来。
正当美国按部就班的时候,没想到中国后来居上了!不仅突破了超燃冲压发动机技术,而且是旋转爆震发动机和斜爆震发动机双修的技术路线!
更厉害的是,中国居然还把自己的超燃冲压发动机与“乘波体”相结合,不仅能滑翔,而且能大规模机动飞行,目前在全世界也是独领风骚的地步。
目前,中国还没有公布这种武器的名字,只有美国人给了这件神秘的武器一个代号:“WU-14”。而美国呢?能和WU-14相适配的同类武器,只有HAWC项目——(高超音速吸气式武器),这算是ARRW 项目失败后,美国剩下为数不多的有可能成功的项目了。
现在知道为啥格里芬这么焦虑了吧?中美实在差距太大了!
格里芬不明白,NASA一直保留着用来进行高超音速飞行测试的X系列试验机,也拥有大量高超音速飞行器的气动、熵层、冲击波等重要数据,这些数据都已经白白给了美国国防部DARPA以及承包商,为什么高超声速武器还是搞不出来?
格里芬可能想不到的是,国防部科研系统,和NASA的科研系统,风格完全不一样,他们玩的花活,技术宅格里芬根本想象不到。

 

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