技术派｜美军大力发展高超声速飞机，新一轮竞赛即将来临？

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技术派｜美军大力发展高超声速飞机，新一轮竞赛即将来临？

澎湃新闻特约撰稿 兰顺正

2024-03-26 07:16

来源：澎湃新闻

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美国研发高超声速武器从高超声速导弹转向高超声速飞机。

据媒体日前报道，美空军采购项目副主管戴尔·怀特中将在众议院军事委员会接受质讯时透露，空军研究实验室正在将其高超声速研究方向从当前的导弹转向可重复使用的高超声速侦察机。怀特没有给出具体时间表，但美国空军官员此前预测，相关技术可能会在21世纪30年代初期投入使用。

高超声速飞机的最大飞行速度在5马赫以上，可在临近空间长时间进行高超声速巡航飞行，执行侦察、对地攻击等任务，被认为是未来空天作战的关键装备。

未来战场的新星

高超声速飞机通常指采用吸气式动力、最大飞行速度5马赫以上、可在临近空间长时间进行高超声速巡航飞行的飞机。由于此类飞行器具有高速、水平起降、可重复使用等特征，因此有着巨大的军事运用前景。

在军事领域，高度信息化、高度智能化是未来战争的特点，未来的空中打击主要依靠高度和速度取胜，而高超声速飞行器能在2小时内抵达全球任何敌方执行任务。在情报收集方面，高超声速飞机可以搭载各种情报、侦察、监视载荷，利用飞行高度与速度优势，对敌方进行全天候、全天时高空侦察监视，将实时搜集的战场情报通过C4ISR系统分发至各级指挥单元和作战平台，为实时的临机决策、毁伤评估等提供重要支撑。

与其他有人或无人侦察机相比，高超声速飞机的战场生存能力强，可执行对地、对天双重侦察监视任务，大幅拓展侦察监视范围，情报搜集时效性显著增强。高超声速飞机与预警机、侦察卫星等构成一体情报侦察体系，充分发挥战场情报搜集整体优势，可对己方周边广阔地区实现全域覆盖和全维监视。

在火力投射方面，高超声速飞机独特的物理特征、飞行轨迹、飞行空间等使其可对目前现役所有防空反导体系构成巨大压力。空中目标的运动速度直接决定其通过敌方防御体系作战空域的时间，对突防概率影响极大。高超声速飞行器飞行速度快，可有效缩短对方的反应时间，回波积累数量少，常规雷达的探测能力明显降低；同时，现有地面防空武器系统的方向转动机构的转动速度慢，不能有效跟踪瞄准高速目标。高超声速飞行器的突防概率相对较高，研究表明，当飞行器的速度从5马赫增加到6马赫时，突防概率从78%增加到89%，而如果未来高超声速飞机与高超声速导弹等武器构成“双高速组合”，则作战性能无疑将会再跃上一个台阶。

SR-71侦察机退役后，美国很长时间缺乏超声速侦察能力。

备受瞩目的“黑鸟之子”

鉴于高超声速飞机所带来的“革命性”军事优势，吸引了多个军事强国争相研制。美国从21世纪初开始提出发展军用高超声速飞机，2010年后随着美国战略重心东移，围绕“印太”地区的战略竞争尤其是大国间的竞争愈加凸显，美国的军事关注重点也从反恐转向应对其他大国的反介入/区域拒止挑战，并进一步聚焦高端军事能力建设。在此背景下，美国逐渐加大对高超声速飞机的探索力度。

在过去20年时间里，美国军方和军工巨头提出了多个高超声速飞机路线图、概念方案及相关发展计划等，包括DARPA和美国空军在2007年提出的马赫数6级 HTV-3X“黑雨燕”高超声速飞机验证机、美国空军2011年提出的马赫数4~5级高超声速作战飞机、DARPA在2016年启动的先进全状态发动机（AFRE）高超声速飞机发动机地面验证项目等。其中，洛·马公司研制的SR-72“黑鸟之子”高超声速飞机最为引人瞩目。洛·马公司于2013年首次透露了SR-72研制计划，2017年公开表示具备研制验证机的技术条件。

相关资料显示，SR-72双发隐身无人机本身拥有完整的侦察系统并可在临界空间携带新型武器，集情报收集、侦察、监控、打击等诸多功能于一体。SR-72全长约为30.5米，最大起飞质量为80吨，能以马赫数6巡航飞行，是SR-71战略侦察机的两倍，航程约4800千米，有效载荷约2.5吨。从公布的效果图看，SR-72采用了翼身融合且与发动机高度一体化的气动布局形式，双发腹部进气，主体脊背较为突出且从机身中部一直延伸至机身后段，后掠角三角翼也较大，单垂尾。

在动力方面，SR-72将在机身两侧靠内的位置装备两台并联碳氢燃料涡轮基冲压组合（TBCC）发动机。TBCC发动机是高超声速飞机的关键设备，高超声速飞行器必须从速度为零开始起飞，而不同速度和高度范围内的要采用不同种类发动机，如燃气涡轮类发动机/亚燃冲压发动机的有利工作范围在0~3马赫，采用碳氢燃料的亚燃冲压发动机在3~5马赫，再往上到10马赫则采用碳氢燃料的超燃冲压发动机（亚燃冲压发动机转换到超燃区域的速度在4~5马赫左右），10倍声速以上就要使用火箭发动机。因此，为了保证高超声速飞行器在宽广的飞行包线范围内可靠工作，就需要将两种以上不同类型的发动机组合，成为一款组合式动力装置，这样还可以兼顾安全性、经济性和作战效能的综合要求。

SR-72双发隐身无人机本身拥有完整的侦察系统并可在临界空间携带新型武器，集情报收集、侦察、监控、打击等诸多功能于一体。

目前，组合动力装置可分为两大类型:组合推进系统和组合循环推进系统。在组合推进系统中，各发动机是相互独立的单元，分别安装在飞行器上，两者之间没有功能上和物理上的相互作用与影响，目前很多的导弹就采用火箭发动机助推的冲压发动机。而在组合循环推进系统中，发动机可以在不同模式下工作，各发动机单元相互补充，在各种飞行条件下都能发挥出最佳性能。

组合循环推进系统又可分为3类：涡轮基组合动力（TBCC）、火箭基组合动力（RBCC）和脉冲爆震（PDE）基组合动力（PDEBCC）。其中TBCC具有可常规起降、可使用普通机场、重复使用、安全性好、可使用普通燃料、经济性好和技术风险小等特点，既可作为可重复使用空天入轨飞行器起飞/返航的低速段推进动力，也可作为各类高超声速飞行器，尤其是远程、有人驾驶高超声速飞行器的推进动力，因此是目前最有希望获得成功的组合动力（美国公开提出的全部高超声速飞机发展项目或计划均明确指出要采用碳氢燃料TBCC）。

常见的TBCC都是由燃气涡轮发动机和亚/超燃冲压发动机组成，依据两种类型发动机的组合特点，可分为上下并联型和共轴型。并联型TBCC方案的特点在于两类发动机空气流道独立，上下并排放置，缺点是迎风面积较大、重量较重，并且需与机身进行复杂集成等；但优点是结构简单、共用部件较少，需要调节的部件少，高速下的热防护难度较低，可利用现有成熟燃气涡轮发动机作为涡轮加速器。

多路推进的高超声速飞机

据美国“趣味工程”网站今年1月称，SR-72计划于2025年进行首次飞行。

除了SR-72外，美国国内一些其他类似的项目也在同步推进中。在2021年8月有报道称，美国空军向航空航天初创公司Hermeus提供了6000万美元资金，用于资助其高超声速Quarterhorse飞机的飞行测试，该飞机将用于军事和商业应用。当时的消息指出，Quarterhorse会使用基于GE J85商用涡轮喷气发动机研发的TBCC，并将成为第一架拥有TBCC推进系统的同类飞机。Hermeus公司称Quarterhorse将采用钛合金结构来承受高超声速，还会采用高度流线型三角翼设计，能够以5马赫的速度飞行，航程为7400公里。根据该公司的计划，该飞机将在2024年进行地面测试，在2025年进行中型飞机的飞行，用于运输时间紧迫的货物和军事侦察，最终在2029年进行高超声速商业客机的飞行。

波音公司展示的高超声速飞机模型。

在2022年1月举行的美国航空航天学会（AIAA）的年度科技论坛和博览会上，波音公司推出了一种可重复使用的高超声速飞机的新模型，并在推特上发布了新模型的几张照片。据波音公司透露，这款高超声速飞机可能用来执行军事和商业任务，包括作为太空发射母舰发挥作用。波音的这款新型高超声速飞机是在其“女武神Ⅱ”（ValkyrieⅡ）高超声速侦察与打击无人机概念的基础上发展而来（在AIAA2018年度科技论坛和博览会上，波音公司首次公布了“女武神Ⅱ”高超声速侦察与打击无人机的概念机，目的是同洛·马公司的SR-72展开竞争）。与2018、2021年波音公司展示的高超声速飞机模型相比，2022年展出的新模型的设计在许多方面都存在显著的不同。新模型的中央机身更为平坦，机翼和双尾翼更短。它的两台发动机被安置在两个不同的整流罩中，而之前则是并排安装在机身下方。

综上所述，不难看出，随着高超声速飞机技术的不断突破，此类飞行器大显身手的时代已经不再遥远，而由此带来的作战变革和挑战也会随之到来。