高超音速飞行器是近一段时间军坛上的热点话题。8月7日网传我国“Wu-14高超音速滑翔式导弹"(网传不做证实)试验失败;8月25日美国陆军高超音速武器(AHW)进行试射，导弹升空后4秒因故障被迫引爆。至此中美成为了这领域全球的焦点，高超音速武器的研发拉开了21世纪空天进攻和防御对抗的大幕，势必成为未来几十年最耀眼的军事科技项目之一。 一、什么是高超音速?
我们知道几十年来传统的飞机和导弹发动机在3至4倍音速时就会遇到速度瓶颈。为了打破速度极限，人类开始研发高超音速的飞行器。那么高超音速飞行器要有多快呢?我们说要起码达到每小时6 000千米的飞行速度，也就是5倍音速以上才算是高超音速，因为以5马赫为界的飞行气流性质不同，飞行器的设计也势必不同。高超音速飞行器要达到5倍以上的因素，就必须使用重新设计的专用发动机，在3-4倍音速上的超音速导弹系统使用的冲压发动机，是不能直接用于高超音速飞行器的，所以研发所谓的超燃冲压发动机就是整个高超音速飞行器设计的重中之重，这类发动机如果能成熟应用到未来的高超音速飞行器中将是一场新的动力革命。另外高超音速飞行器在跨越超音速和高超音速的时候，飞行器的控制能力要求是不同的，对飞行器的外形要求非常苛刻，因此如何设计兼容不同速度的飞行器外形和控制操作系统，让飞行器稳定的进行飞行是另一个巨大的设计难点。
高空施工二、什么是高超音速武器?
最有威胁的高超音速武器一般在临近空间高度飞行。所以我们先讲一下临近空间，临近空间是指高于一般航空器飞行高度，而又低于航天器轨道高度的空间区域。目前，国际上对临近空间区域具体高度范围尚无统一的定义，大多数观点认为其高度下限为20 km——30 km，上限为100 km ——150 km。这个高度区间大气层大致包括: 大部分大气平流层、全部中间层和部分热层区域。飞行在该空间区域，既可以避免绝大多数的地面防空武器和大部分战斗机防御攻击，又可以提高军事侦察和对地攻击的精度。在临近空间部署高超音速武器对于情报收集、侦察监视、通信保障以及对空对地作战等，具有极大军事价值。专业机构对临近空间高超音速武器的定义是：部署在临近空间、执行特定任务的飞行器以及与之配套的地面技术装备所构成的系统。该类武器具有飞行速度快(
5Mach—16Mach，甚至更高。1Mach=340 m/s) 、飞行距离远、机动能力和生存能力强等特点，可远程快速到达、高速精确打击、快速组合发射、远程快速投送，即可携带核弹头实施战略威慑，又可灵活选载精确弹药攻击高价值或时间敏感目标，也可携带传感器实施全球重要目标的快速战略侦察。
三、高超音速武器是如何分类的?
通常来说，高超音速飞行器外形尺寸比目前的同类飞行距离飞行器要小得多，只有后者的一半大小。目前高超音速飞行器有两大类。
一类是在稠密大气层中进行较长时间飞行的“高超音速巡航飞行器”。
主要有尚在研究发展阶段的，以超燃冲压发动机为动力的“空天飞机”和“高超音速”等。另一类是由火箭发动机发射到一定高度(通常为外层空间)再返回大气的“助推-滑翔”式高超音速飞行器。巡航飞行器从各国发展情况看，高超音速巡航飞行器目标是达到6倍音速。例如，美国臭鼬工厂设计规划HSSW验证机的目标速度为6马赫。因为6马赫是一个临界点，若超过6马赫将大大提高吸气式飞行器发动机的成本，同时性能也会下降，而低于6马赫将影响其作战生存能力。不过美国NASA的X-43高超音速技术验证机在2004
年连续两次打破吸气式发动机飞行器的最高飞行速度世界纪录，最高飞行速度接近10马赫。虽然目前还没哪个国家研制出高超音速，但可以看到未来高超音速的雏形将是：飞行速度大于6马赫，采用高能、高密度的吸热型碳氢燃料，超燃冲压发动机，惯性及全球定位系统复合制导，射程大于1 000千米，命中精度在15米以内，导弹的出厂单价不高于100万美元，可以从战斗机、战略轰炸机、水面战舰的垂直发射系统或潜艇上发射，用于攻击机动导弹发射车、地下指挥中心等目标。
第二类是“助推-滑翔”飞行器。
“助推-滑翔”飞行器的主要目标是达到10马赫。美国国防高级研究计划局高超音速航天飞机可以重复使用，并沿着大气层“跳跃”，在2小时内能够将军事有效荷载发送到世界上任何一个地方。他们制作的“高
翔”航天飞机的概念机飞行速度10马赫，飞行高度为35-60千米。在爬高之后，它可以沿着正弦波航线飞行：在大约爬升到35千米高度时，航天飞机在推进系统工作的情况下开始起跳，以正弦波航线跳跃至60千米高度；在跳跃中，航天飞机的重力加速度为1.5g，每次跳跃距离为400 千米。这种高超音速的“助推-滑翔”飞行器可以设计成空天飞机，也可以设计成导弹机动弹头。目前各国的高超音速飞行器研制基本属于这两种类型。例如波音正在研制X-51A“乘波者”高超音速飞行器，而洛马公司则研制FHTV-2 高超音速飞行器。未来的高超音速武器技术也将沿着这两种路线发展。2012年11月，美国海军航空作战中心要求全美工业界、学术界提供高超音速飞行器概念技术，一个是火箭助推高超音速滑翔机，一个是吸气式巡航飞行器。海军航空作战中心表示两种方案都不具有经济可承受性：助推-滑翔概念需要高温材料和可提高升阻比的空气动力外形，而吸气式概念无法容纳内部推进流程和燃料供应系统。
锚杆挡墙四、世界各国在高超音速飞行器上的研究进展如何?
这是军迷最关心的问题，基于高超音速飞行器巨大的军事价值，目前各军事强国都在大力开展各类临近空间高超音速武器的技术研发与样机试验，除中国外，美国处于世界领先水平，俄罗斯紧随其后，法国、德国、日本、巴西都在研究相关技术。
美国“FALCON”计划的重要项目之一是研制通用再入飞行器(CA V) 和高超声速巡航飞行器(HCV) 。CA
V是一种高超声速滑翔再入飞行器，可以投送约454kg的战斗载荷，打击精度达3m，基本型最大打击距离5560km，横向机动距离可达1800km，增强型最大打击距离16700 km，横向机动距离可达5500 km。HCV 可从常规军用跑道上起飞并可重复使用，其飞行高度为35 km-75 km，飞行速度约为10 马赫，能够在两小时内内将5500kg的载荷投送至16600km远处的多个目标。除CA V 和HCV 外，美军还研制了上面提到的X-51A超燃冲压长航时飞行器，并在加利福尼亚州爱德华兹空军基地进行了一系列的试飞。该飞行器由包括美国空军、美国国防部高级研究计划局、美国国家航空和航天管理局、波音以及普拉特.惠特尼公司联合研制。在试飞中X-51A利用普惠公司制造的吸气式超燃冲压引擎，可提供超过200秒的动力冲压支持，使飞机在短时间内提速至五马赫。经过三次测试，X-51在去年取得了突破。在一次成功的飞行测试中，该飞行器虽然仅飞行了300秒，但飞行距离达数百公里，飞行高度超过2.4万米，飞行速度超过5马赫。一旦研制成功，X-51A将为美国提供新一代的“全球快速打击”能力。美国的NASA正在进行高超音速飞行器试验计划，以检验与机体一体化的双模态冲压发动机的全部性能，并将要进行飞行试验。美空军在使用碳氢燃料的性能试验发动机多次完成地面验证试验后，已经采用X-51A验证飞行器多次实现空中超燃冲压发动机的工作。美国防高级研究计划局与澳大利亚联合研制的高超音速验证器成功进行了首次自由飞行试验。
美国另一个明星是X-43A，它是一架高超音速无人机，长3.6米。第一次试飞是在2001
年6月2日进行，试验失败。首次成功是在2004年3月27日，当时试飞的第二架X-43A 实验机在脱离飞
马座火箭后，在约95,000英尺的高空中以自身的动力飞行了11秒，到达约7马赫(约等于8,000km/h)的高速，然后再逐渐滑翔直至落入美国西海岸外的太平洋中。第三次也是最后一次的飞行，由加州爱德华兹空军基地起飞的NB-52B母机携带着飞马座火箭与X-43A升空后，在40,000呎的高空中点燃火箭，将X-43A推到足以启动的高度与速度状态。X-43A最后在短暂的冲刺之后做出接近9.8马赫(约11200公里/小时)的超高速飞行，飞到离地表超过35公里远的高空。基于尊重引用文献作者的目的，如果有转载的话，请注意版权问题。
俄罗斯方面也已经完成了采用氢燃料的“冷计划”超燃冲压发动机的多次飞行试验。1992年与德国联合进行了二元燃烧室直连式试验和缩比二元超燃冲压发动机自由射流试验，取得了进展。正在进行6-14马赫冲压发动机的工作性能试验、发动机和机体结构耐热性能试验、全动力和无动力高超音速飞行动力学试验等。俄罗斯的临近空间高超音速武器发展计划为GLL-VK高超音速飞行器计划。该计划展示了俄罗斯独特的武器设计思想，采用弹道导弹的发射系统和动力型高超音速技术相结合，形成“弹道+巡航”的组合式导弹，可在26km-50km的高度上以8马赫-14马赫的速度巡航。该型导弹已经成功进行了低弹道飞行试验，最高速度达到了14马赫。
法国在上世纪90年代初即开始开发氢燃料超燃冲压发动机技术。目前，法国正在研究碳氢燃料超燃冲压发动机、用碳氢燃料和氢燃料的宽范围冲压发动机和用氢燃料的双模冲压发动机等3种方案。法国的航空航天研究院和宇航-马特拉公司正在开展"普罗米修斯(Promethee)"计划。目的是研究碳氢燃料双模
态超燃冲压发动机推进的高超声速空地导弹。该空射型导弹采用的是半椭圆外形的"南瓜子型"无翼乘波体方案，弹长6m，总发射质量为1700kg，航程大于1000km，最大速度可达8马赫。
德国高超声速导弹的主要性能指标为：飞行马赫数6.5，采用高能、高密度的吸热型碳氢燃料超燃冲压发动机，惯性加全球定位系统复合制导，射程为1000km左右，命中精度在15m以内。
印度方面已全面启动高超音速武器研制计划。在2007年7月印度国防研发组织就透露印度已开始在地面进行煤油作燃料的超燃冲压发动机试验，目前该机构正与印度高校合作研制高温镍钴合金和碳复合材料，用于高超音速飞行器的热防护。2009年11月，印度理工学院和印度国防研发组织透露正在开发高超音速导弹。这种导弹外形尺寸可以缩小很多，具备以超过5马赫打击5000千米远目标的能力，还可作为一种低成本反卫星手段。印度还希望这种高超音速导弹在投下弹药后可飞回基地，重复使用。2012年10月，印度国防研发组织称印度计划在12-18个月内进行首次高超音速技术验证飞行器(HSTDV)飞行试验。HSTDV 项目旨在生产一种烃燃料超燃冲压试验件，飞行速度达到6-7马赫，并可进行自主制导飞行。HSTDV将为研制高超音速及高速侦察平台奠定基础。据称，以煤油为燃料的超燃冲压发动机初步地面试验已完成，目前正在进行与飞行器的集成工作。虽然研发团队进行了大约10次发动机试验，但尚未突破发动机燃烧持续20秒，20秒是初始飞行试验中所需的运行试验。此外，印度科学家卡拉姆也透露印度正在开发的“布拉莫斯2”导弹为一种全新的高超音速飞行器。
减速机测试五、高超音速武器的优势是什么?
1、飞的更快更高更远：
与现有空气动力飞行器相比，飞行高度高、速度快、打击距离远，飞行过程易造成黑障。现有空气动力飞行器一般飞行速度小于3马赫，且升限一般不超过30km。高超音速武
器与之相比，飞行速度约在5Mach-16Mach，甚至更高。飞行高度在30km-100km 之间，射程可达15000km。高超音速飞行中，飞行器与大气层的激烈摩擦及其对大气层的挤压，使得飞行器周围的温度激增，高温高压的作用使得大气发生离解和电离，电子密度大大增加，在高超音速武器周围形成一个电离气体层( 即等离子体鞘套) 。该电离层将对电磁波产生吸收和反射，造成信号的衰减，形成黑障。
高超音速提高了攻击目标的突然性和有效性，这对打击弹道导弹发射车或航母等时间敏感目标十分有效。与弹道导弹相比，高超音速武器采用非惯性弹道飞行，具有一定的滑翔或巡航能力，隐蔽性高且突防能力强。高超音速武器通常采用轴对称锥形体、翼身组合体、升力体和乘波体等气动外形，具有一定的升阻比特性和高机动性，尤其横向机动性很强，例如下滑弹头横向机动后还可继续飞行3000 km-5000 km。与弹道导弹不同，临近空间高超音速武器在大气中进行有动力巡航或无动力滑翔飞行，属于航空动力学范畴，其飞行航迹具有很强的机动性，探测系统既无法使用类似轨道目标的轨道动力学规律预测轨迹，也不能获得类似空气动力目标的较大反应时间，临近空间高超音速武器具
备很强的机动突防能力。例如1200千米的距离，8马赫的高超音速只需飞行7分多钟，而一般国家机动部署战略导弹完成发射和升空飞行的时间约8分钟左右，机动发射架在发射导弹后10分钟内撤离阵地，这就是说敌方战略导弹刚升空、发射架还没完全撤离就会遭到高超音速的攻击。2、反制防御和突破能力更强：
突防能力是实施纵深打击的前提。现有的主要依靠超低空飞行与隐身技术突破防御，由于速度太慢，暴露后很容易被拦截，在科索沃战争中就有数十枚“战斧”遭击落。而高超音速留给敌方防御系统的反应时间短，如再采用隐身技术将极大降低被拦截概率。此外，高超音速的飞行高度一般在25-40千米，防空系统对这一高度上的超音速飞行器一般难以实施拦截。航母编队对亚音速导弹一次防御不成还可以进行两次、三次，而对超音速导弹基本就不再有第二次机会。但是，目前防空导弹尤其是近程防空导弹过载已经达到35-50个g，再加上采用垂直发射，导弹能马上转弯，所以超音速导弹突防优势下降。而高超音速导弹的速度优势减少了敌防空系统的拦截时间，系统对导弹的探测跟踪难度增大，而且高超音速导弹可在远程防空导弹射程外发射，这样除了弹药的消耗，人员和装备的损失可降到最低，从而增强了高超音速的突防能力和生存能力。
芯片处理3、全域全球打击能力：恶劣捕捉
与需要携带大量氧化剂的传统弹道导弹不同，这种新式高超音速的导弹的发动机能够以极快的速度将
自带燃料和空气中的氧气进行混合，从而产生出极高的速度，因此在携带同样燃料的情况下，高超音速导弹比弹道导弹的飞行距离更远，战场空间也更广。计算表明，速度为6马赫的高超音速飞行器，能在6小时内环绕地球一周，也就是说，高超音速导弹和飞机能在很短的时间内抵达地球上的任何一点，迅速打击数千或上万千米外的各类军事目标，这大大地拓展了战场的空间。比如，空天飞机既能作为航空兵参加空地联合作战，又能加入天军行列，还可成为往返于太空与地球间的运输机。美国开发的HTV-2的载重量为5吨，是目前飞得最快的战机。这种楔型战机在2小时内可飞行近1.7万千米，接近地球周长的一半，而洲际导弹的射程只有5500-15000 千米。根据美军的研发计划，这种轰炸机可以从美国本土起飞后两小时内打击全球任何一个目标，而不必依赖美国在海外的军事基地。B-52最大飞行速度是每小时1010千米，伊拉克战争期间，这种老式轰炸机从英国的空军基地起飞执行了100多次轰炸任务，每次往返花费的时间是44个小时。而高超音速轰炸机可大大提高五角大楼的灵活性，制订军事计划者可以很方便地取消攻击。
不过，与其他飞行器相比，高超音速飞行器必须要求做到不间断的低时延、高可靠的
超视距测控。在航天测控方面，卫星按轨道动力学在空间开普勒椭圆轨道上无动力飞行，因此卫星测控只需测量一段轨道就能实现动力学定轨; 在弹道导弹方面，由于弹道导弹在末级关机点后基本是在空间惯性轨道上无动力飞行，因此末级关机点的运动状态基本决定了后续弹道和打击精度，故测控的最重要任务是对关机点的状态测量; 和以上航天器不同，高超音速武器飞行全程依靠自主动力或空气动力
飞行，需进行全过程连续跟踪测量和实时定轨，其测控覆盖范围包括射场覆盖、飞行轨道覆盖、过顶覆盖等。高超音速武器比卫星飞行高度低，比飞机飞行距离远、飞行速度高，其飞行轨迹往往会飞越人口稠密地区上空，需采用地基多站接力及天基测控系统实现低时延、高可靠的超视距覆盖，完成实时、精确的“飞行遥控”。综合以上分析，临近空间高超音速武器对实时测量和精确遥控具有高度依赖性。
因此要走做到全球快速打击，即使是区域快速打击，也必须有海陆空完整而先进的测控系统进行保障。所以在高超音速飞行器的研发方面，具备全球先进测控能力的国家会占得先机，后来者仅仅依靠飞行器本身的技术也难以获得战略战役打击优势。4、惊人的攻击效能：
超高音速飞行器如用作导弹，那么有攻击附带损失小，战斗部比重大的特点。与现有空气动力飞行器采用的涡轮( 涡扇) 等喷气发动机相比，高超音速武器没有高转速的涡轮( 涡扇) 机构，与弹道导弹推进火箭相比，而高超音速武器只携带燃料，不携带氧化剂，大大减轻了弹体重量，可装载更多战斗部件，提高战略打击毁伤能力。高超音速武器具有惊人的动能，特别适合打击深埋地下的指挥中心等目标。高超音速沿高弹道垂直向下像锥子一样插入很深的地下，如果携带先进的侵彻弹头，对地下掩体目标的杀伤力不言而喻。根据计算，1.5千克的高超音速飞行体就足以使一座桥梁解体。美国军方对高超音速的要求是：对钢筋混凝土的侵彻能力为6~11米，对一般地表土层则要达到40米。高超音速动能武器不仅能通过热辐射和冲击波造成毁伤，而且能依靠直接命中来破坏目标的内部
结构，精确打击时附带的损伤比常规精确制导武器要小得多。高超音速导弹或的体积比一般射弹都要小许多，因此运输机、战斗机和轰炸机可大量装载，作战威力显著增强。尤其是高超音速侦察机，能在很短时间内飞遍全球，对许多突发性事件地区均能快速反应，所以具有很高的侦察和信息战效能。
五、高超音速武器对于现代防空体系的威胁
由于高超音速武器具有以上特点，其对防御体系形成了以下三方面的严峻威胁和挑战。
1、防御方的反应能力急剧缩短。
攻击突然性增强。未来的临近空间高超音速武器可依托空基、地基、舰载发射，发射平台多变，发射方式灵活，发射准备时间短，导致发射突然性增强。作为时敏目标，高超音速武器飞行速度快，故防御方的反应能力形成了严峻的挑战。
2、预警时间急剧减小。
防爆软启动柜针对国土边境的预警时间( 发现后判定为临近空间目标) 只有约3分钟( 按高度20km、10Mach的目标计算) 11分钟( 按高度100km、6 Mach 的目标计算) ; 针对国土纵深要地防御( 距边境1000 km) 的预警时间也只有8-19分钟，而现有国土防空系统对常规飞机的预警时间一般大于30 min，急剧压缩的预警时
间对防御系统反应能力提出了严酷要求。不过，由于这种武器的巡航高度很高。由于空气对导弹的阻力或说能量消耗与空气密度成正比，为使导弹飞得远，巡航高度通常选择在中高空发射和巡航飞行，而这个高度是最易被敌方预警雷达或预警机发现的。所以要继续发展基于探测弹道导弹的X波段相控阵雷达，在地面，对于X-51这样飞行高度为40千米的高超音速，理论上的探测距离可达到
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