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心有余而力不足,美国多个高超声速飞行器项目未能按期完成

(2)高超巡航导弹连续出现事故,技术路线布局发生重大调整DARPA/美空军“吸气式高超声速武器”(HAWC)项目接连遇挫。

自2013年X-51A成功试飞以来,液体碳氢燃料双模态超燃冲压发动机一直是美军发展高超声速巡航导弹的主流(甚至可以说唯一)技术路线。2014年在X-51A成果的基础上启动了HAWC高超声速巡航导弹演示验证项目,最初计划2019年完成首次飞行试验,后推至2020年,但最终也没能守住该节点。2020年5月,该项目在一次系留飞行试验中发生样弹从载机上脱落的事故,导致样弹完全损毁;12月,赶在年底前进行的首次飞行试验又因故以失败告终,具体原因未正式披露。据消息人士透露,原因是试验器械故障,样弹没有与载机分离。

美军高超巡航导弹技术路线布局发生重大调整。美空军在2020年4月发布了一项名为“未来高超声速项目”的调研公告,旨在摸底调查工业界对于完成一型高超声速巡航导弹初步方案设计的能力现状。但截至目前,仍未见美军发布启动相关项目的信息。鉴于当前技术路线的不力进展,美军正在重新调整高超声速巡航导弹的技术路线布局,不再“一条路走到黑”,而是新增了液体碳氢燃料双燃烧室超燃冲压发动机、固体燃料冲压发动机等其他技术路线。10月,美国防部增选波音公司开展基于液体碳氢燃料双燃烧室超燃冲压发动机的马赫数6级高超声速巡航导弹初步方案设计及地面试验,重新与洛马和雷神一起参与高超声速巡航导弹的竞争。美海军2月在2021财年预算申请中新增了固体燃料亚燃冲压发动机技术研究预算;4月与挪威国防部签署固体燃料亚燃冲压发动机技术合作协议;10月授予波音3000万美元合同,完成弹用超声速亚燃冲压发动机技术飞行验证(该弹速度未知,推测在马赫数3~4级)。美陆军也开始着手开发新型固体燃料,用于支撑高超声速导弹用固体冲压发动机等。

2.高超声速飞机取得重要进展,后续将加快发展

美国会7月份在审议国防部科研预算时提出,鼓励空军开展包括高马赫数涡轮发动机在内的可重复使用高超声速推进技术,并认可高超声速飞机将极大扩展ISR、火力投送和运输/运载等作战能力及灵活性,要求国防部研究与工程副部长在2021年2月前汇报高马赫数和高超声速飞机的详细定位、采办策略和最新路线图。美军高超声速飞机技术发展的当前重心仍是涡轮基冲压组合发动机(TBCC)组合发动机技术攻关。

围绕大中型超燃冲压发动机,空军“中等尺寸超燃冲压关键部件”(MSCC)项目在12月完成了第二套方案的直连式试验,并再次获得了最大5.9吨的推力(第一套方案在2019年已成功获得了最大5.9吨推力;该量级发动机推测可推动总重约30~60吨的高超飞机),取得了圆满成功,后续将开展进排气设计,完成自由射流试验。

围绕宽速域双模态冲压发动机及其组合动力,美空军研究实验室8月新启动了“一次性使用的吸气式高超声速多任务演示验证飞行器”(Mayhem)项目。美军官方未明确披露该项目的应用背景与方向,但推测认为,Mayhem项目的定位是一型技术验证飞行器和飞行试验平台,主要目的是飞行验证某型尺寸更大、速域更宽、鲁棒性更好的超燃冲压发动机(或其组合发动机)技术,支撑高超声速飞机等发展,同时具备较好的可扩展性,可作为一型大尺寸长航时的高超声速飞行试验平台。

围绕TBCC组合发动机,DARPA正稳步推进“先进全状态发动机”(AFRE)项目,2020年完成了全尺寸高速涡轮、双模态冲压发动机、进气道和尾喷管的制造及地面试验,启动TBCC整机总装、安装及调整试验等工作,计划在2021年完成整机地面试验。

特别值得注意的是,除传统军工巨头洛马和波音之外,一家以研制高超声速飞机为目标的初创公司正在迅猛发展。3月,美国赫米尔斯公司(Hermeus)完成了高超声速飞机用涡轮基冲压组合发动机(TBCC)缩比验证机静态和高速(达到了马赫数5)试验。这台涡轮基冲压组合发动机发动机包含一台现货涡轮发动机、一套室内试验设计状态的预冷却器和亚燃冲压发动机,涡轮发动机和冲压发动机共用同一套进气道和尾喷管。其中涡轮发动机的工作区间是0到马赫数3.3,亚燃冲压发动机是马赫数2.8到5。初步成果获得了美空军的关注,在8月获得了美空军总统专机部授予的150万美元高超声速总统专机可行性评估研究合同。10月,赫米尔斯公司公司成功获得1600万美元A轮融资,支持开展全尺寸涡轮基冲压组合发动机发动机研制和地面试验。

3.空天飞行器发展遇至暗时刻,唯一演示验证项目遭取消

2020年1月,波音公司突然宣布即刻退出DARPA“试验性太空飞机”(XSP,即原XS-1)项目。波音表示,“波音团队完成了XSP项目详细设计评审,并决定即刻起完全退出该项目的科研任务。波音将把在XSP项目上投入的资源投到其他海上、空中和太空等项目上。”随后,DARPA无奈宣布终止XSP项目,并表示,“波音的退出在事实上终结了XSP项目。XSP项目追求的目标仍然是未来的发展方向。项目已完成的研究结果表明,达成项目最终目标不存在技术障碍。DAPRA还会继续通过其他项目来支持相关技术发展。”截止目前,波音和DARPA均未给出退出和终止项目的原因。

XSP项目的终止意味着美军在水平起/降航天运载飞行器方向上已经没有系统级演示验证项目了,这或许预示着该分支方向的发展前景已经发生了重大变化,即在近年来迅猛发展的垂直起降运载火箭冲击下,水平起/降航天运载飞行器的发展前景变得更加黯淡,发展前景充满不确定性。

二、俄罗斯全力发展高超导弹,咬定目标稳步推进,成功取得重大进展

1.“锆石”高超声速导弹连续成功完成4次试射

“锆石”导弹目前正在紧密开展国家试验,在2020-2021年间还将进行约10次,其中在22350型“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰上进行大约7~8次,在885型“北德文斯克”号潜艇上进行2~3次(含至少1次水下试射)。2020年1月到12月期间,俄海军成功在“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰上完成了4次试射,射程分别为350千米、450千米(2次)和500千米以上,最大飞行速度均达到了马赫数8以上,打击海上目标和岸上目标各2次,其中包括摧毁海上模拟航母等目标。“锆石”导弹计划在2022年正式列装。

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