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日本为何要加速发展“高速滑空弹”

2018-11-02 10:56 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:岳江锋

  策划:宋雅娟

  监制:光明网科普事业部

  据日本媒体报道,日本防卫省决定加快研制“高速滑空弹”,以备进行“岛屿防卫作战”,主要用来打击敌方大型水面舰只。与早先防卫省公布的计划相比,新发展计划要求这种导弹提前到2026财年装备部队。据悉,日本所谓的“高速滑空弹”其实是一种临近空间飞行的助推滑翔武器,具有飞行速度快、突防能力强、打击精度高等诸多作战优势。

  什么是临近空间的助推滑翔武器?

  临近空间又称为亚轨道或空天过渡区,是指距地面20~100 km 的空域,包括了大气平流层、中间层和小部分增温层,具有巨大的潜在军事利用价值。相较于航天空间和航空空间,在临近空间部署的侦查平台具有更高的安全性、更长的驻空时间、更大的有效载荷和更高的分辨率等优势,可有效弥补航天系统过顶速度过快以及航空系统视野局限性大、易遭受攻击等缺陷,能够实现空天地信息的有效衔接和中继。

  目前,世界军事强国发展的临近空间武器主要有有动力的吸气式高超声速武器和无动力的助推滑翔武器两大类。尽管有动力的吸气式高超声速飞行器近年来取得了较大的发展,但由于其较助推滑翔高超声速飞行器技术实现难度更大。因此,当前更接近武器实用化的可能还是无动力的助推滑翔武器。早在1938 年,奥地利科学家桑格尔首次提出了临近空间助推滑翔飞行器研究方案。1948 年,中国著名科学家钱学森提出了一种能够实现洲际飞行的火箭助推-滑翔机动概念高速飞行器。两人分别创立了以其名字命名的助推滑翔飞行器弹道,即桑格尔弹道和钱学森弹道。

  从基本原理上讲,两者都是利用助推火箭先使飞行器获得初速度,使其进入外太空,达到最高点,然后下降进入大气层。进入大气层后,通过气动升力效果在靠近大气层的边缘进行滑翔。钱学森提出的是一种平稳滑翔概念的弹道,桑格尔提出的则是一种跳跃滑翔弹道。

日本为何要加速发展“高速滑空弹”

桑格尔弹道和钱学森弹道的区别 (图片来自网络)

  目前哪些国家在发展高超音速滑翔武器?

  临近空间飞行器是在临近空间区域内飞行并完成攻击、侦察、通信、预警和导航等特定任务的飞行器。近年来,临近空间武器受到诸多军事国家的广泛关注。目前包括美国、俄罗斯、印度、日本、德国等国在助推滑翔飞行器研究和试验等方面已经取得了重大的成就。尤其是以美国、俄罗斯居于领先地位,已进行了多种型号的飞行试验。

  美国在冷战时期进行了大量助推-滑翔技术的研究。但直到2003年,美国空军和国防部联合提出了“从本土实施武力发送与应用”技术验证计划,即“猎鹰”(Falcon)计划。在“猎鹰”计划框架下,美军开发了HTV-1、HTV-2和HTV-3X等多种高超音速技术验证机,并利用HTV-2在太平洋上空进行了航程7700千米、高度在大气层边缘、速度达20倍音速的飞行试验。“猎鹰”计划在美军内部形成了强大的“示范”效应,美国陆军、海军、国防高级研究计划局(DARPA)纷纷另起炉灶,研究适合本军种的临近空间助推滑翔飞行器。

  苏联在高超音速技术上也做了大量研究工作,俄罗斯继承了苏联的衣钵,在高超音速领域具有很强的研发能力。苏联解体后,俄罗斯便启动了以“4202项目”,开展了代号为YU-70、YU-71的高超音速助推滑翔飞行器研制及试验,并以此为基础发展了“先锋”高超音速助推滑翔导弹。“先锋”高超音速助推滑翔导弹最大速度超过马赫数20,可携带常规或核战斗部,射程达到洲际以上,采用陆基发射,是一型以高超音速滑翔飞行器为弹头、以洲际弹道导弹为助推器的战略级高超音速导弹。据报道,“先锋”高超音速滑翔弹头在飞行过程中能够进行机动,对反导系统具有很强的突防能力。

日本为何要加速发展“高速滑空弹”

美国HTV-2飞行试验概念图(图片来自网络)

日本为何要加速发展“高速滑空弹”

俄罗斯YU-71飞行试验概念图 (来自网络)

  日本“高速滑空弹”技术原理及其挑战如何?

  据日本官方公布的资料显示,高速滑空弹是一种高超声速滑翔武器,使用高性能火箭发动机助推到高超声速,在敌方防空导弹射高之上进行高速滑翔,中段通过GPS/INS制导飞向目标区域,末段高速俯冲攻击“敌舰”。从作战构想看,高速滑空弹具有飞行速度快、突防能力强、打击精度高等诸多作战优势。但就日本现实状况来看,研发这种武器尚面临一系列重大技术挑战。

日本为何要加速发展“高速滑空弹”

日本高速滑空弹作战构想图(来自网络)

  首先是热防护技术。高速滑空弹的速度很高,即使在大气稀薄的高空,气动加热也相当厉害,日本要成功研制高速滑空弹,必须得突破超高速飞行中的热防护技术。考虑到日本进行过多次再入返回试验,以及日本在材料科学上的积累,突破这项技术的问题不大。

  其次是风洞及飞行试验技术。高速滑空弹设计需要大量风洞试验和实际飞行试验的检验,日本的高速风洞倒是有一些,但是长期以来日本始终没有装备和研制过弹道导弹,更别说研制再入机动弹头,实际飞行试验可以说是一张白纸。要在短短的几年内完成研制,光是确定高速滑空弹的气动外形就是一个“拦路虎”。

  最后是高性能固体火箭发动机技术。高速滑空弹所用的初始助推火箭不仅要求发动机比冲高、结构质量轻,还要使用多脉冲技术,满足高速助推和高效滑翔的需求,日本在固体火箭发动机上积累深厚,“标准-3”Block IIA拦截弹的发动机部分就有日本的技术,只不过多脉冲固体火箭发动机对日本还是第一次,最终能否攻克这一技术还存在不确定性。

[责任编辑:武玥彤]

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