美拟研高超声速战术武器初期射程约1100公里

2013年07月12日 11:22
来源：中新网

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原标题：美拟研高超声速战术武器初期射程约1100公里

中新网7月12日电据中国国防科技信息网报道，美国有观点认为，美国国防高级研究计划局(DARPA)不顾一切地投入高超声速某一技术途径是有问题的，目前，这一历时十年的快速全球打击技术验证计划行将结束，除了获得一些难得的经验教训，飞行试验却没有成功。

据悉，DARPA计划将其重点转移至短射程的战术武器，并将发出一项包括吸气式巡航导弹和无动力助推滑翔武器在内的高超声速“倡议”。这一验证项目如获批准，DARPA将联合美国空军开展研究。美国空军强烈地希望发展一项高速打击武器项目，延续其X-51A超燃冲压发动机验证机的成功。

DARPA最初计划实施“综合高超声速”(IH)项目，首先进行HTV-2高超声速滑翔飞行器的第三次飞行试验。HTV-2在2010年和2011年两次飞行试验中仅飞行了几分钟，进入速度Ma 20滑翔时即告失败。IH项目后续将发展能力更强的高超声速X系列飞机，将进一步提升其性能。

IH计划受到了波音公司的强烈批评。波音公司表示这项计划几乎毫无掩饰地为资助洛马公司HTV-2第三次飞行提供借口，并且认为HTV-2不适宜飞行。但DARPA在发布其修改的计划时，没有回应对HTV-2的反对意见，只是表示第三次飞行试验不会过度消耗高超声速研究资源。

由于五角大楼将中国视为威胁，DARPA这项倡议将验证能够在防区外发射、突破一体化防空系统，并能够对目标实施敏捷打击的高超声速武器。该倡议的吸气式和助推滑翔武器各有难点，也与HTV-2的难点不同。但DARPA相信在HTV-2项目中得到教训是有价值的。

DARPA计划主管彼特·艾伯兰德指出，取消HTV-2，原因主要有两点：一是美国给予HTV-2投资，是出于对高超声速能力有某种依赖，与X-30空天飞机下马类同，那是个令人兴奋的年代;二是发展一种新的高超声速飞行器还需使现有的设计方案充分可信。

HTV-2两次失败的飞行试验令人感到意外，第一次是由于气动，第二次是由于热结构。艾伯兰德说，查清事故原因“要求我们动用在高超声速领域的所有能力”，需要一支由政府、公共机构、NASA、导弹防御局、企业和学术界组成的团队。

艾伯兰德表示，决定不再试飞第三架HTV-2的主要原因是受到前两次飞行试验的影响，因为“已对HTV-2各技术领域存在的巨大风险有了充分认识”：首飞认识了气动与飞行性能的风险，第二次飞行认识了高温承载式气动外壳的风险。第二个原因是将第三次飞行技术价值与成本进行了比较，第三个原因是将HTV-2项目投入资源的价值与其他高超声速验证项目进行了对比。艾伯兰德指出，“我们已经学到很多，再飞一次有何意义?”

空军研究实验室的Ma5、以超燃冲压发动机为动力的X-51A在4次飞行中已取得了2次成功。而DARPA的Ma6、以超燃冲压发动机为动力的导弹验证机HyFly经过3次飞行失败后，其两架HTV-2也遭到失败。艾伯兰德指出，作为工程中常见案例，从失败中学到的知识要比从成功的更多，HTV-2事故调查将产生更健全的高超声速设计工具，将提高未来取得成功的可能性。

为了确保能够消化吸收已取得的经验，HTV-2项目将延续至明年夏天，“从第二次飞行中获取的技术经验，将用以改善高温合成气动外壳的设计工具和方法”。飞行后调查获得的数据将应用于补充的地面试验，以及改进承载式热结构模型的设计，综合考虑“如何加热，材料特性、不确定性和变量，如何用建模和仿真来预测热应力和响应”。

以高超声速远距离滑翔20分钟大约3000nm(约5496km)的HTV-2，需要采用高升阻比和碳/碳结构的细长体飞行器，才能够承受长时间高温飞行。在2010年4月首次飞行中，当不利偏航超出了飞行器控制能力时飞行试验失败;在2011年8月第二次飞行中，当气动外壳开始退化产生气动扰动，导致飞行终止。

“从第一次飞行清楚地看到，我们对于气动设计方法的推算不足以预测飞行行为。”艾伯兰德说，“在第一次飞行结束到第二次飞行前，我们重新进行了地面试验，并利用新工具重新进行气动基础设计。在第二次飞行中，这些改进十分有效，即使在非常不利的飞行条件下”。尽管如此，所作的改进还是不能挽回HTV-2第二次飞行失败。

“飞行弹道变化使气动热环境比第一次飞行更加恶劣。” 艾伯兰德说，“我们利用有限的仪表测量数据重现失败过程，最可能的原因是结构退化。热应力导致失败。”尽管飞行器保持了结构完整性，但小范围温度梯度导致材料局部破坏，产生了气动扰动。

“我们从第二次飞行中获得了关于如何设计耐熔复合材料的经验，进一步认识了如何在热应力下建立热结构模型。”艾伯兰德说，“我们学到了关于材料特性的可变性和不确定性的关键知识。这就是为什么我们继续支持修正模型用于解释材料和气动热变化的原因。”

现在，DARPA正在改变其高超声速研究重点，将任务范围从全球打击转向战术打击。射程600英里(约1100千米)的吸气式武器可以直接利用X-51，而助推滑翔式超过600千米的射程是HTV-2与众不同之处。“要达到这样的性能，我们必须着眼于研究高升阻比(L/D)与鲁棒控制性能。热管理是HTV-2存在的另一个技术问题。我们需要鲁棒的能量管理，并且考虑经济可承受性。”

助推滑翔要解决的问题，还包括如何设计成能够进行空中和地面发射的武器。艾伯兰德说，“质量和体积的约束条件是不同的。以前全球打击要求有很高的长细比;将来我们必须大力创新，在不要求高长细比情况下获得高升阻比。”另外，“轨道再入速度更低，而且助推器问题可能更容易解决。全球打击助推器存在的问题是还不能将运载系统设计为能够置飞行器于理想的滑翔起始点，我们必须让飞行器按照与原来不同的弹道飞行。”

DARPA相信HTV-2的经验将是有用的，“HTV-2提供了关键的技术知识，使我们能够设计出未来可快速全球打击的助推滑翔飞行器。我们取得了巨大的进步，知道了我们要做什么样的地面试验和飞行试验，才能设计出气动和热结构”，艾伯兰德表示，“由于地面试验的局限性，如果没有飞行试验，我们无法学习到上述知识。我们知道了后续怎样利用建模、仿真及地面试验，来为设计出成功的系统增加信心”。