2023年度国外高超声速飞行器技术发展综述_新浪财经

图中左侧“滑翔破坏者”拦截右侧高超声速滑翔飞行器想象图。

下一代极地高空持续性红外系统。

高超声速技术公司“飞镖AE”概念图。

赫尔墨斯“夸特马”技术验证机概念图。

美空军“海克姆”高超声速攻击巡航导弹概念图。

DARPA“霍克”高超声速吸气式武器概念（HAWC）原型弹想象图。

“大鹏”与TA-0分离试验。潘锐　　2023年，多个航空航天强国加速推动高超声速飞行器研究开发。高超声速导弹方向目前仍是全球高超声速领域的发展重心，俄罗斯已率先部署舰艇/潜艇发射的高超声速巡航弹，美国多个导弹项目研究和部署进度放缓，美、日、欧洲等国为应对威胁开展高超导弹防御概念研究。高超声速飞机方向，涡轮基组合循环发动机技术趋于成熟，旋转爆震发动机成为新的高超动力研究热点，美国高超声速验证机型号已开展首飞前的地面测试；高超声速试验飞行器及其载荷测试能力成为研发重点之一，旨在通过低成本、高频次的飞行试验加速高超声速基础技术研究和装备研制。　　美国美国仍然是目前在高超声速技术研究和项目研发领域投入最多的国家，2023财年预算达51.26亿美元。12月，美国会在最新通过的《2024年国防法案》中要求国防部制定和更新高超声速战略并规划试验走廊；12月底，美国防部将高超声速技术列为2024年五大国防技术优先事项之一。　　（一）多军种高超声速导弹按计划推进，部分型号部署在即　　高超声速导弹依然是美军关注和发展的重点，美空军开展多次实弹试验，美空、海军各自开展机载高超声速巡航弹研究；美陆、海军以实现首次部署为目标，加快推动部署前测试、平台改造等事宜，但年内实现部署可能性较小；美国防部预先研究计划局推动吸气式高超声速武器概念的后续计划，支撑向高超声速巡航弹能力转化。　　美空军宣布将高超声速武器的发展重点从AGM-183A“空射快速响应武器”（ARRW）转变为“海克姆”高超声速攻击巡航导弹（HACM）。美空军在3月、8月、10月由B-52H轰炸机执行剩余3枚ARRW全备弹试验，前两次均宣布不成功，第三次结果未公布。试验目的是测试高超声速导弹挂飞投放能力、端对端性能并收集高超声速飞行数据，以支撑后续开发工作。美空军在5月发布HACM技术支持招标书，拟开展武器分析、飞机集成、软件更新、模拟、建模和分析等工作，加快推动2025财年飞行测试、2027财年采购的总体计划。12月，美空军寿命管理中心HACM-SCIFiRE计划办公室向雷神公司授予价值4亿美元的HACM研发合同，预计将于2028年完成所有研发工作。　　美海军同步推进该军种的高超声速滑翔弹和巡航弹研究。2月，美海军授予洛马公司“常规快速打击”（CPS）滑翔弹采购合同，开展发射系统研制、武器控制和集成等工作，且已启动“朱姆沃尔特”驱逐舰的发射井改造工作以支持该导弹的发射，预计将在2025年底完成改装，届时将开始舰船集成测试并探索在部分“弗吉尼亚级”攻击潜艇上的部署。3月，美海军分别向雷神和洛马公司授予“高超声速空射进攻性反水面”HALO合同，启动对这型航母舰载、高超声速、远程空射反舰武器的初步设计，计划于2024年底对两家公司的原型机进行飞行测试，旨在20年代末形成初始作战能力。　　美陆军加快推动其“远程高超声速武器”（LRHW）高超声速助推滑翔导弹的部署工作。1月，美陆军宣布开展LRHW高超声速导弹两次额外测试，并在2023年底首次进行部署的计划。3月、9月和10月，LRHW先后开展3次试验，但均因为飞行前检查出现故障而取消，首次投入使用的时间节点预计推迟到2024年中期。　　美国防部预先研究计划局（DARPA）“霍克”吸气式高超声速武器概念（HAWC）项目进入第二阶段（M o H A W C）。1月，DARPA与空军成功完成HAWC项目中的最后一次飞行测试，实现了飞行速度超过马赫数5、飞行高度超过18千米、飞行距离超过550千米。7月，DARPA选择雷神与诺格公司联合开展MoHWAC项目研究，预计到2026年初完成，将加强武器概念作战相关性设计，集成改进的制造技术，扩展运行包线并验证性能模型。相关工作将有助于美空军HACM的开发工作。　　（二）高超声速飞机及其动力技术同步发展迅速　　2023年，美国持续重视高超声速飞机及其动力技术发展，高超声速飞机总体设计、涡轮基组合循环发动机、旋转爆震发动机等技术取得较大进展，验证机研制进度加快。　　2月，赫尔墨斯公司完成“夸特马”高超声速飞机缩比模型风洞试验，研究亚声速和跨声速阶段气流对飞行器控制面和起落架的影响。6月，赫尔墨斯公司接收首台普惠F100发动机，在完成对小型“奇美拉”涡轮基组合循环发动机验证基础上，进一步将F100发动机集成到尺寸更大的“奇美拉2”发动机中，标志着该公司在开发中型高超声速无人机“黑马”上达到关键里程碑。10月，赫尔墨斯宣布正在开发4型“夸特马”样机，以分散风险，加速迭代，实现快速开发。其中，MK0原型机已完成制造，将用于地面滑行测试，对电气、液压、气动、航电、转向和推进等各种系统开展验证，可测试驾驶舱的远程指挥和控制系统能力；MK1将作为首架飞行样机验证高速自主起降能力；MK2将实现马赫数3以下的超声速飞行；MK3将实现模态转换并达到既定的马赫数4速度目标。11月，赫尔墨斯与美国国防创新部门（DIU）达成协议，将运用“夸特马”作为飞行验证平台，进一步开展与高超声速飞机子系统和任务系统相关的技术研究，推进其技术成熟度。　　美国多家初创公司的高超声速飞机及动力系统研究也获得广泛关注。2月，新前沿航宇公司展示了其垂直起降、飞行马赫数8的高超声速飞机概念，计划于2024年5月完成其新型全流分级燃烧火箭发动机的制造。6月，金星航宇公司获得空客资助，将基于其旋转爆震火箭发动机（RDRE）继续开发马赫数9的高超声速公务机，该发动机已成功试车，具有紧凑、低重量、高效率特点，效率比常规发动机提高了10%以上。同月，初创公司沃伦特在普渡大学的风洞中成功测试了其马赫数5级别的“野马”高超声速涡轮冲压发动机，将推动其应用于低轨卫星发射用途的空天飞机、商业和军事用途的小型无人机中。　　美国旋转爆震发动机技术取得较大突破。6月，美国通用电气（GE）公司表示在美空军、DARPA和导弹防御局支持下，正在开发旋转爆震涡轮/双模冲压组合发动机，并在巴黎航展公布了基于该发动机的高超声速飞行器样机。12月，GE航宇公司完成首架旋转爆震涡轮—双模冲压组合循环发动机样机的演示验证，在超声速气流下完成了旋转爆震燃烧（RDC）试验，为高超声速远程飞行提供可行动力架构，计划于2024年开展全尺寸演示验证实验。　　（三）着重发展高超声速飞行试验技术　　美国识别到高超声速试验能力无法满足现有需求，多个部门推动试验设施建设，并将发展飞行试验设施作为推动高超声速技术成熟转化的重要手段。　　3月，DIU启动“高超声速与高节奏机载试验能力”（HyCAT）计划，旨在吸引商业和非传统领域合作伙伴，开发一套现代化、低成本、高频次、双用途的高超声速测试平台原型。暂定2024年底开展首次飞行试验，由首批承包商澳大利亚高超声速技术公司（Hypersonix）与美国火箭实验室公司携手实施。5月，DIU推进HyCAT2计划，重点是将先进的导航和通信等有效载荷、制造技术和低成本材料等集成到测试平台中。11月，HyCAT计划中增加赫尔墨斯和创新公司，将依托两家公司在动力技术方面的积累，探索水平起降高超声速飞机和空射型高超声速平台在飞行试验中的可行性。　　5月，在美空军资助下，平流层系统发射公司完成了双机身载机“大鹏”和高超声速飞行器“禽爪-A”（Talon-A）首架试验飞行器（TA-0）的分离试验，验证了飞行器与挂架的安全分离、数据收集和遥测通信能力，为后续高超声速动力飞行奠定了基础。9月和10月，该公司先后获得美空军试验中心和美空军研究实验室（AFRL）合同，将推动可重复使用试验飞行器（TA-2、TA-3）的飞行试验工作。11月至12月，TA-1先后完成滑行试验和系留试验，成功验证了飞行环境下液体火箭发动机的性能，为后续TA-1型飞行器的动力飞行测试奠定基础。　　6月与11月，美海军“多用途先进能力高超声速试验台”（MACHTB）先后两次亚轨道火箭运载的试验，试验收集的高超声速飞行数据将用于发展海军常规快速打击高超声速导弹和导弹防御局的高超声速防御能力。　　（四）多措并举构建高超声速防御体系　　随着竞争对手高超声速武器迅速发展、列装和实战，美军高度重视高超声速防御挑战，通过完善预警探测系统、研制拦截武器等方式，逐步构建高超声速防御体系。　　天基持久探测是美实现高超声速预警的主要方式，陆基探测能力也在不断升级。3月，美空军部太空发展局（SDA）授予雷神公司合同，以研制配备宽视场传感器的导弹跟踪卫星，将从太空探测和跟踪高超声速武器。5月，诺格公司完成了美太空军“下一代极地高空持续性红外”项目的初步设计审查，将通过两颗在高椭圆轨道上运行的卫星识别来袭威胁的红外热信号并传送到地面，旨在探测和跟踪北半球的弹道导弹和高超声速导弹。6月，L3Harris公司开始为美太空军设计传感器有效载荷，将用于中地轨道卫星导弹预警和跟踪系统项目中。10月，雷神公司开始测试为美国陆军研制的“低层防空导弹防御传感器”（LTAMDS）雷达，将探测包括高超声速武器在内的多种威胁，旨在取代“爱国者”地对空导弹系统的老式雷达。　　美军正在重点研发滑翔段的反高超声速拦截弹，重点项目包括导弹防御局“滑翔段拦截弹”（GPI）和DARPA的“滑翔破坏者”（Glide Breaker）项目。3月，导弹防御局的“滑翔段拦截弹”（GPI）项目进入技术开发阶段，将采用海基发射方式，依托“宙斯盾”防御系统，在大气层内实施硬杀伤。8月，美国与日本达成协议，将联合开展GPI合作研究。11月，导弹防御局正式分别授予诺格和雷神公司竞争性研发合同，启动研发工作。9月，波音获得“滑翔破坏者”第二阶段项目合同，将重点开展地面风洞和飞行测试，以研究导弹自身气流和对方高超声速喷气流的相互干涉所产生的稠密大气效应和维持杀伤拦截器控制的方法。　　（五）继续深化高超声速基础技术领域研究　　动力方面，除常规高超声速动力选择外，美国还在探索多种新动力概念。6月，Specter航宇公司提出等离子体助燃高超声速导弹概念，采用高马赫数涡轮发动机和使用等离子体助燃的双模冲压发动机组成的涡轮基组合循环动力系统，将缩小尺寸，增加航程，以适配隐身战斗机内埋舱。9月，中佛罗里达大学开展可变形高超声速发动机研究，可在飞行过程中改变其几何结构，最大限度地提高功率、推力和航程。　　试验技术方面，美国普渡大学在6月启用新的高超声速试验设施，用以支持美国防部的高速飞行器的研究和测试工作。该设施包括：一个马赫数8的风洞，用以模拟高超声速飞行并提供精确的系统性能数据；一个高超声速脉冲风洞，使用高温气流的冲击波模拟马赫数5到马赫数40的飞行场景。　　材料方面，6月，美海军启动“高超声速飞行器航空结构替代品联合加速”（Jahvaa）计划，为高超声速飞行器热防护系统开发新型碳—碳材料，以90%热性能代价实现制造成本与周期的大幅降低。7月，美国国防部LIFT研究所推进“高超声速飞行器材料”第二阶段，在金属和陶瓷材料等高温和高超声速应用组件的制造工艺研究基础上，继续开展反应熔体渗透生产的陶瓷基复合材料研究。8月，Spirit公司与美国橡树岭国家实验室合作开发高超声速飞行新型材料，寻求开发能够承受2760℃的新材料，以支持高超声速和太空飞行。9月，美空军研究实验室投资洛克希尔3D系统公司，开发用于大尺寸高超声速飞行器的增材制造技术。　　传感器方面，6月，GE航空开展超过800℃的超高温碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）电子器件演示验证，显示了在高超声速飞行极端工作环境中的应用潜力。7月，美国DARPA发布高工作温度传感器（HOTS）计划，旨在开发一种可在800℃或更高温度下工作的高带宽高动态范围传感技术。8月，美国NASA宣布正在开发高超声速技术项目所用的先进高温应变传感器。　　俄罗斯继俄乌战争以来，俄罗斯继续推进高超声速导弹的列装部署和应用。　　1月，俄罗斯海军“戈尔什科夫海军上将”号护卫舰已经开始部署新型“锆石”高超声速巡航导弹。8月，俄罗斯开始为其最先进的“亚森”级核潜艇装备“锆石”高超声速导弹，预计改造工作将在2026年完成。俄罗斯正致力于通过把高超声速导弹引入舰艇，以保持其最先进护卫舰及潜艇的战术灵活性。　　9月，俄媒称首次使用苏-34多功能战斗轰炸机在对乌克兰的特别军事行动中发射了“匕首”高超声速导弹。“匕首”此前由经过特殊改装的米格-31K截击机携带。俄罗斯米格-31K库存较少，苏-34飞机更多，意味着俄可基于更大规模的空中平台实现高超声速打击能力。但也有报道显示，苏-34发射的是一型新型防区外空地导弹，而不是“匕首”高超声速导弹。　　其他国家（一）欧洲披露多个高超声速防御计划　　6月，法国航空航天研究院在巴黎航展上公布“剑鱼”研究计划，将研究预测2050年后高超声速飞机产生的威胁，并进一步确定消除威胁的技术解决方案。7月，欧盟启动天基预警的“奥丁之眼-2”天基导弹预警架构开发工作，旨在研制针对弹道、高超声速和反卫星威胁的即时预警导弹、技术情报和导弹防御系统。10至12月，欧洲联合军备合作组织执行局正式签署“欧盟高超声速防御拦截器”项目的拨款协议和阶段资助协议，将由欧洲导弹公司牵头，针对2035年以后高超声速威胁，设计各种拦截弹方案，促进相关关键技术成熟，以提供最佳的反高超声速和反弹道拦截方案。　　（二）澳大利亚开展马赫数7级高超声速试验飞行器研究　　3月，澳大利亚高超声速技术公司加入美国国防创新部门的“高超声速和快节奏空中测试能力”（HyCAT）计划，将使用其“飞镖AE”高超声速飞行器作为飞行试验平台，低成本、高频次地测试高速平台、部件、传感器以及通信和控制系统。“飞镖AE”由氢燃料超燃冲压发动机作为动力，飞行速度可达马赫数7，计划于2024年由火箭实验室的火箭运载实现首次飞行测试。6月，该公司接受了运用3D打印技术SPARTAN超燃冲压发动机。目前，该公司在加快推进飞行器与动力系统、航电系统等的集成工作，计划在2024年初公开展示样机并进行地面测试。　　（三）英国政府规划高超声速武器发展路线图　　7月初，英国国防部发布招标文件，表示将扩大对高超声速武器技术的研发力度。英国国防部已经建立了高超声速团队，计划通过三方面的工作寻求先进的高超声速打击能力，包括①与AUKUS（美英澳三边安全伙伴关系）联合采购一种高超声速滑翔武器；②在现有的高超声速武器项目上开展合作；③开发一种高超声速巡航导弹。上述工作将加速美英联合高超声速科学技术计划Thresher，并使英国高超声速技术成熟度达到9级，推动未公开的HyLarc项目进入技术验证阶段。12月，英国国防部正式启动该计划，将在未来7年内投入10亿英镑，推动英国高超声速武器的开发工作。　　（四）日本开展高超声速导弹和导弹防御能力研究　　4月，日本防卫省授予三菱重工“高超声速导弹研究”合同，研究用于岛屿防卫用的高速滑翔导弹。3月，日本宣布拦截高超声速滑翔武器的新型国产导弹研究计划，以增强对核电站和其他基础设施以及偏远岛屿的防卫能力。8月，日本加入美国“滑翔段拦截器”计划，将通过国际合作形式开展高超声速导弹防御系统研究。　　结束语随着高超声速导弹发展逐步进入型号部署阶段，高超声速防御体系以及向飞机技术转化的研究需求不断增加，这正是2023年度一众天基预警系统、高超声速拦截弹和高超声速试验飞行器研究项目大幅增加的主要原因。尽管美国多个导弹项目在本年内经历了测试受挫，但高超声速飞机和试验飞行器的工作迎来多个重要节点，动力、材料、传感器多个基础领域取得重大进展，预计2024年将迎来能力快速提升阶段。俄罗斯继续保持在高超声速导弹领域的领先位置，部署与应用将保持高速态势。此外，欧英法日等第二梯队国家也有望在2024年取得更多成果。