高超声速飞行器推进系统应用介绍

不断追求更高的速度一直以来都是航空和火箭推进系统发展的驱动力。对大气层内达到不小于5马赫速度的需求日益增长，这导致围绕高超声速飞行产生了多种新增的和创新性的解决方案。

高超声速技术早期尝试

西方高超声速专家主要以美国航空航天局（NASA）的X-15北美研究飞机为例展开研究，该飞机配置火箭发动机，而且早在1960年代就经常达到高超声速。但正是由于其应用性质，它并不是应用于高超声速飞行的一种有发展前途的长期解决方案。据信，到目前为止，没有任何一架军用飞机或无人驾驶飞行器实现过高超声速飞行。

B-52轰炸机机翼下挂载的美国航空航天局X-15研究飞机

美国在1986年启动了一项雄心勃勃的计划，旨在开发国家航空航天飞机（NationalAeroSpacePlane，NASP），即一种能够进入近地轨道的单级航天飞机（SSTO）。根据当时的计划，罗克韦尔公司的X-30被选定为先进技术演示项目，由一个内置式高超声速冲压空气喷气发动机提供动力，发动机的燃料为液氢。

当时苏联与之对应的是图波列夫设计局开发的图-2000。建议为其配备一个不太复杂的推进系统，该系统由四个涡轮喷气发动机、一个冲压式喷气发动机和两个液体火箭发动机结合为一体。这些计划都没有制造原型飞机。NASP和图-2000都在1993年终止。

这张来自美国空军研究实验室的图显示了一个典型的高超声速冲压空气喷气发动机的布局以及在超声速气流中保持燃烧的复杂性

高超声速导弹

可见，就目前而言，只有导弹可以完成高超声速飞行。这种水平的性能并不新鲜，大约80年前希特勒德国制造的A-4（V-2，及由其衍生的“瀑布”-2）弹道导弹就已实现接近5马赫速度。俄罗斯声称2022年3月、4月和5月用高超声速武器攻击了乌克兰的多个目标，西方消息来源指出，俄罗斯使用了Kh-47M2“匕首”空射近程弹道导弹（该导弹就是9K720“伊斯坎德尔”陆基导弹的一个版本，或根据北约分类的SS-26STONE导弹）。他们认为，“匕首”具有与陆基武器相同的推进系统和有效载荷。

虽然大多数弹道导弹可以加速到高超声速，但依然是沿着可预测的弹道飞行。新一代高超声速武器将高速与中后飞行段机动能力结合在一起。这使其能够飞得足够低，不按照可预测的轨迹飞行，并加速到高速，以避免被导弹防御装备击中。

高超声速滑翔器

现有的高超声速导弹主要有两种形式。较为简单的一种形式是在一个单级或多级火箭助推器上安装一个或多个无控式高超声速滑翔器（HypersonicGlide Vehicles， HGV）。第二种，也是更为复杂的一种武器是具有喷气式推进系统的高超声速巡航导弹（HypersonicCruise Missile， HCM）。

顾名思义，HGV的动力全部来自于火箭发动机传递的初始冲力。一旦冲力完结，HGV就开始转入滑行（滑翔）阶段。通常情况下，HGV在大约50km至100km以上高度从运载火箭上被抛射出去。在测定好准确的高度、速度和航迹角后，HGV在大气高层内滑行，直至到达其目标。

HGV的空气动力外形被制造成在稀薄大气层内实施机动的情况下，其所产生的升力等于或略大于其重量。由于受到迎面阻力的作用，其能量开始耗散，逐渐失去速度，飞行高度也缓慢下降，随着空气密度的增大便能够保持所需的升力。

如果需要达到极限飞行距离，可以在HGV上安装一个小型火箭发动机或其他推进系统。它们可以最大限度地减小迎面阻力造成的速度损失，并确保实现更高程度的定向或方向控制。在这些附加能力、增加的质量和滑翔器结构之间不可避免地要做出权衡。

根据西方信息源的说法，“俄罗斯‘先锋’滑翔装置可以说是此类系统达到高超声速飞行的一种最简单的方法”，也就是在现有的弹道导弹上安装一个或多个这样的装置作为有效载荷。据报道，“先锋”最初被命名为Yu-71和Yu-74，于2015年或2016年开始飞行测试。在早期测试中，该装置被安装在UR-100UTTH（SS-19Mod 3STILETTO）洲际弹道导弹上，从奥伦堡州的一个基地完成发射。2016年10月，从同一个发射场发射了R-36M2重型洲际弹道导弹（SS-18Mod 5SATAN）。据称这是第一次完全成功的测试。

图中：①发射；②助推级分离后进入太空；③滑翔装置分离；④滑翔装置朝目标方向飞行，实施大纵深机动——在数千千米内实施侧向机动和高度范围机动，这使滑翔器不易被任何反导和防空系统摧毁；⑤击中目标。

配置“先锋”滑翔装置的“萨尔马特”导弹系统

“先锋”滑翔器长5.4m，重约2000kg，可携带核弹头或常规弹头。它被用作UR-100UTTH、R-36M2和新型RS-28“萨尔马特”这几型洲际弹道导弹的分导式多弹头（MIRV）有效载荷。根据西方的推测，尽管“先锋”没有任何独立的推进系统，但它能够进行突然的水平和垂直规避机动。该滑翔器以大约20~27马赫的速度接近目标。

使用现有的弹道导弹作为HGV有效载荷的助推器可能是一种最简单的工程解决方案，它可以在必要时改造导弹使其发挥新的作用。朝鲜在2021年9月对一个高超声速有效载荷进行了飞行测试。据推测，它使用类似韩国HWASONG-12中程弹道导弹的缩短版发射。

审核编辑 ：李倩