導讀
新世紀之初,由於美國戰略的全球擴張,美軍對於全球目標的快速反應需求強烈。因此,美國國防部推出了“常規快速全球打擊”(CPGS)項目,目標是研究從美國本土發射、能在1小時內攻擊全球任何目標的常規戰略武器。2010年後,面對俄羅斯在高超聲速武器方面的快速突破,美國加快了高超聲速武器發展。2014年,美國國防部正式將CPGS主導權交給美國海軍,不久改名為“常規快速打擊”(CPS)項目,開始實用化武器設計。
前期研究
2000年左右,為響應美國國防部提出的CPGS項目,美國各軍種都啓動了不同的高超聲速武器研製項目:DARPA和空軍聯合啓動了FALCON“獵鷹”計劃,計劃通過一系列高超聲速技術飛行器(HTVs)研究高超聲速巡航飛行器飛行中的關鍵技術;美國陸軍和空軍則啓動了另一個類似的項目,稱為先進超高聲速武器(AHW),目標是發展一種攻擊距離約6000km、飛行時間在35min以內、圓周誤差半徑小於10m的高超聲速常規精確武器。
2008年,美國防部對CPGS項目進行了重大調整:(1)項目目標由裝備研製變更為技術驗證;(2)項目由國防部長辦公廳統一管理,避免各軍種重複建設;(3)除了空軍和海軍外,項目也納入了陸軍,並組建了由軍方、國家重點實驗室和高校等在內的國家級科研團隊,共同開展技術攻關。調整之後的CPGS項目在國防部直接領導下重點支持了兩大技術方案:(1)DARPA和空軍牽頭的HTV-2方案;(2)陸軍牽頭的AHW方案。
1)HTV
HTV採用升力體機身,HTV-1的升阻比約2.5,HTV-2增至3.5~4(之後實際試飛的HTV-2約為2.6),兩者都由火箭從地面發射升空,其中HTV-2的飛行速率高達21000km/h。HTV-1原定在2007年9月試飛,但遭到取消,DARPA和空軍轉而直接專注於發展下一階段的HTV-2。
HTV-2氣動外形及主要性能特點如下。
HTV-2
按照設計,當HTV-2發射時,HTV-2會被助推器助推到約120公里的高空,速度加速到25馬赫。然後HTV-2與助推器分離,載入大氣層,在30~100km的臨近空間作無動力的高超聲速滑翔飛行,其典型飛行軌跡如下圖所示:
HTV-2的典型飛行軌跡
2010年4月22日,HTV-2進行第一次試射。在飛行約9分鐘後,HTV-2與地面失去聯繫,試飛失敗,DARPA只收集到了部分的試驗數據。DARPA的工程評估委員會在隨後的聲明中説,飛行器順利與助推器分離,但是在隨後的飛行過程中出現“超出飛行器上自動飛行系統控制能力範圍的劇烈滾轉”,飛行終止系統啓動了自毀系統。
經歷過第一次飛行失敗後,技術人員對HTV-2的重心配置進行了重新調整,並增強了飛行器的RCS主動控制系統。2011年8月11日,HTV-2進行了第二次飛行試驗,飛行器成功地實現與助推器的分離並進入滑翔飛行階段,但是隨後飛行器再次與地面失去聯繫。調查顯示,HTV-2分離時的高温使得飛行器部分外皮脱落,這可能是此次失控的原因。
在經歷了HTV-2方案連續兩次試飛失敗後,美國防部將AHW方案列為首選方案,並實際劃撥了整個項目的絕大部分經費給AHW項目。
2)AHW
AHW項目意在驗證一種在35分鐘內打擊6000千米外目標的常規快速打擊技術,打擊精度在10米以內。AHW項目採用一種雙錐體高超聲速載入飛行器,按“+”或“X”佈局裝有四片大後掠角固定翼,固定翼的末端各有一個空氣舵面。
AHW的運載器則採用了成熟的“戰略靶標系統(Strategic Target System,縮寫為STARS)”,這是一種由“北極星”A3潛射彈道導彈加一個orbus-1固體上面級構成的三級固體靶彈。
AHW雙錐體高超聲速再入飛行器
2011年11月,AHW進行了首次試射,AHW在與戰略靶標系統分離後,成功再入大氣層並順利進入高超聲速滑翔飛行狀態,按預定計劃擊中了里根測試場的預定位置。此次測試用於蒐集高超聲速助推滑翔技術數據並測試遠程大氣層飛行的射程性能。
AHW首次飛行試驗彈道,可見其具備一定橫向機動能力
2014年8月,AHW進行了第二次試射,相比首次試飛,第二次試飛不但更加關注精度,而且還大幅增加了飛行距離。按照計劃,AHW將在不到一小時內飛行6300千米,撞擊設定在南太平洋美國陸軍誇賈林環礁里根試驗場的目標區,該距離比第一次試飛的3700千米增加了約70%。
但是,在試飛時,AHW在發射僅4秒後就爆炸自毀。據推測,可能是由於助推火箭控制部件故障導致飛行姿態失去控制,4秒後地面控制人員下達自毀命令。
2014年,美國海軍戰略系統項目辦公室(SSP)正式接過CPGS項目的主導權(注:該調整與AHW第二次試飛成敗與否無關),啓動“常規快速打擊”(CPS)項目(又名中程常規快速打擊項目,IRCPS)。
IRCPS項目旨在以AHW方案為基礎,充分吸收此前多次飛行試驗的技術成果,結合海軍潛基部署需求,瞄準潛射型中程高超聲速助推滑翔導彈這一型號背景,開展需求分析、方案論證和關鍵技術攻關及驗證等科研工作。
CPS項目概述
CPS導彈想象圖
目前CPS項目具體性能指標尚未披露,不過可根據已有信息進行部分推測。CPS主要性能預測情況如下表所示:
CPS項目採用的C-HGB是由桑迪亞國家實驗室開發的通用助推滑翔武器,由導彈發射到高空,然後以很高的速度滑翔下來。C-HGB採用帶有小翼的圓錐形外形,由合金材料和複合材料構成。
C-HGB由一個鋰離子執行器電池、兩個鋰離子電池和五個鎳錳氫化物電池供電,推進劑為高壓氮氣,其他設備包括無線發射器、小型爆炸裝置、精確制導裝置等。C-HGB高超聲速彈頭作為一個整體,正被集成到美國三軍(陸軍、空軍和海軍)的多項在研超高聲速武器系統中。
美國陸軍“遠程高超聲速武器”(LRHW)項目採用的C-HGB
按照設計,CPS導彈將配裝在“俄亥俄”級巡航導彈核潛艇和“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇的“弗吉尼亞級有效載荷模塊”(VPM)上(如下圖所示)。該模塊長25.6米,將“插入”艇體中部,帶有4個大直徑有效載荷發射管,可裝入“戰術戰斧”潛射巡航導彈(每個發射筒可裝入7枚),或CPS導彈,以及其他可布放的有效載荷。
弗吉尼亞級有效載荷模塊(VPM)
項目發展
2017年10月,SSP成功進行“常規快速打擊”(CPS)首次海基常規快速打擊武器飛行試驗(CPS FE-1),試驗飛行器從太平洋導彈靶場發射,目標區域為位於馬紹爾羣島共和國的美國陸軍誇賈林環礁靶場,飛行距離約4000千米。
此次試驗中採用了陸軍AHW項目第1次試飛完全一樣的助推器,飛行軌跡、時間,包括三個助推火箭級的濺落點等細節也與AHW項目第1次試飛高度雷同。
CPS FE-1試驗主要驗證高超聲速滑翔飛行器升級的飛控軟件和制導算法、先進航電、子系統小型化以及可製造性等關鍵技術。
2018年10月,SSP發佈公告,徵集潛在常規快速打擊武器系統的承包商。美國2018財年國防預算設定了快速發展海軍CPS武器系統(WS)並發展作戰原型機的目標,以集成到海基發射平台並進行部署,滿足國家緊迫需求。海軍CPS WS將包括以下主要子系統:
2019年1月22日,美國海軍航空系統司令部在聯邦商機網發佈了關於升級和重新設計位於加利福尼亞州中國湖的發射測試綜合體(Launch Test Complex)的徵詢公告,尋求潛在承包商,旨在為“常規快速打擊”(CPS)計劃提供高超聲速試驗條件。
2019年8月,Dynetics公司贏得了3.516億美元的合同,為美國陸軍和海軍制造至少20個C-HGB,之後Dynetics公司將C-HGB部分組件合同轉包給美國通用原子電磁系統公司(GA-EMS),GA-EMS將提供電纜、電氣和機械部件。這份合同使用了“其他交易管理”(OTA)方式,可繞過大部分採購官僚機構,並更快地向部隊提供武器。
2020年2月,據美國海軍2021財年預算申請文件中披露,美國海軍計劃將CPS導彈部署在帶有“弗吉尼亞有效載荷模塊”(VPM)的弗吉尼亞級潛艇上,並且還對其CPS項目高超聲速潛射導彈的部署時間進行了調整,從原計劃的2023年形成戰鬥力推遲到了2028年,該導彈將於2028財年形成初始作戰能力。
“弗吉尼亞”級BLOCK V型模型
另外,美國海軍在2021財年預算申請中還提出在2022財年至2025財年間將開展六次關鍵飛行試驗。其中,2022財年將開展第一次整彈演示驗證,即“聯合飛行活動1”(JFC-1)以及進行第一次研製性飛行試驗(DF-1),2023財年開展的第二次研製性飛行試驗(DF-2)將評估“船體外”武器系統集成。
隨後,2023財年末和2024財年初還將開展兩次試驗性飛行。2025財年將開展兩次導彈性能評估,以評估高超聲速導彈與潛艇的集成性。
小結
美國高超聲速武器發展較早,發展速度卻相對較慢,結果先發後至,和俄羅斯差距較大。但是,由於美國資金、技術積澱雄厚,隨着美國對高超聲速武器的重視以及中導條約終止後的制約解除,美國高超聲速武器即將進入高速發展期。我國作為後發大國,美國高超聲速武器發展思路和經驗值得深思。