2020年6月10日,世界權威的軍事工業媒體《簡氏防務週刊》發表了一篇報道,關注中國高超聲速導彈項目的一個最新消息——中國研製的最新超燃衝壓發動機試驗機持續工作600秒,《簡氏》認為這是“中國高超聲速武器項目開發計劃的重要進展”。
超燃衝壓發動機是高超聲速飛行器的一項關鍵核心技術,它可以為以超過5馬赫的高速飛行的導彈和飛機提供動力。
《簡氏》認為中國目前擁有項目繁多、非常廣泛的高超聲速研究項目和計劃,涉及到很多科研機構,並在基礎研製和試驗設施上進行了大量投資,譬如世界上第一台能夠模擬高達25馬赫高速飛行試驗條件的高超聲速風洞。
早在2018年8月,中國就測試了一種名為“星空”-2的動力高超聲速飛行器,它使用火箭發動機垂直髮射,助推器與有效載荷分離後,其自身的推進系統開始工作並提供動力,飛行速度接近6馬赫。
星空-2高超聲速試驗飛行器
而在2019年10月舉行的國慶70週年閲兵式上,中國人民解放軍已經首次展示了已服役的高超聲速導彈——“東風”-17,它使用固體燃料火箭作為助推器,在上升高點與有效載荷分離,然後高超聲速滑翔彈頭載荷將以高超聲速及可控的滑翔彈道飛行命中目標,其彈道與傳統的彈道導彈完全不同。
高超聲速滑翔彈頭(HGV)的飛行包線範圍取決於發射軌跡的頂點,而如果能夠設計一種高超聲速巡航導彈,採用全新的高超聲速發動機提供動力,那麼它的飛行將比高超聲速滑翔機動彈頭更為靈活,機動能力更強,還能實現更遠的射程。
由於目前超燃衝壓發動機的研製難度極大,成為了戰術級高超聲速導彈的頭號攔路虎,所以為了躲過這一關鍵技術,儘早實現高超聲速武器的實用化和列裝,世界幾個主要的航空航天強國都採用了“替代性”手段,即先用火箭發動機“頂着”,俄羅斯的“匕首”、中國的“東風”-17、都用的是火箭發動機。
超燃衝壓發動機的結構示意圖
然而吸氣式戰術高超聲速導彈的吸引力畢竟極大——比起火箭發動機的戰術高超聲速導彈,它射程遠(可達數千千米,是火箭發動機型高超聲速導彈的好幾倍),飛行軌跡機動靈活(吸氣式高超聲速導彈完全可以跟戰術飛機一樣機動,而不是採用滑翔機動彈道),重量輕、體積小(比目前的火箭發動機型高超聲速導彈可以做的更輕、更小,由更多型號的載機攜帶,戰術用途廣得多)。因而世界各國,包括俄羅斯、美國和中國,都在積極研究吸氣式高超聲速導彈,而這種導彈的核心,公認就是“超燃衝壓發動機”。
此前,美國公認是在超燃衝壓發動機領域技術的最強者。其研製的試驗型超燃衝壓發動機在X-51A技術驗證機上進行飛行試驗,原本計劃工作300秒。2010年5月26日,在15000米的高空中,X-51A驗證機從B-52轟炸機翼下分離,在火箭助推器助推幫助下X-51A迅速加速,隨後火箭分離,在4.8馬赫的空速下超燃衝壓發動機成功啓動,在最初的15秒內,X-51A驗證機飛行正常,並開始逐步加速,發動機工作性能明顯優於預期效果,在大約持續飛行65秒後,遙測數據顯示飛機出現異常,發動機後艙温度明顯升高,加速度開始下降,在超燃發動機持續工作143秒後,遙測信號中斷,原本計劃飛行300秒,加速到6馬赫的預期計劃隨着飛行提前終止而落空。1年後的2011年6月13日,X-51A進行第二次飛行試驗。火箭助推進器成功將X-51推到5倍聲速的速度,超燃衝壓發動機的乙烯開始噴注點火。但隨後轉而使用JP-7常規燃料時,進氣道未能啓動持續燃燒。工作人員嘗試重啓恢復,但仍未成功,最後在操作人員的控制下,飛行器墜入大海。第三次情況似乎比第二次還糟糕,X-51A剛剛發射第16秒就出現故障,前15秒由助推火箭為其加速到4倍聲速,助推火箭與其成功分離後飛行器自身便失去控制,發動機卻無法成功起動點火,導致試飛失敗。2013年,5月1日,X-51A終於在飛行測試中創造了其發動機工作時間最長紀錄——210秒。
在B-52H上進行掛載試驗的X-51A
四次試飛,兩次超燃衝壓發動機均未能點火,一次工作143秒,一次210秒,這就是X-51A在下馬前取得的成績。
至於俄羅斯,其近年來在超燃衝壓發動機技術領域也取得了一定進展,據透露,格羅莫夫試飛院的GLL-31試驗飛行器,在上世紀末的飛行試驗中就已經做到了超燃衝壓發動機持續工作50秒;由中央發動機研究院等研製的亞/超燃衝壓雙模發動機的點火時間,在21世紀初就已經達到了50~60秒,現在則時間更長,應該也能達到X-51A的水平。
而根據《簡氏防務週刊》報道,中國科學院力學所的研究團隊,在發動機地面試驗中,新型超燃衝壓發動機取得了持續工作600秒的好成績。那麼這個600秒的成績,跟俄羅斯和美國比起來,究竟處於什麼樣的水平呢?有很多所謂軍事自媒體,直接拿600秒和美國X-51A的210秒作比較,吹出“中國超燃衝壓發動機世界第一”。實際上這是一個誤讀。必須強調,X-51A的持續工作時間紀錄,是在飛行試驗中取得的,而中國團隊的600秒,則是在發動機地面試驗中獲得的,兩者的試驗環境和條件截然不同,不能拿來直接比較。而如果論難度和複雜程度,則以X-51A的飛行試驗為更難,因為空中飛行試驗中,發動機的工作條件受到裝機發動機飛行控制姿態、實際複雜環境等的高難度考驗,光超燃衝壓發動機空中起動開車這一條,就比地面試車環境要難得多,雖然地面試車中也努力模擬實際飛行工作環境條件,但畢竟不能與實際空中飛行試驗相比。所以應該説X-51A空中210秒的工作時間,含金量十足。拿地面試驗的600秒與之直接相比,並不公平。
然而,中國超燃衝壓發動機取得的600秒地面試車紀錄,是不是在美俄100秒級別以上的飛行試驗數據面前就毫無價值呢?也不是。目前世界在研和在試驗的超燃衝壓發動機,大部分在地面試驗中,一次開車也就是開幾秒到幾十秒,超過100秒級別的試車時間鳳毛麟角。譬如美國空軍實驗室與阿諾德公司、諾格公司(必須強調諾格公司是美國超燃衝壓發動機領域公認實力最強,技術力量最雄厚的公司,美軍目前正在研發的幾個吸氣式導彈項目,動力系統都由諾格牽頭研發)聯手進行的中等尺寸超燃衝壓發動機關鍵部件MSCC項目試驗,一輪地面試驗長達9個月時間,在這整整9個月裏,超燃衝壓發動機試驗機的地面試車累積時間也僅僅只是超過30分鐘,即1800秒而已。雖然美方沒有公佈試驗中最長的一次試車時間,但恐怕很難超過600秒。由此可見,600秒的試車成績,已經足以與美國並駕齊驅甚至在某些方面稍稍領先,中國超燃衝壓發動機研製,已經達到了世界領先水平!
目前,吸氣式戰術高超聲速導彈,已經成為高超聲速武器領域競爭最為激烈的的領域,美國、俄羅斯、中國呈三強並列局面,各有所長,都在盡力爭取早日徹底實現超燃衝壓發動機的研發成功和定型,將吸氣式高超聲速導彈投入實用。最終誰會第一個撞線?我們不妨拭目以待。