今日微信推荐

今日微博推荐

来自美利坚的爱

发布时间:2017-10-28  原作者:晨枫   点击数:

原创不易 认可价值 转载请务必注明作者 以及来自空军之翼

  第二梯队包括澳大利亚、法国、欧盟、日本、印度。澳大利亚的昆士兰大学与美国军方紧密合作,在超燃冲压研究方面居世界前列,但澳大利亚并没有独立的高超音速研究项目。法国当然是欧盟的一部分,但法国与俄罗斯联合研发的超燃冲压技术独立于欧盟之外,法国的独立研发则缺乏进展。印度的高超音速研究也围绕与俄罗斯的合作,这是“布拉莫斯”超音速反舰导弹的继续,但M4-5的速度级略低于通常定义的高超音速,所以也有人把这定义为深超音速(high supersonic)而不是高超音速(hypersonic)。除了象征性的技术转移和合作生产,印度不仅缺乏高超音速的核心技术,也缺乏自主研发能力。欧盟的高超音速研究并未应为英国脱欧而停止,比较特别的是,这以欧盟-日本联合研究为特点,重点是并无近期应用前景的高超音速客机。总的来说,第二梯队的高超音速研究高度依赖于第一梯队,而相对独立的欧盟-日本的研究则缺乏进展。

  第三梯队包括巴西、加拿大、以色列、伊朗、新加坡、韩国、巴基斯坦等,但大多局限于大学和科研机构的纯学术研究,理论水平都有限,实用水平更加差强人意。

  显然,第二梯队和第三梯队都离实用化有可观的距离,但缺乏反扩散措施的制约的话,即使不至于得到第一梯队的技术援助直接跨越实用化门槛,也可能直接得到成品化的高超音速武器系统。一般认为,关上高超音速武器扩散的大门只有10年时间了。

  显然,任何高超音速武器军备控制首先要在美国、俄罗斯和中国之间取得一致,但即使达成了三边协议,高超音速武器的防扩散依然很困难,原因有很多:

  1. 科学不是巫术,世界上已经有很多大学、机构、公司投入了高超音速方面的研究,学术研究是无法禁止的

  2. 已经存在大量的、公开的高超音速的学术研究成果,这也是不可能再保密的

  3. 高超音速在本质上是可以军民两用的,民用高超音速研究和国际合作是无法禁止的

  4. 民用高超音速技术合作不一定可以直接转为军用,但毕竟大大降低了“圈外国家”军用高超音速的准入门槛

  5. 自主的军用高超音速研究也是无法禁止的,未加入协议的国家如法国和印度也可能成为扩散的来源

  在内容方面,防止高超音速武器扩散的条约也费思量。禁止高超音速武器是不现实的,核武器和导弹武器就是前车之鉴。已经拥有待禁武器的国家算圈内人,要将尚不拥有待禁武器的门槛国家永远挡在圈外,后者必然要求可观的“赎买金”。在核扩散方面,有禁止核扩散条约(简称NPT);在导弹技术禁止扩散方面,有导弹技术控制机制(简称MTCR)。NPT成员有权要求得到和平利用原子能方面的技术合作,MTCR成员有权要求得到和平开发空间方面的技术合作。

  有一个思路是像禁止核试验条约一样,禁止高超音速武器试验。这样,至少在理论上,所有国家都将成为“圈外人”。但在美国、俄罗斯、中国都已经在武器化的门槛的时刻,要求三国禁止高超音速武器试验和武器化几乎是不可能的。

  在三国之间促进互信也不解决问题,即使三国之间同意互相通报高超音速武器试验和接受对研究、试验设施的互相核查,依然对防止高超音速武器扩散没有直接作用。

  任何美国、俄罗斯和中国之间高超音速武器防扩散协议说白了就是美国说服俄罗斯和中国加入协议,但高超音速武器防扩散确实对俄罗斯和中国也是有利的。如果日本获得高超音速武器,以东京为圆心,1000公里半径还对中国(除图们江出海口附近一小块地方)没有多大威胁,2000公里半径内将覆盖中国东北大部和北京到上海的东部沿海,3000公里半径内则覆盖西安到广州以东的大部分经济发达地区。对于印度来说,以新德里为圆心,1000公里半径只对西藏部分地区有威胁,2000公里半径内将覆盖南疆、青海、川西到云南的西部地区,3000公里半径则可以覆盖西安到南宁以西的半个中国。对于俄罗斯来说,如果波兰获得高超音速武器,以华沙为圆心的话,1000公里半径还只覆盖波罗的海、白俄罗斯到乌克兰的边境地区,2000公里则把科拉半岛、莫斯科到高加索的俄罗斯最发达地区差不多一网打尽了,3000公里半径则延伸到乌拉尔到中亚,除了远东和部分西西伯利亚,俄罗斯连后方都不保了。以各个首都为圆心只是便于讨论而已,实际部署的机动余地很大,比如日本在冲绳部署1000公里射程的高超音速武器的话,从大连到上海的弧形都将在射程之内。

  高超音速武器防扩散的最有希望的途径是加固技术壁垒,利用高超音速的技术难度,从技术禁运入手,阻止扩散。

  首先是热防护难关。气动生热与速度、空气密度、飞行器直径和飞行时间有关。弹道导弹再入也有热防护问题,但典型弹道导弹有至少80%的时间在大气层外,除去在助推段的时间,真正有热防护问题的只有几十秒时间。再入弹头多用大直径的钝头,可以用激波导热降低气动生热问题。

  HGV与弹道导弹相反,尤其是再入后一直在大气层内滑翔的HGV,至少有80%的时间在大气层内飞行,有的HGV甚至在大气层内释放,全程在大气层内飞行。HCM则肯定是全程在大气层内飞行的。HGV和HCM的速度或许不及再入弹头,但飞行时间要长得多,短则几分钟,长则几十分钟。在气动外形上,HGV和HCM也不宜用钝头。钝头产生激波是用阻力换热防护。再入弹头无所谓阻力问题,但HGV和HCM就要考虑阻力问题了,通常采用更加扁平、尖锐的外形,热应力大大集中,加上长得多的飞行时间,热防护挑战要严峻得多。

  高温环境还对光电视窗、雷达罩是严峻的考验,高热产生的飞行器周围的等离子体还会影响通信和导航,这和飞船再入时的黑障是一个道理。

  在飞控方面,高超音速的气动应力和热应力也使得飞行器结构发生扭曲和变形,扁平、尖锐结构尤其容易受此影响,迫使飞控系统必须对结构形变自适应。也就是说,控制律必须对不断变化的飞行器动态特性实时辨识、实时补偿。如果采用热蚀材料在挥发中散热以达到热防护,飞控还必须对表面的形状、尺寸甚至平整度的改变进行自适应补偿,在M5以上的超高速条件下,细微的气动外形变化都带来很大的气动特性变化,传统的固定控制律无法做到及时、精确的补偿,容易造成失控。

  HCM的超燃冲压推进是世界性的前沿课题,需要用火箭和亚燃冲压加速到M4.8,然后转入超燃冲压,进一步加速到M6以上。超燃冲压的燃烧控制相当于在爆炸气浪中点火。燃烧室内达到特高温,燃烧之间在毫秒级,碳氢燃料必须降解到简单分子(如甲烷、乙烷、氢)才能可靠燃烧。这降解过程是吸热的,正好用来为燃烧室降温。但为了控制降解过程,需要在燃料管路和燃烧室壁面涂覆催化剂。速度达到M8以上后,只有液氢才能可靠燃烧,并有效降温,但液氢的储运和使用又是一大堆问题。

  高超音速飞行器的设计还在摸索阶段,现有理论很不完善,实验手段更是有限。高超音速风洞不仅尺寸小、速度低,还有工作时间段的局限,通常是秒级甚至亚秒级。自由飞试验以火箭助推为主,在试验时间、速度稳定性等方面都很局限。超级计算机徒有计算速度,但缺乏实验数据校验的话,计算结果是非常不可靠的。

  高超音速研究还需要强大的经济实力支撑,这也不是很多国家能轻易做到的,除非能得到第一梯队的技术支援而抄近路。

  由于技术和经济壁垒,技术禁运可以有效地高超音速武器的扩散。美国提议分级禁运清单,一级禁运清单覆盖军用高超音速技术,针对M5以上、300公里以上的武器,包括:

  1. 完整的HGV

  2. 完整的HCM

  3. HGV和HCM的弹头技术(保险、引信、释放等)

  M5是高超音速的入门速度,300公里是MTCR的门槛射程。M5以下的速度虽高,但技术门槛在M5,难度跃变式上升。300公里是国际上普遍接受的进攻性武器射程门槛,用于高超音速武器防扩散正好方便。应该注意的是,射程规定对HCM更有用,对HGV不大好办,因为HGV的射程由释放速度、高度和航迹角决定,实际上无法限制。如果纳入MTCR框架的话,HGV不能归并到再入弹头里,因为HGV可能全程在大气层内,算作再入弹头就可以避开限制了。另一个问题是弹头重量,MTCR规定500公斤以上的弹头,但无弹头的HGV和HCM可以用动能造成毁伤,必须堵上这个漏洞。

  二级禁运清单针对双重用途技术,同样以M5为界,包括:

  1. 超燃冲压

  2. 专用碳氢燃料

  3. 耐高温材料和热防护

  4. 传感器、导航、通信、制导

  5. 飞行控制

  6. 设计工具(包括高超音速飞行测试数据)

  7. 地面仿真和测试设施

  这些条款要整合进MTCR并不难,甚至可算是自然扩充,问题是中国不是MTCR签署国,现在也无意加入MTCR,尽管中国承诺遵守MTCR的规定。所以单纯把高超音速武器防扩散加入MTCR是不够的。俄罗斯是签署国,但是在叶利钦时代签署的。要是放在现在的美俄政治气氛下,普京是否有意合作,签署加入,就难说了。同理,要扩充MTCR不是美国说了算的,要签约国都同意,俄罗斯未必会自动同意。要是高超音速武器防扩散协议独立在MTCR之外,那还有与MTCR理清关系要的问题,还有法国、印度这样的第二梯队国家如何约束的问题。

  美利坚在秀爱情,中俄会接这个绣球吗?这是一个问题。

最新评论

欢迎广大航空迷投递稿件,内容可以是飞行器介绍、航空史、战史、航空趣闻、飞行器细品图片、与航空有关的文章都可以投稿。

投稿信箱:
arm007@vip.sina.com
afwing@gmail.com

扫一扫关注空军之翼微信