3年前的10月1日,国产东风-17高超音速武器公开亮相,正式宣告新时代的到来。2022年3月18日,俄罗斯“匕首”高超音速武器,成功命中乌克兰西部地下弹药库,神秘的高超声速武器首次实战并取得战果。2022年5月16日,美国AGM-183A高超音速武器,终结之前连续3次失败的不堪历程,艰难获得首次成功测试,意味着美军在这一领域终于接近实用化。回顾这样一个过程,我们会发现,在中俄均已批量装备高超音速武器的情况下,美国居然至今依然没有正式列装类似武器,就连多个型号的试验都屡遭失败,难道美国真的在这一领域彻底落后中俄吗?
东风-17首次现身引发全球轰动
就中俄而言,中国发展的高超音速武器种类更为丰富,即使不算东风-26和东风-21D这两款特殊装备,正式服役的东风-17、东风-21也已经形成了完善的陆、海、空型号。相比之下,俄罗斯真正装备的高超音速武器,其实只有“匕首”,并且暂时只能由米格-31BM战斗机发射。其海基“锆石”虽然理论性能出色,并且在近期再次完成舰载发射试验,但距离真正服役尚需时日,实际仍处于在研状态。但无论如何,比起美国尚未装备任何同类武器的现状,中俄确实已经走在前面,但如果说这两个国家的高超音速武器水平都远超美国,却也并不准确。
俄罗斯“匕首”已经参加实战并摧毁了目标
作为一款进阶性装备,高超音速武器最广为人知的技术标准,是超过5马赫的飞行速度。美国AGM-183A发射成功后,美国空军发布的新闻通告,就特意标注其平均飞行速度超过5马赫,用以印证其特定身份。但实际上,这个指标并不是高超音速武器唯一的技术标准,无论是近、中、远程,还是洲际弹道导弹,平均飞行速度几乎就没有低于5马赫的情况,甚至超过10马赫也不少见。区区5马赫飞行速度根本不足以获得如此之多的关注,高超音速武器之所以在速度方面不如远程、洲际弹道导弹的情况下,被认为是新一代战略武器,更多的在于速度之外的优秀机动性。
美国空军B-52H轰炸机挂载AGM-183A
传统弹道导弹依靠火箭发动机推进,经不断加速冲出大气层后,在弹道顶点受地球引力影响下坠,重新进入大气层。在整个过程中,弹道导弹的飞行路径相对固定,即使号称具有机动能力的分导式弹头,实际上也只能在一个相对有限的范围内机动。此外,受近地层空气密度较大影响,弹道导弹在重新进入大气层后不仅速度逐渐降低,而且会在剧烈摩擦过程中被动加热,红外特征非常明显,很容易被防御方捕捉到。因此,洲际弹道导弹再入大气层时,速度虽然往往能达到20马赫以上,但由于其轨迹相对固定且红外特征明显,现代反导系统具备一定的拦截能力。
弹道导弹的飞行弹道相对固定,容易被预测和拦截
以美国导弹防御系统为例,从1999到2018年的20年中,一共利用“标准-3”完成了18次中段反导测试,其中8次成功,10次失败,成功率约为44%。这个数字距离大规模使用相去甚远,但随着技术的逐渐进步,未来的成功率会越来越高。不过,在反导系统真正达到可靠反制之前,任何弹道导弹都有很大几率突破美国防御系统,任何一枚装载核弹头的导弹,都会带来灾难性后果。这也就是美国将所有开发弹道导弹的非盟国视作眼中钉的主要原因。由于核武器使用存在很大局限,真正能作为常规武器使用的中近程弹道导弹,更容易被反导武器拦截。比如在俄乌战场上,俄军装备的S-300V系列反导系统,就多次成功拦截乌军发射的“圆点-U”近程弹道导弹。正是在这种因素的推动下,高超音速武器随之诞生。
被拦截的乌军“圆点-U”近程弹道导弹残骸
以突破现有拦截手段为目标的高超音速武器,在设计上除了追求较高飞行速度之外,还追求极高机动性以增加拦截难度。就目前来看,这种设计理念比较成功,无论是俄制“匕首”还是国产东风-17、鹰击-21,都被认为是现有防空、反导系统难以拦截的存在。但两者究竟超越现有拦截水平多少,未来随着技术进步,“矛与盾”的能力对比会如何演化,是直接关系到未来战争形态和技术发展路径的根本性问题。
两种导弹的飞行路径对比
东风-17应用的最典型技术,是“钱学森弹道”和乘波体弹头。前者的技术特点,就是火箭发动机将导弹推出大气层后,导弹再入大气层并抛掉弹头整流罩,从而在重返近地空间后,凭借乘波体弹头前缘激波产生升力,实现上下起伏的“打水漂”式机动前进,但这一过程会损失部分速度。这一技术不仅能够达到平均速度不低于5马赫的要求,还具备出色的机动性,从而有效突破对手拦截。总的来说,东风-17这类高超音速武器,是将之前弹道导弹的圆弧形飞行轨迹,改变成“助推-滑翔”模式,以保证在近地空间的机动性,形象解释就是“化速度为机动”。
东风-17的“打水漂”式机动
不过,实现这套“助推-滑翔”模式的途径,并非只有“钱学森弹道”,其实还有技术水平更高,也更加难以拦截的“桑格尔弹道”。只不过后者的控制难度更大,如今还难以使用,因此让位于更加现实,也更加强调滑翔阶段稳定性的“钱学森弹道”。随着未来的技术进步,这种“助推-滑翔”模式在飞行弹道、乘波体弹头等领域,还有很大的进步空间。对于东风-17来说,这意味着不仅现有状态在短时间内难以拦截,而且未来还能将衍生出一系列技术水平更高的改进型号,实现国产高超音速武器的持续迭代和家族式发展。
导弹导弹与反导系统的矛盾之争日趋激烈
相比之下,俄制“匕首”、国产鹰击-21虽然也被称作高超音速武器,但其技术路线与东风-17存在很大差距。以俄制“匕首”为例,在点火发射后,先抛掉尾部整流罩(降低飞行阻力),然后点火急速冲出大气层,至弹道顶点之后重返大气层。由于其弹头是常规构型,因此无法利用近地空间激波反复跃升,实际上只能通过尾舵将弹体拉起以形成飞行迎角。在又一次拉高后,以俯冲姿态飞向目标,并凭借双锥体轴对称设计强化末段机动能力,从而有效攻击水面舰艇一类的移动目标。
俄制“匕首”与东风-17是两个完全不同的技术路线
简单来说,东风-17的滑翔阶段是在近地空间反复跳跃飞行,弹道类似打水漂,而“匕首”则仅有1-2次上下跳跃,形成“M”形弹道。后者的飞行弹道实际上与其技术原型,即俄制“伊斯坎德尔M”近程弹道导弹非常接近,只是凭借载机赋予的速度、高度而拥有更出色的作战效能,尤其是其攻击水面舰艇的能力令其名声大噪。但从技术本身来说,“匕首”实际上只能算作刚刚踏入高超音速武器门槛的过渡型装备,其拦截难度远没有东风-17那么大,并且进一步改进潜力也比较有限。
“匕首”的技术原型“伊斯坎德尔M”近程弹道导弹
至于国产鹰击-21,其技术水平实际上与“匕首”并没有本质区别。只不过由轰-6N搭载的空基型鹰击-21弹体明显加长,因此即便轰-6N无法实现米格-31BM战斗机20千米作战高度和2.8马赫飞行速度的性能优势,但鹰击-21的射程依然要高于“匕首”。国内之所以在东风-17装备多年之后,转而开发技术水平更“平庸”的鹰击-21,是因为面临严峻的海上威胁。很有意思的是,俄罗斯之所以花大力气发展“匕首”,其实也出于相似的原因。
装备鹰击-21的轰-6N
中国海军舰艇在2010年之后出现井喷式发展,先后服役了2艘6万吨级航母和6艘055型万吨驱逐舰。以其为核心组建的航母编队,也多次突破岛链进入太平洋深海训练,并形成了颇具威慑的实战能力。比如说,001型辽宁舰在5月初率队出航的20多天时间里,起降舰载机超过300架次,一度震动日本朝野,被认为达到了现役滑跃型航母的最高水平。但遗憾的是,平均每日出动15架的数据,与美国海军大甲板弹射型航母仍然存在巨大差距。在30年前的海湾战争中,美国海军航母就创造了单日最高105架次的舰载机出动率,6艘航母在战争期间的平均每日舰载机出动率超过85架次。
因此,在现阶段想要依靠滑跃型航母去抗衡美国海军航母打击群,在数量和质量上都是不太现实的。而新一代弹射型航母虽然发展顺利,但距离服役仍需要数年之久,必须另辟蹊径以求解决办法,而首先出现的新型装备就是鹰击-21。
多种弹道导弹打造的“区域拒止”体系应对海上巨大威胁
2015年7月,国产东风-26、东风-21D反舰弹道导弹横空出世,开创反航母作战新的纪元。但这两款战略武器在性能超群的同时,却也存在活动范围受限于陆地的问题,虽然形成了近海反航母防御圈,却难以支持海军真正走向远海。而在东风-21D基础上进化而来,能够被055型万吨驱逐舰和轰-6N装载的鹰击-21,彻底摆脱了这个限制,能够在更广阔的海洋和空中对美国海军航母形成威慑,不仅机动性更强,而且一定程度上具备了主动进攻、先发制人的能力。
此外,我国之所以在东风-21D基础上发展空基、舰载型号,而不是以东风-17为技术原型,是因为后者出色的机动能力尽管获得了难以被拦截的特性,但也带来了技术控制难度更大的新问题,用于打击地面静止目标时能力尚可,用来针对海上移动目标就难免有力未逮。
055携载鹰击-21大大提升了海上反航母能力
至于俄罗斯,其海上力量在最近二十年迅速衰落,继承自苏联海军的大型水面舰艇服役时间超长且战斗力有限,实际上已经沦为一支中近海作战力量。在这种情况下,俄海军比我们更需要一款优秀的反舰装备,用来应对美国海军航母打击群,这种需求最终造就了“匕首”与米格-31BM战斗机的组合。不过,俄罗斯也深知“匕首”的技术路线存在不小的局限,因此有花费大量资源开发舰载“锆石”高超音速武器。这种武器的技术水平不比东风-17低,未来战术应用更加有效和广泛,只不过俄罗斯未必能真正走得通。
“锆石”高超音速武器发射
俄制“锆石”和美制AGM-183A相比,虽然技术细节和搭载平台不同,但同属超燃发动机技术路线,是真正性能达标的高超音速武器。从表面上来看,AGM-183A在近两年的试验中3败1胜,成绩非常尴尬,而“锆石”在2017年就完成了首次试验,并且之后一直屡战屡胜,与AGM-183A形成了鲜明对比。但技术上的问题,远非外界看得那样肤浅。
所谓超燃发动机,是指当飞行器飞行速度超过5马赫之后,过去使用的亚燃冲压发动机已经无法继续稳定工作,需要将进入燃烧室的气流压缩成超音速,以保证冲压发动机正常工作,因此这种动力的全称应该是超音速燃烧冲压发动机。由于燃烧室的长度有限(一般不超过1000毫米),使得超音速气流的通过时间以毫秒为单位的。在如此短的时间内,将超音速气流与燃料充分混合并燃烧做功,难度可想而知。
AGM-183A试验表现不好主要原因还是技术过于超前
美国军队并没有面临严重的海上威胁,以10万吨级核动力航母编队为核心的海上力量足以保证基本需求,因此缺乏发展“匕首”、鹰击-21这类新锐装备的动力。美军最终选择在超燃发动机领域发力,以求在突破后实现对中俄的反超,也符合美国军队一贯心高气傲的行事方式。但超燃发动机的技术路线实在过于艰难,给现有科技带来了巨大挑战,很多时候令美国陷入进退两难的境地,最终不得不一次次追加投入,至今仍然没有实质性结果。
而俄罗斯“锆石”看似进展顺利,但具体性能仍是其一家之言。从之前苏-35S战斗机搭载的“雪豹-E”无源相控阵雷达、S-500反导系统等多次经验来看,俄方有关装备性能的说法往往过分夸大,真实性能要大打折扣。况且就公布的“锆石”发射视频和飞行数据来看,其超燃发动机工作时间非常不稳定,理论最大9马赫飞行速度广受质疑,距离真正实用还有很长一段距离。
超燃冲压发动机距离实用化还有差距
在现有三条高超音速武器技术路线中,弹道导弹改造的技术难度最低,但效果也最差。东风-17的固体火箭发动机加乘波体弹头路线,是现阶段的最优解,但对于乘波体弹头和“钱学森弹道”领域的控制水平要求极高,属于轻发动机而重弹头机动控制的典型。我国在这一领域暂时领先于美国和俄罗斯,因此列装了至今仍然未逢敌手的东风-17。
“锆石”和AGM-183A,是美俄在其控制技术有限的情况下,更强调发动机性能优势的技术路线,属于典型的重发动机而轻弹头机动的设计。但受制于现有科技水平,超燃发动机虽然看似比东风-17的技术路线更加光明,但距离真正投入使用还需要3-5年的时间。
东风-17至今仍然未逢对手
此外,我国虽然先后推出了东风-17和鹰击-21,但在超燃发动机领域也有很大进展。2020年,由多家科研单位集中放出的超燃发动机相关研究论文,被认为是国内取得重大突破的标志。鹰击-21现身之前,外界对这款战略装备的存在几乎一无所知,如今国产超燃发动机究竟发展到什么水平,比起“锆石”和AGM-183A究竟如何,都还需要等待官方公布相关消息。唯一可以确认的是,东风-17实际上依然是全球高超音速武器的最强者,以其为基础完善乘波体弹头技术,日后也将成为超燃发动机路线的高超武器的重要基础,并最终推动国产军事装备翻开新的一页。