“乘波體”高超音速飛行器牛在哪里

本報特約記者　李強 本報記者 劉揚

8月3日，中國航天空氣動力技術研究院微信公眾號發布消息稱，該院于當日完成“國內第一乘波體”的飛行試驗。消息引發廣泛關注，有不少人對“乘波體”是一種什么樣的飛行器充滿好奇？它和傳統高超音速飛行器相比有什么優勢？該技術應用前景又如何呢？

“國內第一乘波體”完成試射

中國航天空氣動力技術研究院的消息稱，該院研制的“星空-2”火箭于3日6時41分發射升空，經過近10分鐘飛行，火箭完成主動段轉彎、拋罩/級間分離、試飛器釋放自主飛行、彈道大機動轉彎等動作，按預定彈道進入落區。試飛器飛行可控、科學數據有效，完整回收，標志著“星空-2”飛行試驗圓滿成功。該系統利用航天科工四院火箭助推系統，將之投送到預定高度，并分離自主飛行，實現高度30公里、馬赫數5.5-6飛行窗口自主飛行400秒以上。

一位不愿透露姓名的中國專家對《環球時報》記者表示，乘波體是目前國際上高超音速飛行器研制領域的一個重點發展方向。高超音速飛行器是指能在5倍音速以上穩定飛行的飛行器。目前，最常見的形式是所謂的旋成體。也就是在三維空間中，由旋轉曲面與底截面圍成的物體。彈道導彈的錐形彈頭、飛船的返回艙多為旋成體，包括俄羅斯的“匕首”高超音速導彈，都屬于這一類型。第二種為翼身融合體，布局類似飛機布局，帶有機翼，比如美國計劃中的SR-72高超音速偵察機以及前段時間美國波音公司公布的高超音速客機概念。這類布局適合采用吸氣式發動機或組合式發動機，通常適合在30公里左右以及7馬赫以下速度飛行。

第三種形式就是中國這次試射主角采用的升力體。主要利用機身的氣動外形產生一定升力，升阻比在0.5到1.3之間，性能介于彈道式飛行器和有翼飛行器之間，并具有兩者的長處，氣動力載荷比較低，結構質量中等，主要用于重返大氣層的航天器設計。乘波體使用的速度范圍比較廣泛，在5-23馬赫都具有較高的結構強度、機動性和升阻比。從外形上看，乘波體看上去比較扁平。

美俄對乘波體研究很超前

目前乘波體已成為世界各國高超音速飛行器研究的重點領域。美國在這方面投入最多，成果也最豐富，并進行了工程化產品的試驗。美國軍工巨頭波音之前研制的X-51A實際上就采用了一種典型的乘波體設計。該飛行器共進行了4次試驗。采用固體助推器加超燃沖壓發動機的動力方式，動力飛行段采用氣動一體化設計，最大穩定飛行速度達到5.1馬赫，試驗中，曾在1.8萬米高空飛行約3分鐘。此外，美國的HTV-2高超音速飛行器也使用了乘波體設計。該飛行器是迄今為止設計指標最高的助推-滑翔型高超音速飛行器。近年，美澳聯合開發的“高超音速國際飛行研究試驗計劃”HiFIRE項目，也在重點研究乘波體。2017年7月，美澳合作在澳大利亞武麥拉靶場完成了編號為HiFIRE4的第8次飛行試驗。試驗中飛行速度達到8馬赫左右。

專家認為，俄羅斯在高超音速飛行器方面也有著深厚積淀。俄羅斯總統普京之前在年度國情咨文中首次披露的“先鋒”高超音速助推滑翔導彈。其滑翔體疑似采用乘波體設計。

“乘波體”距武器化有多遠？

據專家介紹，相比傳統旋成體飛行器，乘波體如果實現武器化，將具有很大優點。采用助推滑翔方式的乘波體，在相同的釋放高度和速度下，其縱向和側向滑翔距離都遠超傳統旋成體彈頭。特別是側向滑行能力很強，可實現大范圍側向機動，實施“變射面”打擊，加之飛行的彈道低，敵方預警系統更難以預測其飛行軌跡。而在射程相同的情況下，更難以攔截。

目前來看，乘波體的氣動設計和飛行控制要比傳統旋成體飛行器更復雜一些，這也導致目前乘波體的高超音速飛行器的實用化和武器化具有一定困難。美國空軍的HTV-2兩次試射均失敗告終。而美國陸軍的“先進高超音速武器”（AHW）項目降低了指標，2011年11月的首次試射便命中了3700公里外的目標，第二次試射雖然失敗，但主要問題出在了助推級上。它的成功和使用了較為傳統的旋成體設計的高超音速滑翔體不無關系。另外，目前的乘波體高超音速飛行器的體積利用率似乎不如旋成體飛行器，這也給武器化帶來一定困難。總體來看，目前各國對乘波體高超音速飛行器的研究，仍處于原理和工程試驗階段，尚未完全形成武器化。按照中國航天空氣動力技術研究院公布的消息，“星空-2”飛行試驗任務是在集團公司支持下開展的創新研發項目。▲