高超声速武器系统发展历史、现状及潜在未来
高超声速武器系统发展历史、现状及潜在未来
近期，胡塞武装频繁使用高超声速武器打击以色列，不由得让人们有种高超声速武器技术已经烂大街的感觉，本篇以宏观脉络的视角简单梳理回顾一下高超声速武器技术的前世今生，看看这种技术到底是个什么现状。
基础问题
高超声速武器技术的发展历程可以追溯到60多年前，但其研究重点和兴趣点在不同国家和时期存在差异。在20世纪50年代至70年代的早期研究阶段，美国和苏联都开始了航空航天领域的高超声速技术基础研究。NASA的X-15项目在1960年代就达到了6倍声速，为后续研究奠定了基础。
在20世纪80年代至90年代的技术突破与低谷期，美国和苏联都在进行相关研究，但进展有限。进入21世纪后，随着地缘政治力量的平衡需求，高超声速武器技术再次受到关注。美国、中国和俄罗斯等国加大了研发投入，取得了重大进展。
历史
高超声速飞行通常指飞行速度超过5马赫。虽然高超声速技术的研究已有几十年历史，但真正意义上的高超声速实践活动始于20世纪50年代末至60年代末的X-15研究飞机项目。该项目以高达2公里/秒的速度飞行了199次，为高超音速空气动力学、热防护和可重复使用飞机结构设计提供了宝贵经验。
在1966年至1975年间，阿波罗再入式太空舱进行了19次发射，证明了人类已经掌握了承受极高空气热负荷的能力。航天飞机计划的5架可重复使用飞行器共发射135次，实现了8公里/秒的再入速度，积累了宝贵的高超音速空气动力学和可重复使用热防护经验。
当今，高超音速巡航导弹、助推滑翔系统、拦截导弹、可重复使用飞机、太空运载火箭和炮射炮弹等高超音速能力正在开发和探索中。约翰霍普金斯大学应用物理实验室（APL）在过去的60多年中，对高超声速基础技术，特别是超燃冲压发动机技术，做出了重要贡献。
超燃冲压发动机是大多数推进式高超声速系统的重要组成部分。1960年，Weber和MacKay首次提出了超音速燃烧系统的完整概念和架构。APL在超燃冲压发动机发展方面做出了重要贡献，包括参与超燃冲压发动机概念导弹（SCRAM）、国家航空航天飞机计划（NASP）、双燃烧室冲压发动机（Dual-Combustor Ramjet）、HyCAUSE（澳大利亚/美国高超音速协作实验）以及美国海军和国防高级研究计划局（DARPA）联合提出的高超声速吸气式导弹项目（HyFly项目）。
现状
当前，高超声速系统在进攻性中远程打击领域呈现出百花齐放的格局。高超声速武器系统主要分为动力巡航导弹和高超声速助推滑翔导弹两大类。动力巡航导弹采用多级运载工具，使用固体火箭助推发射加速到超燃冲压发动机启动条件后，由超燃冲压发动机提供动力。而高超声速助推滑翔系统也使用多级运行，但通常由固体火箭提供动力，将滑翔飞行器加速到高超声速后，飞行器会在没有动力的情况下滑行。
高超声速助推滑翔系统发展的一个主要挑战是适配飞行过程中的能量耗散。由于滑翔飞行器必须很细长，才能达到远程飞行所需的高升阻比，因此飞行过程中的大部分能量是通过空气动力学摩擦产生热能，对飞行器进行加热而耗散。这与阿波罗式的钝体舱形成鲜明对比，在钝体舱中，再入过程中的大部分能量是直接进入空气进行加热而耗散。对于高超声速而言，所有的空气动力学热能必须通过高温表面的再辐射来调节，要么是吸收进烧蚀的外壳中，要么是转移到飞行器的内部结构中，因此，热防护系统的稳健性开发对于这种必须非常尖锐、低阻力的前缘设计至关重要。基于此，经济实惠且重量轻的高温碳-碳或陶瓷基复合材料壳体在高超声速飞行器中备受青睐，但无论如何，从中程武器到中远程武器，与这种能量管理相关的挑战增加了一倍，而对于洲际武器，这一挑战又增加了50%以上。
鉴于高超音速巡航导弹通常运行速度接近2公里/秒，从上图中射程与能量关系可以知道，当前人类对于助推结束时能量的供给能力，就决定了此类高超声速武器的射程普遍位于中程及中远程之间。而对于动力巡航导弹，助推结束时的能量状态还需要包括机载燃料的化学能，若假设机载燃料比例为10%，则巡航导弹的能量状态可以接近中远程系统，同时能够以较慢的速度飞行，这对热管理、导引头集成和整体武器系统尺寸具有重要意义。
当前，美国、俄罗斯和中国等国都在积极研发高超声速武器系统。美国正在开发中短程和中程高超声速打击武器，包括常规快速打击（CPS）、远程高超声速武器（LRHW）、AGM-183空射快速反应武器（ARRW）、战术助推滑翔（TBG）和高超声速吸气武器（HAWC）等。俄罗斯已经部署了“先锋”（Avangard）洲际导弹系统，射程超过6000公里，最大速度达到27马赫；并且也完成了空射弹道导弹“匕首”（Kinzhal），射程达到2000公里，最大速度约10马赫，但该导弹在实战中频繁被爱国者防空系统击落，导致其声名狼藉。中国也已经公开展示了中短程DF-17高超音速助推滑翔导弹，最大射程2500公里，最大速度达到10马赫，并且关于DF-ZF重大测试进展的报道也铺天盖地。
未来展望
随着空气动力学、推进系统、材料科学等的进步，高超声速武器的部件将实现小型化，传感器和弹头技术也将更加先进，有效武器的尺寸会更小、价格更低。高超声速武器将在对峙范围内提供快速反应打击能力，作为大国竞争的基本要素持续发展。同时，高超声速防御能力也将同步快速发展。未来，高超声速能力将主要朝着以下几个方向发展：
- 小型、高效的打击武器
- 可重复使用的点对点运输或空间再入式系统
- 高空、高超声速无人机
- 大规模、高度一体化的作战空间，具有不断演变的攻防系统
早在1964年，Avery和Dugger就指出化学火箭技术发展已进入瓶颈期，需要更高效的化学推进系统。当前，对于混合动力和完全可重复使用的发射系统的新型和联合循环推进的研究仍在继续，而超燃冲压发动机通常是这些概念的关键要素。与火箭相比，吸气式推进系统的推进比冲性能提高了300 - 1000%，这使得发射系统更加小巧，与火箭推进的飞行器相比，其可靠性和安全性也显著提高。
回顾高超声速技术60多年的发展历史，虽然历经坎坷，但如今已经产生了重要的作战能力。预计在未来几十年内，高超声速的进攻和防御能力将持续相互钳制和发展。同时，可重复使用的高超音速飞机和完全可重复使用的空间再入式飞行器也必将因为空气动力学、推进系统、材料学、热管理系统、精确制导和控制等基础技术的进步而大放异彩。