作者簡介:郭衍瑩,1957年參加航天部創建工作,曾在航天部一、二院擔任研究室主任,總設計師,副總工程師,研究所技術顧問等職。職稱研究員(已退休),曾被評為“航天部有突出貢獻專家”和“國務院特殊津貼專家”。
誤區之一:攔截高超聲速導彈的最大難點在于其高速。
解讀:雖說“天下武功唯快不破”,但某些媒體只注意到這種武器的高超聲速特性,卻沒注意到它具有作“不規則變軌飛行”的能力。
攔截高超聲速導彈的難點是什么?估計有些媒體和讀者的回答是:難點在于導彈的速度極快,高超聲速,可達到馬赫數10及以上;使對方的跟蹤雷達全部失效。其實這一說法并不全面,甚至會使人產生誤解。因為按此邏輯,洲際彈道導彈在中段飛行時速度也可達到馬赫數20以上;該算是最高水平的高超聲速武器了。再推論下去,攔截高超聲速武器的任務完全可交予攔截彈道導彈的系統來完成。再去專門研究如何反高超導彈就意義不大了。這當然是誤解和誤導。
彈道導彈之所以不算是高超聲速武器,因為它基本上是循固定彈道飛行(準拋物線),地面雷達可以不斷預測并跟蹤它的飛行軌跡,制導反導系統能對它進行攔截。我并不是說高超聲速導彈技術一定比彈道導彈技術復雜,而是說這是兩個不同概念。我認為,首先要把一些基本概念厘清。第一,什么才算是高超聲速武器?當前國內外公認的定義:一是在大氣層內飛行速度大于馬赫數5;二是具備在大氣層內(尤其接近目標時)作大范圍不規則機動飛行的能力。后一能力也許更重要,因為導彈不可能一直按照十幾馬赫的高超聲速飛行,當它接近目標時速度必須下降至接近馬赫數5,才能使導彈有能力精確鎖定地面目標,直至摧毀。此一階段主要得靠導彈作不規則機動飛行來躲避反導雷達的跟蹤和攔截。所以高超聲速導彈的厲害在于它既具備超聲速、又能作不規則的機動飛行(有專家稱之為“詭異莫測飛行”),地面反導雷達很難跟蹤它。所以不能籠統地說高超聲速導彈的厲害在于其極高的速度。快,固然有利于躲避雷達,但也會給飛行體本身準備精確鎖定和打擊目標增加困難。據國內外有些專家的看法,在接近目標時導彈的速度通常約為馬赫數5-7。
第二個概念是弄清高超聲速武器的作戰模式。目前世界公認的高超聲速武器主要有二大類:一是高超聲速滑翔飛行器,它以彈道導彈或火箭為載體,待飛行至再入段后(再入大氣層),飛行器從載機發射出,然后作變軌式滑翔飛行(無動力),直至接近目標。可簡稱為“助推-滑翔”模式。二是高超聲速巡航導彈,它可在大氣低空中作自主機動飛行,需要依靠超燃沖壓發動機或其他高速吸氣式發動機來提供動力。除這二類外也有例外。如俄羅斯的“匕首”,有人認為是“助推-滑翔”式,有人認為是巡航式。從高超聲速武器的觀點來看,它還只是發展的初級階段;所以也有人稱它為“另類”。但畢竟它已定型投產,已投入實戰。而不只是“紙上談兵”。
圖1是某典型助推-滑翔式高超聲速武器作戰全過程的示意圖,錄自國外科普資料。由圖可見,一些媒體所說某某高超聲速導彈的速度達到馬赫數10-20,大都是指在再入點或再入點之前,載機在大氣層外飛行時的速度。再入速度太快,將導致導彈難以改變自己的飛行軌道作機動飛行,難以精確打擊敵方的點目標(如發射井)和機動目標(如航母)。所以要求導彈的控制系統在再入段調整好導彈的姿態,調整好飛行角度,把速度降下來,力求獲得高的升阻比。接下來飛行器(導彈)脫離載機,然后它能像打水漂的石頭那樣跳躍式前進。它的原理可以用空氣動力學基本原理來說明:在超高聲速氣流中,彈頭附近空氣形成高密度的激流,對導彈(一般采取成扁平的乘波體結構)產生很大的向上浮力,使導彈像打水漂用的石片那樣跳躍式前進。這種跳躍式前進又可分成二類,一是桑格爾彈道,導彈是沿著大氣層內外作跳躍式前進;二是錢學森彈道,導彈是在大氣層內作跳躍式前進。
圖1:助推-滑翔式高超聲速導彈作戰過程,圖中:
(發射段)助推火箭將滑翔飛行體發射升空
(分離段)滑翔飛行體與助推火箭分離
(下降段)受氣動力學控制飛行器先升至大氣層外預定最高點,然后下降再入大氣層
(上拉段)不同于彈道導彈的拋物線彈道,飛行器先下降后上拉,然后過渡到滑翔段
(滑翔段)滑翔速度大于1哩(英里)/秒,并以飄忽不定(erratically)的機動方式飛行,以躲避反導雷達的追蹤
(沖擊段)飛行器以巨大的動能俯沖并擊毀目標,無論它有無引爆的戰斗部
讀者在研究圖1時請注意二點:一是在滑翔段,它的速度大于1哩/秒,大約相當于馬赫數6左右。圖注還強調,它是以飄忽不定(erratically)的機動方式飛行。二是注意導彈軌跡具有上拉段(Pull-up phase),是助推-滑翔體制的特點之一,它可使滑翔飛行軌跡具有更大機動性。2019年7月間,朝鮮發射型號不明的短程導彈。美韓根據其飛行速度大于5倍聲速,且存在上拉段,判斷它為高超聲速導彈。
如果是巡航體制,導彈自己有動力,所以可按照設定的程序依靠不同方向的噴嘴或舵機作矢量機動飛行(如S形或螺旋形軌道前進,其機動過載可達20g以上)。當然還要兼顧飛行穩定性和可操縱性。所以一些專家學者認為,高超聲速導彈之所以難以攔截,與其說是因為其極高的速度,倒不如說是因為其具備詭異莫測的變軌飛行能力。
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