全球軍武大賞 美日兩國針對高超音速導彈簽署共同協議！這種武器厲害在哪兒？ 美國是如何在該領域喪失領先地位？

5月15號 美國導彈防禦局和日本防衛省發表聲明 稱美日兩國已經達成了共同協議 攜手開發高超音速導彈防禦能力 希望能在未來消除高超音速武器的威脅 爲什麼美國的軍事科技如此先進 卻遲遲沒能在高超音速導彈領域取得優勢 攔截一枚高超音速導彈又爲什麼這麼難呢 其實早在2月29號 華爾街日報就曾爆出 美國硅谷的許多風險投資資本家已經投入了數億美元壓住高超音速導彈技術領域 幫助美國參與該領域的軍備競賽 美國在尖端高超音速導彈技術方面 相較於那些潛在假想敵國家已經落後了好幾年了 打造尖端高超音速武器系統也是美國軍方計劃已久的事情 該系統不僅涉及能夠實現快速打擊的高超音速導彈 還包含能夠攔截敵方高超音速武器的攔截彈 高超音速導彈的飛行速度是音速的五倍以上 即每小時飛行速度至少要達到6,115公里 這種武器能夠從遠距離發射 並且避開大部分防空系統騷擾 而且快速部署攻擊目標 也就是說高超音速導彈總是在敵人做好準備前就已經升空出擊了 美國軍事專家導彈防禦局局長約翰西爾中將曾指出 國防部武器庫中只有標準六導彈具備高超音速防禦能力 美國未來如果遭遇大規模攻擊 預警系統勢必會被攻破 對防禦高超音速導彈的系統的開發必須加快進行 而高超音速導彈的厲害之處首先就在於一個筷子 當高超音速導彈以5馬赫速度飛行時 從東亞飛到北美只需要一個半小時 儘管目前有許多彈道導彈在末端飛行時都能達到 並且大大超過這個速度 但此類導彈在火箭發射器脫離之後會以固定的軌跡飛行 就像飛鏢在飛出的瞬間之後 其飛行路徑就不能再改變了 如此一來 這會大大增加導彈被防空系統攔截的概率 而根據美國國會研究服務局的報告 近幾年部分國家出現的高超音速導彈 已經可以不再按照固定的弧形軌跡飛行了 他們能夠通過橫向機動和變軌行爲避開攔截系統的防禦 正是因爲新型高超音速導彈能夠在遠距離的飛行中將速度與機動性相結合 才造就了這款改寫未來戰爭形態的武器 一旦高超音速導彈在未來普及 世界各國的反導系統就要隨之更新了 就目前來看 高超音速導彈根據使用的技術路徑不同 可以分爲兩大類 一類是高超音速滑翔飛行器 另一類是高超音速巡航導彈 高超音速滑翔飛行器會利用運載火箭作爲載具 將攜帶戰鬥部的滑翔器運送到大氣層外或者邊緣四方 滑翔器則能夠憑藉地心引力和自身發動機加速對地面發起衝鋒 只要飛行器的外形設計合理 與空氣接觸的角度合適 它就能像衝浪一樣彈跳移動 這種導彈呢 也被稱爲滑翔彈或者水漂彈 其飛行軌跡很難預測 並且中途可以變軌 俄羅斯先鋒陸基高超音速洲際導彈也是這類導彈的主要代表 美國和日本在本月簽署的合作防禦協議 主要針對的就是這種高超音速滑翔飛行器 而高超音速巡航導彈與傳統巡航導彈的最大差別 是其採用了超音速燃燒衝壓發動機 作爲動力來源 與高超音速滑翔飛行器相比 這種導彈的彈道更低 留給敵方預警的時間更少 對飛行高度 速度和機動性的適應能力都更強 俄羅斯匕首空射高超音速導彈以及告時高超音速反艦導彈都屬於該類導彈 雖然兩種高超音速導彈的運作原理都已經被世界各國理解和認可了 但在真正的研發製造過程中 就連美國也遭遇了麻煩 要造出一款合格的高超音速武器 首先要面臨的難題就是空氣動力和飛行控制設計 在導彈設計階段 廠方需要對高超音速滑翔導彈的外形進行空氣動力學分析 這有助於提升導彈的射程 可靠性和打擊精度 對於一款高超音速導彈而言 彈體升足比越高越有利於長航式飛行 而升足比就是一個物體在飛行狀態下所承受的升力和阻力的比值 就目前研究進展來看 承波體設計是高超音速飛行器的理想外形 這種外形的特徵呢 是前緣尖銳 後緣平滑 底面平坦 上表面呈彎曲的流線形 承波體的設計原理主要是基於空氣動力學中的激波理論 當飛行器以超音速飛行時 近似於錐體的頭部會擾動空氣 疊加形成附體的斜激波 當承波體飛行物高速前進時 扁平的上表面會讓空氣順利通過 減少激波產生 而下表面的尖劈造型則會促成激波生成 由於氣體從激波前到激波後會被壓縮 使得激波後部的氣體壓強更大 這樣下方的激波便爲飛行器提供了升力 如此以來 承波體的外形設計就提高了飛行器的升足比 並進一步增強飛行器的高速飛行能力和機動性 並且製造高超音速導彈必須找出合適的耐高溫高壓材料 高超音速導彈面臨兩方面的高溫挑戰 首先是彈體外部高溫 當高超音速導彈以超過五倍音速飛行時 會與空氣摩擦產生大量熱能 使彈體表面的溫度高達2200度 如果採用金屬熱防護罩 會增加彈體重量 限制射程和機動性 最好是使用新材料和製造工藝打造重量輕且堅固耐用的熱防護系統 而在動力系統方面 高超音速巡航導彈目前主要使用三種推進裝置 分別是超音速衝壓發動機 超音速燃燒衝壓發動機以及常規的液體或固體燃料火箭 美國在高超音速飛行器研製中 首先考慮的就是燃燒衝壓發動機 燃燒衝壓發動機是超音速衝壓發動機的一種 衝壓發動機在向前運動時能夠壓縮迎面而來的空氣 並不需要使用帶有旋轉葉片的壓縮機 也正是因爲不使用風扇 衝壓引擎無法在速度爲零的時候產生推力 因此滑翔器也無法從靜止狀態啓動 但是隻要有迎面而來的高速氣流進入發動機 發動機就能讓空氣減速增壓 並將其轉化成向後的推力 這種發動機通常由擴壓進氣道 燃燒室及噴管組成 當滑翔器飛行時 通過進氣道的迎面氣流會將自身攜帶的大量動能轉化爲壓力能 這些空氣在產生壓縮後會進入燃燒室與燃料混合進行等壓燃燒 燃燒後生成的高溫燃氣會在噴管中膨脹加速 最終排除滑翔器 這會產生巨大的推力 讓滑翔器加速到高超音速 而燃燒衝壓發動機與一般衝壓發動機的關鍵差異在於高超音速衝壓發動機的進氣在進入燃燒室之前 需要經過適當的導流降低速度切換到亞音速狀態 但那些進入燃燒衝壓發動機的氣體在進入發動機後仍舊可以保持超音速狀態 正因如此 燃燒衝壓發動機不僅僅能將滑翔器加速到高超音速狀態 還可以在5馬赫的基礎上繼續提高飛行速度 所以超音速燃燒衝壓發動機最大的優點是機動力高 但它的缺點也很明顯 就是研發難度高 運行不穩定 造價還很貴 不過話又說回來了 就算高超音速導彈技術難點多 世界上畢竟還是有國家造了出來 這些國家的整體軍工實力並不比美國領先 美國在高超音速武器領域喪失優勢究竟是因爲哪些原因呢 其實在高超音速導彈領域 美國從一開始就是先行者 早在20世紀50年代 美國就開始研究高超音速技術最爲關鍵的部分 那就是超燃衝壓發動機 從1954年開始 美國宇航局就啓動了高超音速發動機計劃 併成功研製出x15實驗機 這款實驗機呢 充分展現了美國當時的科技優勢 因爲在實驗飛行中 x15作爲一款有人駕駛飛機 一度創造了6 72馬赫的同類機飛行速度世界記錄 和升限10 8000米的飛行高度記錄 但是在這次輝煌之後呢 美國後期對高超音速飛行器的研製並不順利 在20世紀90年代 美國還推出了全球快速打擊計劃 提出要實現一小時內用常規武器打擊地球上的任何目標 在該計劃推動下 美國啓動了首個高超音速巡航導彈的研發計劃 高超音速x並於2001年成功研製了x43系列飛機 但是在計劃後期 由於技術不夠成熟 試飛失敗時有發生 計劃最後還是終止了 後來的2002年 美國空軍和美國國防部高級研究計劃局還聯合開發過獵鷹計劃 試圖打造具備全球打擊能力的高超音速平臺 但是獵鷹htv2號在2010年和11年的兩次試飛中均以失敗收場 本項目也陷入停止 直到2004年 美空軍啓動的x51a項目 但最終未能取得巨大突破 2011年 美國陸軍又啓動了遠程高超音速武器項目 雖然首次實驗獲得成功 但是在2014年進行的第二次實驗中 項目又遭遇了失敗 不過陸軍這次的心血還算是沒有白費 因爲2017年美國海軍又在陸軍經驗的基礎上完成了前射型高超音速滑翔導彈的首次飛行實驗 可以說 在最近十餘年時間裏 美軍在高超音速武器領域的嘗試的確取得了一些成果 但是因爲項目成功率不高 美國在該領域建立的優勢已經越來越少了 與此同時 在該領域起步較晚的俄羅斯卻率先在2020年3月18號使用匕首導彈打擊了烏克蘭軍火庫 成爲全世界第一個在實戰中應用高超音速武器的國家 歸根到底 美國之所以在高超音速武器方面落後 還是因爲內心的糾結 反映在了行動的糾結上 首先是美國在高超音速飛行理論方面的派系太多了 以至於沒能形成一個配套完整的主脈絡 美國是一個技術創新大國 對高超音速武器的理念與形成有很多方案設想 但是軍工廠商不可能跟進每一種方案去研發那麼多種材料和部件 根據美國政府問責局統計 美國一度同時發展了70個高超音速武器研究項目 但是其中有65項都處於早期技術研發階段 如果繼續細分這65項方案 他們還分別側重於空氣動力學 材料學 化學以及模擬仿真等領域 有的方案呢 是以動力系統爲優勢 有的方案則在制導通信和飛控系統方面取得了進展 但是所有方案進行到最後 只有最後剩下的那五種能爲美國軍隊提供高超音速武器實驗原型機 不僅如此 美國海陸空三軍以及美國國家航空航天局還會分別選取自己信賴的高超音速飛行器的方案 由於各軍種各部門對武器的需求側重不同 在爭取研發經費方面也存在目標重合 這就導致了研發資源的重複消耗 美國國防研究與工程現代化局局長馬克劉易斯就曾明確指出 美國各軍種和國防部相關機構在高超音速武器發展領域缺少協調 部分項目還存在重複建設的問題 這反而還拖慢了美國研發高超音速武器的進度 而更爲重要的還是美軍內部對高超音速導彈的態度舉其不定 美國確實是面臨部分國家的軍備競賽壓力 也確實不想讓俄羅斯等國家在某個軍事領域超過自己 但是從某種意義上來說 高超音速導彈也沒那麼先進 美國麻省理工學院的羅拉格里格博士就曾公開表示 高超音速導彈 從技術層面來看 並不是一種軍事層面的決定性武器 這種導彈不論是在發射升空環節 還是在降落路徑方面都是可以被偵測到的 格里格博士認爲 高超音速導彈的真正優勢是它的機動性和靈活性 但是也沒有超出現有武器太多 要知道 在俄烏戰爭中 烏克蘭軍隊就曾使用愛國者反導系統 多次攔截俄羅斯方面發射的匕首高超音速導彈 這要麼是匕首導彈的性能不足 要麼就是高超音速導彈的抗攔截能力有限 而目前唯一可以確定的就是美國不會暫停高超音速武器系統的開發 至於美國究竟能拿出多大決心推進工作 歡迎各位在評論區留言 瞭解完高超音速導彈的製造難點 明天的那是爲什麼欄目讓我們將目光移向美國的夏安直升機 爲什麼這一款獲得了許多美軍飛行員誇讚 速度也比阿帕奇更快的直升機 最後呢卻沒能進入美軍服役呢 明天晚上六點半我們不見不散