星空-2號飛行器在西北某靶場緩緩升空
8月3日，中國航天空氣動力技術(shù)研究院微信公眾號發(fā)布消息稱，該院于當(dāng)日完成“國內(nèi)第一乘波體”的飛行試驗。消息引發(fā)廣泛關(guān)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(tǒng)高超音速飛行器相比有什么優(yōu)勢?該技術(shù)應(yīng)用前景又如何呢?
“國內(nèi)第一乘波體”完成試射
中國航天空氣動力技術(shù)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(fā)射升空，經(jīng)過近10分鐘飛行，火箭完成主動段轉(zhuǎn)彎、拋罩/級間分離、試飛器釋放自主飛行、彈道大機(jī)動轉(zhuǎn)彎等動作，按預(yù)定彈道進(jìn)入落區(qū)。試飛器飛行可控、科學(xué)數(shù)據(jù)有效，完整回收，標(biāo)志著“星空-2”飛行試驗圓滿成功。該系統(tǒng)利用航天科工四院火箭助推系統(tǒng)，將之投送到預(yù)定高度，并分離自主飛行，實現(xiàn)高度30公里、馬赫數(shù)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(huán)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(lǐng)域的一個重點發(fā)展方向。高超音速飛行器是指能在5倍音速以上穩(wěn)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(zhuǎn)曲面與底截面圍成的物體。彈道導(dǎo)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(dǎo)彈，都屬于這一類型。第二種為翼身融合體，布局類似飛機(jī)布局，帶有機(jī)翼，比如美國計劃中的SR-72高超音速偵察機(jī)以及前段時間美國波音公司公布的高超音速客機(jī)概念。這類布局適合采用吸氣式發(fā)動機(jī)或組合式發(fā)動機(jī)，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(jī)身的氣動外形產(chǎn)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(jié)構(gòu)質(zhì)量中等，主要用于重返大氣層的航天器設(shè)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)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(lǐng)域。美國在這方面投入最多，成果也最豐富，并進(jìn)行了工程化產(chǎn)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(shè)計。該飛行器共進(jìn)行了4次試驗。采用固體助推器加超燃沖壓發(fā)動機(jī)的動力方式，動力飛行段采用氣動一體化設(shè)計，最大穩(wěn)定飛行速度達(dá)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(shè)計。該飛行器是迄今為止設(shè)計指標(biāo)最高的助推-滑翔型高超音速飛行器。近年，美澳聯(lián)合開發(fā)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HiFIRE 4的第8次飛行試驗。試驗中飛行速度達(dá)到8馬赫左右。
專家認(rèn)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(tǒng)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(dǎo)彈。其滑翔體疑似采用乘波體設(shè)計。
“乘波體”距武器化有多遠(yuǎn)？
特別是側(cè)向滑行能力很強(qiáng)，可實現(xiàn)大范圍側(cè)向機(jī)動，實施“變射面”打擊，加之飛行的彈道低，敵方預(yù)警系統(tǒng)更難以預(yù)測其飛行軌跡。而在射程相同的情況下，更難以攔截。
據(jù)專家介紹，相比傳統(tǒng)旋成體飛行器，乘波體如果實現(xiàn)武器化，將具有很大優(yōu)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(cè)向滑翔距離都遠(yuǎn)超傳統(tǒng)旋成體彈頭。
目前來看，乘波體的氣動設(shè)計和飛行控制要比傳統(tǒng)旋成體飛行器更復(fù)雜一些，這也導(dǎo)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(jìn)高超音速武器”(AHW)項目降低了指標(biāo)，2011年11月的首次試射便命中了3700公里外的目標(biāo)，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(tǒng)的旋成體設(shè)計的高超音速滑翔體不無關(guān)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(shù)研究院公布的消息，“星空-2”飛行試驗任務(wù)是在集團(tuán)公司支持下開展的創(chuàng)新研發(fā)項目。(李強(qiáng) 劉揚(yáng))
