第四章 化學(xué)能高超聲速武器與彈藥

第一節(jié) 高超聲速武器與彈藥概述

一、高超聲速武器與彈藥的概念與特征

人類利用火炮發(fā)射彈丸，可以輕易獲得3～4倍聲速的初速，但是在火炮發(fā)射技術(shù)非常成熟的今天，也很難將彈丸加速到6倍以上。因此目前將馬赫數(shù)5作為劃分超聲速與高超聲速發(fā)射（飛行）的基本界限，不僅是因?yàn)槭芟抻诂F(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射能力，更主要是因?yàn)樵谶@個(gè)速度上，飛行器發(fā)射與飛行所受到的氣流性質(zhì)發(fā)生了巨大變化，使高超聲速飛行器的設(shè)計(jì)十分困難。

高超聲速武器與彈藥有以下明顯的技術(shù)特征。

（1）速度快，意味著相同載荷下，彈丸射程增加。超高聲速武器，從射程上來講它甚至可以做到全球打擊，對(duì)敵方可以起到巨大的威懾作用。

（2）速度快，意味著彈丸動(dòng)能增加，對(duì)目標(biāo)的毀傷性能增強(qiáng)。高超聲速武器即使不攜帶戰(zhàn)斗部，也可以給目標(biāo)以致命的打擊。比如對(duì)伊朗的鈾濃縮工廠，它位于地下60m深，上面還有山體，要先打透山體再鉆到地下才能對(duì)其進(jìn)行毀傷，美國只有13.6t重的GBU-57鉆地彈可以打透它。

（3）速度快，意味著相同射程下，飛行時(shí)間縮短，提高了火力響應(yīng)速度，使敵方難以攔截或躲避。

二、高超聲速彈藥的分類

按照彈藥推進(jìn)方式不同，可將高超聲速彈藥分為兩類，類似于火炮發(fā)射的高超聲速彈藥和類似于火箭推進(jìn)的高超聲速彈藥。前者發(fā)射時(shí)間一般為毫秒級(jí)及十毫秒級(jí)，加速距離一般為幾米到十幾米，加速度高達(dá)10⁴g以上；后者推進(jìn)時(shí)間較長，推進(jìn)距離長，推進(jìn)的加速度較小。

按照武器彈藥系統(tǒng)所處空間環(huán)境，又可以將高超聲速彈藥分為空中高超聲速彈藥和臨近空間高超聲速彈藥。其中，空中高超聲速彈藥主要包括輕氣體炮彈藥、電熱化學(xué)炮彈藥、電磁軌道炮彈藥、隨行裝藥火炮彈藥、超燃沖壓炮彈等，臨近空間高超聲速彈藥主要包括超然沖壓巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛行器等。

臨近空間高超聲速飛行器需要攜帶氧化劑，可以脫離大氣層獲得動(dòng)力遠(yuǎn)距離超高速飛行，其獨(dú)特的優(yōu)勢，越來越受到軍事大國的普遍重視。以美國為首的研制的高超聲速武器主要包括以下三類：第一類以X-37B空天飛機(jī)為代表，由運(yùn)載火箭運(yùn)送進(jìn)入宇宙空間，在地球軌道上以20倍聲速飛行；第二類是HTV-2滑翔飛行器，借助火箭推進(jìn)等外力助推到100km左右的臨近空間，釋放該飛行器，飛行器以10～20倍聲速的速度在大氣層邊緣飛行；第三類是X-51A高超聲速飛行器（巡航導(dǎo)彈）：在臨近空間飛行，速度可達(dá)5～6倍聲速。

三、高超聲速的軍事需求

（一）實(shí)現(xiàn)近程及遠(yuǎn)程快速打擊的戰(zhàn)術(shù)需要

在1～10km的近程直瞄反裝甲、防空、反導(dǎo)等方面，2.5km/s的高速彈丸具有打得準(zhǔn)、打得狠的優(yōu)勢。

在400km之內(nèi)的間瞄火力覆蓋方面，如果超高速火炮以51°±1°仰角、2.5km/s初速發(fā)射不同質(zhì)量的彈丸，其彈丸的外彈道曲線如圖4-1所示。

在圖4-1中，在海拔32km處，大氣壓強(qiáng)約為0.01atm（1atm≈101.325kPa）。在32km以上的高空，空氣阻力可以忽略。60kg彈丸的最大射高超過120km，最大射程約400km（約215海里），而且彈丸的終點(diǎn)存速達(dá)馬赫數(shù)5。這樣，超高速發(fā)射的彈藥能夠用于直瞄反裝甲、防空反導(dǎo)，以及間瞄超遠(yuǎn)程火力覆蓋、打擊低軌道衛(wèi)星等方面。

（二）實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程快速打擊的戰(zhàn)略需要

傳統(tǒng)飛機(jī)的速度在馬赫數(shù)1附近，超聲速導(dǎo)彈可達(dá)馬赫數(shù)3，高超聲速的導(dǎo)彈和飛機(jī)的馬赫數(shù)6～8，滑翔式飛行器的馬赫數(shù)達(dá)15以上。以3000km航程為例，不同飛行器花的時(shí)間是不一樣的，馬赫數(shù)15和馬赫數(shù)3的飛行器相差了40min。隨著信息化的快速提升，指揮作戰(zhàn)流程里其他作用時(shí)間在快速減少，從傳感器到射手，作戰(zhàn)武器的時(shí)間差對(duì)于打擊高價(jià)值時(shí)間敏感目標(biāo)就非常有價(jià)值，因此高價(jià)值目標(biāo)的這種遠(yuǎn)程快速打擊尤為重要，比如，一小時(shí)全球打擊系統(tǒng)，就要求武器系統(tǒng)或武器系統(tǒng)的載體的速度越快越好。

（三）實(shí)現(xiàn)高突防，提高生存能力的需要

目前美國的彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)逐漸發(fā)展成熟，特別是中斷攔截已經(jīng)成熟，助推段攔截和末端攔截也在逐漸發(fā)展，那么在這種背景下，現(xiàn)有的導(dǎo)彈生存能力受到一定影響。大家可以看出，中段攔截是在大氣層外，出了大氣層導(dǎo)彈的軌跡是可以預(yù)測的，因此，攔截概率較高。要想突防美國的彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，那么就要在助推段或末端這個(gè)空間來實(shí)現(xiàn)，而臨近空間高超聲速武器系統(tǒng)可以很容易做到，這就是這類武器系統(tǒng)發(fā)展的最初的也是最重要的軍事需求之一。

總之，高超聲速武器既具備威懾力，也具備“一劍封喉”打擊能力。未來戰(zhàn)爭中，它將助大國博弈，改變戰(zhàn)爭規(guī)則。