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国防部回复第一回试射高超音速飞行器军事资讯

2019-05-06 15:35

问题:美国高超声速飞行器性能先进,为何却采用中国的“钱学森弹道”?

  出品:科普中国

军事资讯 1 国防部回应高超音速飞行器试验

回答:

  作者:岳江锋

 

军事资讯 2先解释下钱学森弹道,在上面这张钱老的著名图片中,背景其实就是钱学森弹道,传统的弹道导弹就是向天上扔石头,一锤子买卖。而钱学森弹道就是让弹头在距地面20至100公里的外大气层,改变再入角度,此时弹头从太空环境进入大气层,会受到空气的反压效果,从而产生升力,因而可以进行增程滑翔,扩大航程,然后再进入稠密大气。军事资讯 3

  策划:宋雅娟

  【国防部回应“第三次高超音速飞行器试验”:不针对任何特定国家】日前有外媒称中国进行了第三次高超音速飞行器试验,国防部新闻事务局回复《中国日报》表示,中国在境内按照计划进行的科研试验是正常的,这些试验不针对任何特定国家和目标。有外媒称,该试验是中国战略核武器系统的一部分。(记者:赵盛楠)

但是在国外,其是和另一个德国人sanger的桑格尔弹道一起,归为"Boost-glide"(助推-滑翔弹道)行列,sanger弹道是一种打水漂式的弹道,在大气层外缘“下沉”过程中,利用大气层和近地空间的空气密度差,产生强大的气动升力,把航天器弹产生跳跃效果,而地球引力将使航天器再次回落,产生又一次弹跳。军事资讯 4实际上,钱学森导弹是钱学森和他的两个美国同事一起提出的,而此类设计在当时并非独创,当时各国均有研究,其中脑洞大开著称的二战德国研究最深,其A计划就有大量的采用这种弹道模式的弹道导弹,用来攻击美国。军事资讯 5

  监制:光明网科普事业部

  延伸阅读

所以说钱学森弹道只是个理论研究,从理论到实践应用有相当大的难度和距离,就好比量子纠缠理论在1935年就提出,而以此理论的量子通讯到现在才有应用的眉目。同样钱学森弹道看起来简单,但实际操作中难度很大,再入角度控制等绝非易事。而钱学森弹道在之后的应用研究中,最著名也是最成功的例子,其实是航天飞机再入大气层,其采用的就是钱学森弹道的原理,采用无动力的滑翔模式,减缓降落速度和控制降落方向。军事资讯 6所以美国这次同样采用钱学森弹道的模式,发展超高音速武器,也是正常不过的现象,比较钱学森弹道不需要桑格尔弹道的复杂,更利于小型弹道武器的实际应用,同样俄罗斯在研究Yu-71也将采取这种弹道模式。

  据日本媒体报道,日本防卫省决定加快研制“高速滑空弹”,以备进行“岛屿防卫作战”,主要用来打击敌方大型水面舰只。与早先防卫省公布的计划相比,新发展计划要求这种导弹提前到2026财年装备部队。据悉,日本所谓的“高速滑空弹”其实是一种临近空间飞行的助推滑翔武器,具有飞行速度快、突防能力强、打击精度高等诸多作战优势。

  独家解析中国3次试验高超音速武器 增强二次核反击

军事资讯 7美国的猎鹰HTV-2超高速飞行器

  什么是临近空间的助推滑翔武器?

军事资讯,  据美国《华盛顿自由灯塔报》12月4日报道,中国进行了第三次高超音速飞行器试飞,这是其新型战略核武器系统的一部分,它的作用是击败任何美国的对抗措施。美国五角大楼发言人透露,美国监测到中国在12月2日进行了第三次高超音速飞行器试飞。

而我们已经取得连续6次成功的WU-14超高音速飞行器,之所以能取得巨大成功,更大的原因在于我们在这一领域的投入的巨大心血,例如世界上唯一的超高音速激波风洞--JF12激波风洞,可复现25-40公里高空、马赫数5-9飞行条件、喷管出口直径2.5米/1.5米、试验气体为洁净空气、试验时间超过100毫秒的超大型高超声速激波风洞,这个激波风洞从1965年那个困难的年代开始研究,到2012年通过验收,整整投入了科研人员半个世纪的心血!!让美国人都眼红不已,多次提出共同科学研究的请求。这个才是大国重器!!军事资讯 8新闻电视中公开的JF12激波风洞的画面。

  临近空间又称为亚轨道或空天过渡区,是指距地面20~100 km 的空域,包括了大气平流层、中间层和小部分增温层,具有巨大的潜在军事利用价值。相较于航天空间和航空空间,在临近空间部署的侦查平台具有更高的安全性、更长的驻空时间、更大的有效载荷和更高的分辨率等优势,可有效弥补航天系统过顶速度过快以及航空系统视野局限性大、易遭受攻击等缺陷,能够实现空天地信息的有效衔接和中继。

  而美国空军的HTV-2高超音速飞行器因技术难度过高被放弃,而陆军的高超音速飞行器在今年8月的试射也以失败告终,在新型高超音速导弹的研制进度上似乎已经落后于中国。那么简单分析一下美国方面报道,不难看出他们是借热炒中国高超声速技术的发展,造成让美国政府继续增加军费,毕竟“有人研制出比你厉害的武器”。然而,事实真的是这样吗?

还是那句话,嘴炮误国,实干兴邦,我们现在的科研成果,是一代代科研工作者辛苦钻研出来的,不是键盘侠们随便打几个字就可以的。军事资讯 9

  目前,世界军事强国发展的临近空间武器主要有有动力的吸气式高超声速武器和无动力的助推滑翔武器两大类。尽管有动力的吸气式高超声速飞行器近年来取得了较大的发展,但由于其较助推滑翔高超声速飞行器技术实现难度更大。因此,当前更接近武器实用化的可能还是无动力的助推滑翔武器。早在1938 年,奥地利科学家桑格尔首次提出了临近空间助推滑翔飞行器研究方案。1948 年,中国著名科学家钱学森提出了一种能够实现洲际飞行的火箭助推-滑翔机动概念高速飞行器。两人分别创立了以其名字命名的助推滑翔飞行器弹道,即桑格尔弹道和钱学森弹道。

  高超音速飞行器突防反导系统的优势

回答:

  从基本原理上讲,两者都是利用助推火箭先使飞行器获得初速度,使其进入外太空,达到最高点,然后下降进入大气层。进入大气层后,通过气动升力效果在靠近大气层的边缘进行滑翔。钱学森提出的是一种平稳滑翔概念的弹道,桑格尔提出的则是一种跳跃滑翔弹道。

  反导系统建设可以说是美国在攻防手段上的进一步努力,表现的是美国在小布什上台后单边主义横行,希望凭借雄厚的国力通过技术优势彻底压倒对手,结束冷战开始以来建立在核平衡上的国际战略平衡的尝试。矛尖还是盾厚,中国有自相矛盾的成语,不过这对美国倒不是什么问题。

首先说钱老的研究重点是弹道导弹的再入轨弹道角度控制,要有先进的热防护和高速升阻比特性,全名叫“助推-滑翔”弹道。所谓“钱学森弹道”是民间的术语称呼。美国高超声速飞行器是在1970年那个时代已超过5马赫速度飞行的试验概念,是基于稠密大气层的飞行流体空气动力学验证。两者风马牛不相及!

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X-43A试验机7马赫速度下的流体力学模拟图(CFD)

W君觉得钱老给新中国的贡献是弹道导弹奠基人的角色,我国目前一切弹道导弹的研究都可以从他那个时代算起。弹道导弹可以末端滑翔机动的弹头在没有高速计算机的年代基本是无法拦截的。而且不止钱老提出过,整个19世纪50年代很多导弹和火箭专家都有这个设想,美国在弹道导弹的入轨机动上走在了试验的前列。实际对于这方面研究起到最大贡献的是电子控制技术的进步,原理是通过弹载计算机能够精确控制弹头上的姿态发动机点火,保证再入轨弹头的角度正确。在稠密大气层飞行时以大面受力姿态“滑翔”击中目标。再早时间提出的还有一个“Sanger弹道”(纳粹德国时期),原理是利用外太空和大气层的密度差产生向上升力,让弹头或者飞机“跳”起来入轨。这些都是火箭、导弹发射外太空和回到近地面的基础理论,没有谁采用谁的概念。都是事物的客观存在而已,好比每一枚导弹和火箭都要采用“牛顿定律”一样。

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还有就是目前高超音速飞行器,中美俄都有研发,美国未必是领先者。中国目前这方面的说法是“非弹道飞行器在大气层中飞行,在达成高超音速后成功降落机场”,该飞行器“剖面特殊,飞行方式独特,飞行速度远超试飞中心所有机型”(2015年10月上海电视台报道)。

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目前高超音速因为无法支援人类生存的驾驶舱生产超越现有科技,故均采用无人驾驶方式进行试验,还有就是超燃发动机的进气和工作仍然是难题。

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2001年6月X-43A第一次试飞,火箭尚未点火的瞬间

回答:

在21世纪初期,助推滑翔弹道成为了一种有趣的话题,可以作为迅速的全球打击(PGS)的一种可能的解决方案,该技术寻求一种能从美国发射后一小时内击中地球上任何地方目标的武器。 PGS没有界定操作模式,目前的研究包括先进超音速武器增强滑翔弹头,Falcon HTV-2超音速飞机和潜射导弹。WU-14将类似于这些武器。超音速滑翔器可用于提供快速的核斩首打击。美军方面在这个领域自然是遥遥领先,不过他们选择采用的作用原理是钱学森式滑翔弹道原理,为什么呢?

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在WWII结束之后,美方就开始策划该方面领域先进武器的发展,在美国,许多外国流亡来此的科学家主张使用当时十分超前的跳跃滑翔式弹道的概念,952年,贝尔提出了一种轰炸机概念,该概念本质上是一种称为Bomi的超高速型飞行武器的简单化发射版本。这引出了了1950年代的一些后续概念,包括Robo,Hywards,Brass Bell,以及最终的X-20 Dyna-Soar飞行器。早期的设计一般是轰炸用途,而后来的设计则是精准侦察或其他角色。 Dornberger和Ehricke在1955年的科普文章中合作撰写了关于超速型武器实际使用的想法。但是很多原理被证明并不现实,迫使美方寻找新的出路。

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成功的跨越式滑翔弹道原理(CBMN)在进攻性角色中的引入结束了滑翔轰炸机概念的任何分歧,而间谍角色的侦察星也是如此。不过到20世纪60年代,X-20太空战斗机继续受到关注,但最终成为预算削减的受害者; 因为经过在1963年3月的另一次审查后,防长罗伯特马拉在12月取消了该计划,指出在他们花费了4亿美元后,他们仍然没有完成任务。而且弹道原理方面没有实际应用上的进展,所以美方把注意力转向国际方面。

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直到20世纪80年代,跳伞滑翔概念才重新引起人们的兴趣,作为BM机动再入高速飞行器的基础。 第一个已知的例子是1979年的阿尔法德拉科测试,其次是升压式滑翔再入飞行器(BGRV)测试系列,ASSET 和PRIME。这项研究最终被用于Pershing II的MARV再入飞行器。 在根据实际需要调整的钱学森弹道原理的成功应用下将Singer Kearfott惯性导航系统的数据与固特异航空航天主动式系统结合起来。 对于美方的超高速战区武器来说,已经制定了类似的概念,也就加速了它的实际发展,从而使得美方保持了领先地位。

回答:

不明白问这个问题有什么意义?国外先进的东西就不能采用中国人提出的理论吗?为什么采用?人家理论好呗,目前没有更好的理论呗。题主的观点好像中国的东西就拿不出手,外国人用了你感觉不太正常似的!

回答:

我把脚下的星球命名地球,小编可以滚蛋了;

牛顿强制站在巨人的肩膀上,力学三定律就变成牛顿的了;

爱因斯坦总结了相对论,其他科学家就可以变成空气了;

钱学森提出一个合理非最优的理论模型,飞行器就成中国的了

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  现有的多层反导系统基本都是用碰撞杀伤技术(HTK)进行拦截,由于动能弹头的机动能力很有限,拦截需要尽早探测到弹道导弹威胁、跟踪预测弹道再精确计算拦截弹的发射窗口。弹道导弹的突防则在弹道上大做文章,如全程大气层内弹道规避大气层外中段反导,不过这只能使用在中短程弹道导弹上。中远程弹道导弹则选择变轨和再入后机动增加反导系统弹道预测的难度,从而增强了突防效果。超音速飞行器的目标为助推-滑翔方案,弹箭分离后很快再入并在高空大气中以高超音速机动滑翔,既避开了大气层外中段拦截,也大大降低了陆基预警雷达的探测距离,还以远强于传统再入机动弹头的机动能力进一步增强了突防能力。

  桑格尔弹道和钱学森弹道的区别 (图片来自网络)

  美国仍是领先者

  目前哪些国家在发展高超音速滑翔武器?

  坊间关于这三次试射WU-14飞行器的传闻很少,而美国方面就直言“中国高超音速武器技术超过美国”的结论显然武断,笔者认为美国军事评论家自己写出来的东西自己都不一定信。但是这对于我们来说,并不重要。相反美国正在秘密进行了一系列高超音速武器的试验。2010年4月22日,美国洛克希德HTV-2高超音速滑翔飞行器由“米诺陶”IV Lite火箭发射升空,开始首次飞行试验,但在试验进行到9分钟时飞行器出现失稳,安全系统对其实施指令降落坠海。2011年再次飞行到第9分钟飞行器失稳坠海,HTV-2飞行试验失败后,美国国防部预先研究计划发现声明,认为失败的直接诱因是极高的飞行速度。极高的速度导致气动载荷和热载荷让机体上的部分蒙皮脱落,在飞行器周围诱发了强烈的脉冲激波,导致飞行器突然滚转,扰动强度超出了HTV-2自行纠正的能力。这些异常让飞行安全系统最终降落坠海,但是HTV-2在9分钟的试飞中仍然飞出了20马赫的高超声速飞行,展示出极大的潜力。

  临近空间飞行器是在临近空间区域内飞行并完成攻击、侦察、通信、预警和导航等特定任务的飞行器。近年来,临近空间武器受到诸多军事国家的广泛关注。目前包括美国、俄罗斯、印度、日本、德国等国在助推滑翔飞行器研究和试验等方面已经取得了重大的成就。尤其是以美国、俄罗斯居于领先地位,已进行了多种型号的飞行试验。

  同时美国还有另外一种超燃冲压发动机的波音X-51A高超音速飞行器在2013年5月1日的试验中展示阶段性的成果。在那次试验中,美国空军从一家B-52H“同温层堡垒”上投放了一架X-51,高度60000英尺(18288米)。 X-51达到了5.1马赫的飞行速度。这次实验被美国空军成为“持续最长的吸气式高超音速飞行。”这也是X-51的第4次试验,也是为期9年耗资3亿美元项目的最后一次试验。如今X-51项目预算要告吹了,美国空军期望后续的高超声速飞行器/导弹计划能获得批准。而西方媒体对中国高超声速武器抱着乐观的态度,预测在2020年间将完成。

  美国在冷战时期进行了大量助推-滑翔技术的研究。但直到2003年,美国空军和国防部联合提出了“从本土实施武力发送与应用”技术验证计划,即“猎鹰”(Falcon)计划。在“猎鹰”计划框架下,美军开发了HTV-1、HTV-2和HTV-3X等多种高超音速技术验证机,并利用HTV-2在太平洋上空进行了航程7700千米、高度在大气层边缘、速度达20倍音速的飞行试验。“猎鹰”计划在美军内部形成了强大的“示范”效应,美国陆军、海军、国防高级研究计划局(DARPA)纷纷另起炉灶,研究适合本军种的临近空间助推滑翔飞行器。

  基于上述事实,在高超声速技术方面美国仍然是领先者,美国距离实用化的先进高超声速武器更加接近,尽管目前还有许多技术问题需要解决。其中一个较为突出的问题是,如何实现在如此高的速度下实现精确飞行控制,这直接关系到武器能够精确命中目标。此外,持续的高超声速带来的热量积累也要求人们开发出“超级材料”以便更好的承受搞超声速飞行时气动加热产生的可怕高温。

  苏联在高超音速技术上也做了大量研究工作,俄罗斯继承了苏联的衣钵,在高超音速领域具有很强的研发能力。苏联解体后,俄罗斯便启动了以“4202项目”,开展了代号为YU-70、YU-71的高超音速助推滑翔飞行器研制及试验,并以此为基础发展了“先锋”高超音速助推滑翔导弹。“先锋”高超音速助推滑翔导弹最大速度超过马赫数20,可携带常规或核战斗部,射程达到洲际以上,采用陆基发射,是一型以高超音速滑翔飞行器为弹头、以洲际弹道导弹为助推器的战略级高超音速导弹。据报道,“先锋”高超音速滑翔弹头在飞行过程中能够进行机动,对反导系统具有很强的突防能力。

  中国为何研究高超音速?

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  高超音速武器看似遥远,但是中国距离它其实并不远。早在上世界60年代中国就制造成功了中程弹道导弹,超过半个世纪的研制发展历程使中国对弹道导弹的弹头再入大气层技术有了全面的成熟的了解,而这一技术的核心便是高速条件下的气动热防护和控制技术。在大气层内的高超音速武器毕竟和传统的弹道导弹并不相同,但是这并不构成中国迈向高超音速武器不可逾越的障碍。在美国大举发展高超音速武器的今天,中国不可能无动于衷,依靠自身力量积极发展成为唯一的应对手段。

  美国HTV-2飞行试验概念图(图片来自网络)

  先进武器在战场上或者改变整体面貌,甚至是整个战局发展。能在一个小时之内打击无障碍打击全球的武器,显然超过能提高一支军队的作战效能。高超音速武器将成为未来军事大国的重要标志,美国准备将高超音速武器用于未来快速全球打击系统,俄罗斯也早已经开发高超音速武器系统。美国极有可能在明年彻底完成高超音速的武器化研究工作,而俄罗斯则希望在2020年完成。

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  美国军事的自信危机

  俄罗斯YU-71飞行试验概念图 (来自网络)

  美国在军事技术上长期雄踞全球之首,习惯了以俯视视角观察其他国家军备的发展。如今在中国军力“大爆发”的情况下,心理难以保持平衡。但中国的总体军事实力弱于美国,中国也无心与西方大国展开全面的军备竞赛。这次中国高超声速飞行器试验之后,美国媒体又是第一个“反应”。中国高超声速飞行器被美国媒体称为“杀手锏”武器,而这种宣传非常具有渲染中国威胁论的。

  日本“高速滑空弹”技术原理及其挑战如何?

  目前,西方媒体对于中国高超音速飞行器的报道上,都喜欢称其可放在作为洲际导弹载具来提高突防能力,增加洲际导弹的打击效果。可事实上,世界目前爆发核战争的危险很低,即使有战争的话也大部分都是局部战争。同时洲际导弹的弹头一般都是核弹,弹头容量有限。宝贵的弹头空间不易放入WU-14一类的大型飞行器。

  据日本官方公布的资料显示,高速滑空弹是一种高超声速滑翔武器,使用高性能火箭发动机助推到高超声速,在敌方防空导弹射高之上进行高速滑翔,中段通过GPS/INS制导飞向目标区域,末段高速俯冲攻击“敌舰”。从作战构想看,高速滑空弹具有飞行速度快、突防能力强、打击精度高等诸多作战优势。但就日本现实状况来看,研发这种武器尚面临一系列重大技术挑战。

  中国应该发展高超音速武器

  军事资讯 20

  中国对于高超音速飞行器的研究,可以帮助中国传统的弹道导弹实现华丽转身。中国战略不在依赖洲际导弹,从绝对摧毁的核威慑变成高效准确的常规威慑。在未来中国可能解决的国家统一或者海洋/陆地领土权益问题时,中国尽管没有与西方大国对抗的主观意愿,其客观可能也微乎其微,但中国不得不为这种微小的可能做出预先的准备。

  日本高速滑空弹作战构想图(来自网络)

  如果未来WU-14高超音速飞行器能循序渐进的做到美国HTV-2的设计指标的话,以东风21导弹为基础研发的快舟固体火箭使用这样的高超音速飞行器有效射程可以增加8000千米以上,并具备上千千米的横向机动能力,不仅有效射程可以完美的覆盖美国本土,而且提高了穿透美国陆基中段防御系统、海基中段防御系统和THAAD等陆基末段高层防御系统的突防能力,有效的加强我国二次核反击的实际威慑能力。

  首先是热防护技术。高速滑空弹的速度很高,即使在大气稀薄的高空,气动加热也相当厉害,日本要成功研制高速滑空弹,必须得突破超高速飞行中的热防护技术。考虑到日本进行过多次再入返回试验,以及日本在材料科学上的积累,突破这项技术的问题不大。

  其次是风洞及飞行试验技术。高速滑空弹设计需要大量风洞试验和实际飞行试验的检验,日本的高速风洞倒是有一些,但是长期以来日本始终没有装备和研制过弹道导弹,更别说研制再入机动弹头,实际飞行试验可以说是一张白纸。要在短短的几年内完成研制,光是确定高速滑空弹的气动外形就是一个“拦路虎”。

  最后是高性能固体火箭发动机技术。高速滑空弹所用的初始助推火箭不仅要求发动机比冲高、结构质量轻,还要使用多脉冲技术,满足高速助推和高效滑翔的需求,日本在固体火箭发动机上积累深厚,“标准-3”Block IIA拦截弹的发动机部分就有日本的技术,只不过多脉冲固体火箭发动机对日本还是第一次,最终能否攻克这一技术还存在不确定性。

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