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发信人: ramjet (德芙), 信区: Aero
标  题: 骇人听闻的美国高超音速技术发展计划
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月10日08:55:42 星期四), 站内信件

    1947年10月14日美国X—1飞行器首次突破音障，实现了超音速飞行。1949年4月21日法
国人设计的第一架由冲压发动机推进的有人驾驶飞行器从SF—16l运输机背上起飞，开
创了冲压发动机实际应用的新纪元。　　
随后在50年代初，费里又首先提出了超音速燃烧概念。这些技术的出现为高超音
速飞行器的研究奠定了基础，也为人类实现高速飞行展示出美好的前景。目前世界各
国纷纷从事这方面的研究，其中美国走在了最前面。
　　冷战期间，美国为争夺技术霸权和军备竞赛的需要，制定了许多高超音速技术研
究计划，虽经几番挫折，但在关键技术上还是取得了重大突破。目前美国正凭借其雄
厚的资金和技术基础，实施多项高超音速研究计划，全力开展这方面的研究和试验。

　　高超音速研究发动机计划
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　　1964年，美国国家航空航天局(NASA)为了加快吸气式发动机技术研究，以兰利中
心为牵头单位实施了一个高超音速研究发动机计划。该计划的主要目的是验证冲压发
动机在飞行马赫数为4—8时的推力性能。同时，开展发动机理论和应用研究；获取地
面和空中飞行的试验数据3在计划的最后阶段，拟以X—15A—2飞机作为试飞器进行飞
行试验。
　　高超音速研究发动机是轴对称式发动机，通过可移动式整流中心锥来调节进气道
的工作状态。
　　飞行试验共进行过2次，第一次只是考核X—15A-2飞机的控制能力。第二次飞行试
验的飞行马赫数为6~8。由于激波交叉的影响，飞机与发动机挂架发生结构性损伤，致
使在飞机着陆时，发动机从飞机下方脱落。1968年1月，X—15飞机研制计划取消，转
入单项技术研究项目。1979年4月22日，经历15年的高超音速研究发动机计划终于寿终
正寝了。但其丰富的超燃冲压发动机研究经验成了后来美国国家航天飞机计划的基础
。
　　超燃冲压发动机导弹计划
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　　美国海军从1961年便开始了以超燃冲压发动机为动力装置的导弹研究，又称为高
超音速舰对空防御计划，打算研制两种导弹，1种能从“黄铜骑士”MK12发射架上发射
，另一种则要与“鞑靼人”MK10发射系统兼容。
　　虽然超燃冲压发动机导弹试验研究取得了重大技术突破，但由于受到总体技术水
平的限制，影响了它的应用前景，加上许多政治因素，1978年结束了长达18年的超燃
冲压发动机导弹研究计划。

　　国家航天飞机计划
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　　为了争夺宇宙空间资源，美国一直在进行空间往返系统的开发。美国现役航天飞
机都是由大型运载火箭背驮起飞的，运输成本高昂，另外到2015年现役航天飞机将超
期服役，因此，探索下一代低成本实用方案迫在眉睫。新的方案要考虑的因素有：航
天飞机可重复使用；使用单级系统，降低维护与使用费用；在大气层内采用吸气式发
动机提供动力；采用水平起落；考虑可靠性和可重复使用性，将载人与载货系统分开
。
　　航天飞机是多用途的，它将面临超燃冲压发动机等一系列技术难题。为此，美国
于1985年开始实施庞大的“国家航天飞机计划”。
　　该计划的主要目的是开发一种可完全重复使用的、单级、水平起落的以超燃冲压
发动机推进(大气层内)的新一代航天飞机。
　　这项计划是一个大投资、大风险的长远计划。从计划实施的那天起，就伴随着喋
喋不休的争论。主要分歧集中在可行性、进度与经费方面。原计划每年要投资25亿美
元以上，试飞器X—30飞机要在1996年完成。前几年的投资力度较大。后来面对难以克
服的技术问题和无限制的进度拖期，决策层的信心发生了动摇，本来就持不同意见的
国会议员也趁机发难。1992年总经费削减了30％，1993年经费继续大幅度削减，到19
94财年，计划的总经费就只剩下8000万美元了。
　　在一片反对的呼声中，l993年5月美国国会举行了多次听证会，分析计划的前景。
在该计划的实施过程中，以国会、军方为代表的一方与研制公司的观点是不同的。前
者强调了政治影响和飞行试验带来的轰动效应，而对技术实现的难度估计不足。而国
家航空航天局等研究单位又多是从后者考虑问题的。面对国会与军方的压力，国家航
空航天局对计划方案进行了修改。该局认为，当前应把主要的精力和财力集中在解决
关键技术上，而不是集中力量先搞出X—30试验飞机。这样每年有3—5亿美元的经费就
可以维持计划的实施。在经费不足和技术问题没有基本解决之前，国家航空航天局建
造试验航天飞机是不现实的。但国会也反对以上方案，他们认为下一步的工作重点应
转入全尺寸航天飞机研制，以便及早进行有人驾驶的高超音速飞行实验。
　　在争论的过程中，也有人曾提出过简化的航天飞机方案，即所谓“5—50—8”方
案(5年时间—50亿美元—8万磅(36．2吨)起飞质量)。但国家航空航天局从技术难度分
析后认为这过于冒险。1993年，几家公司也曾提出“小型轨道研究飞行器”方案，但
未获得通过。
　　国家航天飞机计划是一个庞大的宇宙空间开发计划。巨额的经费和技术复杂性使
计划从一开始就留下了阴影；技术途径的争论、政治干预、进度拖期，使该计划一波
三折。
　　后来，以x—30飞机研制计划下马为先导，1995年轰轰烈烈达十年之久、耗资数百
亿美元的国家航天飞机计划在无奈中停止了。
　　1995年后，美国在总结“国家航天飞机计划”正反两方面经验的基础上，在发展
和应用高超音速技术方面采取了较为稳妥的循序渐进策略。
　　在美国国家委员会的建议下，美国从1996年开始了新的高超音速技术发展计划，
作为第一阶段，首先选择巡航导弹为突破口，而后转入其它飞行器与天地往返运输系
统。

　　快速反应导弹演示器计划
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　　1996年国防高级研究计划局的战术技术办公室制定了一个快速反应导弹演示器计
划。计划的目的是研制一种马赫数为6—8的高超音速导弹武器。它采用碳氢燃料的超
燃冲压发动机。
　　在这一计划中投标的公司有休斯公司、马夸特公司、洛克希德·马丁公司、航空
喷气发动机公司、波音北美公司和普惠公司等。研制计划分空军计划与海军计划两部
分。
　　空军计划:
　　空军的高超音速发展计划称为高超音速技术计划，是在x—30国家航
天飞机计划取消后提出的。该计划的重要组成部分是研制新一代飞行速度为8马赫的巡
航导弹。1996年制定的研制进度是：2000年前后，完成高超音速技术发展计划论证，
随即开展导弹的研制工作；2007年前后，完成样弹的飞行试验；2010(2015)年，高超
音速空对地巡航导弹初具作战能力。前几年，集中力量研究开发短寿命发动机，希望
用在射程1300公里、发射质量1300公斤、可从轰炸机或战斗机上发射的巡航导弹上。
空军型方案拟采用升力体方案，由固体火箭助推器加速到4马赫后，超燃冲压发动机点
火，随即导弹以8马赫的高速巡航飞行。
　　海军计划:
　　海军提出的发展计划不象空军那样把起点定在8马赫，而是提出以6
马赫为目标的巡航导弹。该计划分两步走，第一步先搞4马赫(如快速“霍克”)的导弹
，第二步再搞速度6马赫的导弹。1997年年底，美国海军空战中心武器部与海军水面战
中心分部共同邀请了有关专家制定了一个为期6年的“高超音速武器技术”计划，它是
国防高技术研究计划局快速反应导弹演示器计划的一个支持项目。其目的在于为发展
空中、水面和水下平台发射的价格可接受的高超音速武器打下基础。计划制定后，海
军空战中心武器部在1998年授予了承包商一系列的合同，进行超燃冲压发动机系统、
弹体／结构、制导／控制系统、战斗部的研究。该计划拟定的进度是：2000年成为一
项有自主权的研究项目，进行2年方案论证；2003年开始降低风险研究；2004~2008年
进行工程研究；2010年达到初步的作战能力。高超音速导弹是新一代的海军导弹武器
系统，服役后就可能成为“捕鲸叉”、“斯拉姆”、“斯拉姆”ER、BGM—109C／D“
战斧”对陆攻击导弹、“杰索”、“贾斯姆”导弹的替代品，看来海军对高超音速巡
航导弹的态度比空军要积极。在这一发展计划的指导下，海军曾抛出“神剑”、快速
“霍克”导弹等几个具体方案。
　　快速“霍克”导弹采用串联火箭—冲压发动机，弹身无弹翼。弹长6．5米，弹径
530毫米，发射质量小于1587公斤3最大射程1260公里，最小射程92~111公里。它可从
洛克希德·马丁公司的MK14导弹发射箱发射。助推器将导弹加速至3000米高度时自动
脱落，弹长变为4．2米，冲压发动机点火，导弹继续加速至24000米的巡航高度，以4
马赫的速度巡航飞行约18分钟，最后按预编程序以45°~90°冲角、1220米／秒(3．6
马赫)末速度俯冲攻击目标。据美刊报道，当导弹以上述速度在24000米以上的高空高
速飞行时，有很强的突防能力，俄罗斯现役的SA—10和SA—12防空导弹难以对其进行
有效拦截。高的俯冲动能使导弹攻击某些月标不需战斗部仍可达到良好的破坏效果；
对于加固目标或深埋的地下目标，可装315公斤侵彻战斗部，利用动能和爆炸威力的组
合效应破坏目标；对于沙土地最大贯穿深度可达40米。
　　综台方案:
　　美国空军和海军均提出了各自的高超音速巡航导弹方案，反映了各
自的战略思想与作战需求。美国国防部要求海军和空军的计划都要纳入国防高级研究
计划局的快速反应导弹演示器的开发计划中。l四8年8月，计划局选择波音公司对海军
和空军的方案进行论证，然后择其一。
　　一种方案是基于空军的高超音速技术，采用扁平的驾波体外形，经过吸热处理的
冷结构以及普惠公司的超燃冲压发动机。另一种方案是采用航空喷气发动机公司研制
的不冷却轴对称双燃烧室亚燃承超燃冲压发动机推进的圆柱体形导弹，这反应下美国
海军的要� 求
　　快速反应导弹演示器计划的目标是为低成本导弹铺平道路，即生产3000枚导弹的
目标单价为20万美元，这一价格仅是亚音速AGM—158“贾斯姆”联合空对地防区外发
射导弹的一半。这种导弹适合所有发射模式，并能以亚音速布撤子弹药。这一方案需
要同时满足海军和空军要求，它是一个折中方案。美国海军的战术飞机限定了导弹的
最大质量，空军的轰炸机限定了其最大长度，海军的垂直发射系统限定了其弹径。
　　经过波音公司的论证，最后选择了升力体的气动布局，但它的结构尺寸小于空军
方案的。空射型助推器位于弹体外侧凹槽中，舰射型和浴射型采用串联助推器。该导
弹射程为1200公里，巡航硕�6．5马赫，战斗部质量为113公斤。这一计划尚未命名。

　　在国防高级研究计划局做出方案选择后，海军立即于1998年9月宣布终止了“快速
霍克”研制计划，空军也在2000年的预算中取消了高超音速技术计划经费。

　　“高超音速”—X计划
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　　国家航空航天局的“高超音速”—X计划，目的是在飞行环境下演示和
验证以双模态超燃冲压发动机为动力的试验飞行器的总体性能，并研究高超音速飞行
器的设计方法和试验手段。计划研制的试验飞行器呈升力体外形，现已完成模型的风
洞试验，即将开始飞行验证试验。
　　作为航空航天局的“高超音速”—X研究计划的一部分，该局即将完成3个X—43高
超音速试验飞行器中的第一个的研制工作，原计划于2000年初对与机体一体化的超燃
冲压发动机进行飞行试验。
　　航空航天局这一为期5年的“高超音速”—x研究计划的主要目的是研究并演示可
使吸气式发动机用于高超音速飞机和可重复使用的空间飞行器中的技术。据该局称，
吸气式高超音速飞行器比常规火箭推进的发射系统质量更轻，能携带更多的载荷。
　　该项目旨在实现3个重要目标：对设计的飞行器进行飞行鉴定；改进设计方法，如
开发先进的程序软件，以改进超燃冲压发动机推进的飞行器的设计；降低、预测和分
析高超音速飞机的空气动力、推进系统、结构和一体化发动机飞行器系统有关的风险
程度。
　　兰利研究中心为“高超音速”—X计划的牵头单位，德赖登公司负责研制X—43试
飞器和进行所有空中试验。原计划首次飞行试验于2000年一季度在太平洋西靶场进行
。3个X—43飞行器是可自主飞行的，可按预编程飞行1296—1852公里，可遥测500个通
道的数据。据计划，首次飞行速度可接近7马赫(海平面8045公里／小时)；第二次飞行
速度为7马赫。两次飞行高度均为29000米。第三次飞行高度为33500~36600米，速度为
10马赫。
　　每个X—43试飞器都与轨道科学公司制造的X—15“飞马”运载火箭第一级上装的
专用适配器相连。B—52飞机将X—43飞行器和“飞马”运载火箭携带到初始工作高度
发射。火箭点火助推，X—43飞行器与火箭脱离后开始短时间的无动力飞行，为有动力
试验程序做准备。在有动力试验中，超燃冲压发动机将工作5~10秒，将试飞器加速到
高超音速。超燃冲压发动机工作后，X—43试飞器将按指令进行一系列机动飞行，然后
受控减速、下降，落至加州海岸外的洋面上。3个X—43试飞器均不回收。
　　据报道，高超音速—X计划不能按期完成。另外，虽然空中飞行试验是主要目标，
但在之前还有许多地面试验、风洞试验要做，还有许多关键技术需要攻克，所以它并
不是一个短期计划。
　　高超音速飞机计划该计划由波音公司在国家航空航天局和空军的支持下进行，目
的是研究飞行速度10马赫的高超音速飞机，现已完成方案研究。据项目负责人称，充
分利用国家航天飞机计划所演示的关键技术，10马赫飞机的设计目标是完全可以实现
的。
　　低可观察的飞行试验计划该计划在国家航空航天局和空军的支持下由精密自动化
公司实施，旨在研究高超音速飞行器的操纵和飞行控制等问题。该计划的核心部分是
研制驾波构形试验飞行器。另外，美国的其他科研机构也在积极探索各种方案。从需
求和技术发展的可能性看，美国有可能在加o年前后研制成实用的高超音速飞机。
　　跨大气层飞行器和航天飞机计划该计划由美国空军研究实验室实施，并打算从2
008年开始设计跨大气层飞行器，从2014年开始研制航天飞机。预计，跨大气层飞行器
和航天飞机有可能在2025年前后研制成功。

　　美国“阶跃”式发展的缘由
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　　美国新的高超音速计划确定把巡航导弹作为突破口。这样，美国从以“战斧”为
代表的亚音速巡航导弹直接跳跃到飞行速度为5~8马赫的新一代高超音速巡航导弹，推
进系统从涡喷、涡扇发动机发展到超燃冲压发动机，中间省去了一个以亚燃冲压发动
机推进的超音速的巡航导弹的研制阶段。这种“阶跃”式方案与俄罗斯的“渐进”方
案有所不同，这样的差异是由多种因素决定的。
　　选择高超音速巡航导弹为突破口，最终实现研制出用于重复使用的天地往返系统
的目标。美国一直瞄准空间资源的争夺。海湾战争与前苏联解体后，两霸变为一霸。
在俄罗斯经济困难的情况下选择高速导弹为突破口，既较易于实现，又为航天飞行器
研究奠定基础，美国希望借此能够独吞制空、制天权。
　　1991年的海湾战争以后，战争模式发生了很大变化，信息战贯穿全过程。作战管
理、指挥控制、通信和情报部门将成为战争的神经中枢，发挥着越来越大作用，因此
它也必然成为交战双方打击重点。在双强对抗的情况下，指挥中心等战略目标必然向
地下转移。发展高超音速巡航导弹，可以弥补亚音速巡航导弹速度低、空防能力差及
对以上目标作战效能不足的缺点。
　　据估计，美国不会步俄罗斯的后尘。俄罗斯有几十年的亚燃冲压发动机和超音速
巡航导弹研制经验，如美国还要走超、高超巡航导弹方案之路，就等于在俄罗斯后面
爬行。尽管它的技术与经济实力不容质疑，但充其量只能与俄罗斯势均力敌，不会得
到丰厚利益。而如果把起点定在高超音速巡航导弹上，有具体的目标背景来开发，多
年的基础研究成果就可以得到应用，在2015年前研制出6~8马赫的高超音速巡航导弹是
完全可能的。
　　从经济效益来看，选择“阶跃”式发展是合适的，防止人力、财力分散，不会丧
失抢占“军事制高点”的时机，可以使美国继续保持优势地位。高超音速巡航导弹将
是美国2015年后有威慑的进攻性武器。
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              在这个时代
              如果你要为社会做一点贡献的话
              那么就想办法
              让你和你爱的人
              好好的活着

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※ 修改:·ramjet 於 05月10日09:00:24 修改本文·[FROM: 202.118.237.3]

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