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中国“航母杀手”示威 高超音速的技术竞赛与挑战 – BBC News 中文


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Xinhua

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中国8月26日在南海军演中从陆地向海上目标发射了一枚东风-21D和东风-26B导弹,显示了用导弹导弹攻击海上目标的能力。

最近中国向南海试射了两枚被称为“航母杀手”的弹道导弹,展示威慑力。中国要实现弹道导弹和高超音速武器末端的机动性并且提高精度需要克服哪些技术障碍呢?

中国8月26日在南海军演中从陆地向海上目标发射了东风-21D和东风-26B导弹。这两种弹道导弹具有攻击海上移动目标的能力,因此被称作“航母杀手”。

除了上述两种公路移动的路基“航母杀手”,中国军队还装备了世界第一款超高音速滑翔导弹东风-17。这种导弹在2019年度国庆阅兵中首次亮相,是一种带翼飞标形状的导弹。

中国官媒《环球时报》报道引述“接近中国军方的消息人士”说,从青海发射的东风-26和从浙江发射的东风-21在侦察飞机、雷达、卫星和军舰的引导和协调下锁定并击中海上目标。

报道说,中国的弹道导弹以20倍音速的速度重返大气层,大大增加了反导弹拦截的难度。

等离子和精度难题

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专家说, 带翼类似飞镖的流线体在高速高温状态下能避免在敏感天线部分外壳形成电离层,避免电子信号被阻断中国军队还装备了世界第一款超高音速滑翔导弹东风-17。

美国《国家利益》杂志的编辑、防务专家克里斯•奧斯本(Kris Osborn)撰文说,虽然美国对被称为“航母杀手”的导弹威胁不敢掉以轻心,但是对于导弹能力仍然存在许多疑问。例如,中国报道说,在先进网络和制导系统配合下,导弹有能力作机动飞行并摧毁包括航母在内的海上舰船等移动目标。

奥斯本说,这种能够在导弹飞行中重新瞄准的制导系统是过去几年中出现的最新技术,还不清楚中国军队是否具有这种能够让导弹在机动飞行中精确击中目标的网络能力。

BBC麦克尔•丹普西(Michael Dempsey)的报道也说,提高精度是高超音速导弹研发面临的主要的挑战。

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美国评论员说,虽然不清楚具体技术细节,但中国拥有被称为“航母杀手”导弹的事实本身就足以让美国航母远离中国海岸(美国罗斯福号航母)

虽然中国拥有被称为航母杀手的弹道导弹和超高音速导弹的事实本身足以让美国航母远离中国沿海,但BBC记者报道说,要想击中能够以30节或更高速度(每小时35公里-56公里)航行的核动力航空母舰,导弹需要更精确的飞行轨迹,但对于以5马赫速度飞行的导弹,实现上述机动难度很大。

导弹外壳在高超音速飞行中发热产生所谓的等离子体鞘(sheath of plasma),或在弹头外层形成等离子气包。这种等离子层能够阻挡信号发送和接收,诸如接收卫星通讯信号,这样导弹内部的瞄准系统就无法对移动目标进行探测。

BBC记者丹普西的报道说,高温状态导致等离子增加。锥形的导弹在高速高温条件下外表会均匀产生等离子层,但是带翼类似飞镖的流线体可能会避免在敏感天线部分外壳形成电离层。

材料和冲击波挑战

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2010年美国的B-52轰炸机在高空投掷了被称为X-51A的超高音速飞行器,飞行器使用超燃冲压发动机达到超高音速

高超音速飞行的难点还有许多,如化学离解和冲击波。所谓化学离解就是在高温高速条件下连接化合物的原子分散,这就令高超音速进气发动机工作的化学原理更加复杂。

在2010年美国进行的试验中,高空飞行的B-52轰炸机投掷了被称为X-51A的高超音速飞行器,飞行器先使用火箭加速达到4.5马赫的速度,然后主要启动超燃冲压发动机。空气高速流入冲压发动机的进气道,发动机内部燃料燃烧后,加速的空气向后喷出达到高超音速。

这意味着几分钟内进气温度达到1,000摄氏度。X-51A飞行器在高超音速的高温状态下飞行了5分钟。丹普西报道说,五分钟在长途飞行中并不算长,但是在克服高超音速飞行障碍中就是个了不起的成功。

据中国媒体报道,去年亮相的东风-17导弹也使用了高燃冲压发动机技术。

研发X-51A高超音速飞行器的航空喷气公司(Aerojet Rocketdyne)是位于美国加利福尼亚的一个高度保密的公司。丹普西报道说,该公司的雇员在X-51A试验过后7年才在匿名情况下发表意见,这足以说明高超音速技术的敏感和保密性质。

该公司的一个高超音速专家这样描述X-51A:“飞行器真正炽热的部分是形成冲击波的头部,所以那就是材料研究投入的所在。”

高超音速未来发展

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USAF

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X-51A的高超音速飞行器

英国反应发动机公司(Reaction Engines)正在研发一种被称为“佩刀”的高超音速发动机。他们借鉴了美国1960年代X-15火箭飞机和航天飞机项目的经验。该公司已经掌握了一种能够让航空发动机在超高音速吸入超高温气体而不出故障的技术。

反应发动机公司在美国业务的负责人迪塞尔(Adam Dissel)说,“佩刀”式发动机安装了被称为“前冷却器”的部分,即发动机最先遇到高超音速高温空气的部分。

2019年10月反应发动机公司在美国科罗拉多的试验场对“佩刀”发动机进行模拟高超音速空气流速的严苛测试。他们把超音速航空发动机固定在地面,后面喷射出气体进入“佩刀”发动机的进气口。

这时候“佩刀”发动机的前冷装置发挥作用,将冷却剂通过导管高压送入发动机系统,在发动机内部实现空气和燃料混合。

这种发动机对材料要求十分复杂。航天飞机应对高温高速的办法是使用了一种烧蚀防热复合材料制成的陶瓷瓦做外层保护,应付重返大气层期间白热化的环境。

除了抗烧蚀防热复合材料,另外一种办法是使用被称为英高镍合金(Inconel)的一种镍合金应对像火山岩浆那样炽热的高温气流 。

迪塞尔说,反应发动机公司采纳了英高镍合金和冷却渠道降温技术。他认为复杂的热处理系统加上英高镍合金是未来高超音速发动机的发展方向。

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