过去几年,美国国防部 (DoD) 采取了雄心勃勃的举措,开发和部署高超音速技术,以支持各种国家安全任务。高超音速武器机动性强,在地球大气层内飞行速度至少为音速的五倍,即 5 马赫,可在短时间内造成远程致命影响。尽管最近做出了这些努力,但国防部在大规模部署高超音速系统方面的承诺往往摇摆不定。有些年份,这是一个明确的优先事项,而其他时候,这一承诺却模棱两可。因此,当前的供应链,包括制造基地、关键材料供应、测试基础设施和劳动力,都无法支持国防部的雄心勃勃的计划。这并不是说不可能,而是必须采取重大措施来加强高超音速供应链。为了纠正关键的高超音速供应链漏洞,政府、工业界和学术界之间采取全面协调的方法至关重要。这种整合将促进高超音速系统以经济高效和可靠的方式生产。如果现在采取行动,国防部的高超音速愿望将触手可及。以下列出了有关高超音速供应链漏洞的最重要发现以及解决这些漏洞的建议。
中国航空研究院制作 如需更多副本,请直接咨询中国航空研究院院长,空军大学,55 Lemay Plaza,蒙哥马利,AL 36112 所有照片均根据知识共享署名-相同方式共享 4.0 国际许可证或版权法第 107 条的合理使用原则获得非营利性教育和非商业用途许可。 其他所有图形均由中国航空研究院制作 封面艺术由 BluePath Labs 制作 电子邮件:Director@CASI-Research.ORG 网址:http://www.airuniversity.af.mil/CASI https://twitter.com/CASI_Research @CASI_Research https://www.facebook.com/CASI.Research.Org https://www.linkedin.com/company/11049011 免责声明 本学术研究论文中表达的观点为作者的观点,并不一定反映美国政府或国防部的官方政策或立场。根据空军指令 51-303《知识产权、专利、专利相关事项、商标和版权》的规定,本作品属于美国政府所有。有限的印刷和电子发行权 复制和印刷受 1976 年《版权法》和美国适用条约的约束。本文及其所含商标受法律保护。 本出版物仅供非商业用途使用。未经授权,禁止在线发布本出版物。允许将本文档复制用于个人、学术或政府用途,前提是文档未经修改且完整,但复制时必须注明作者和中国航空航天研究所 (CASI)。复制或以其他形式重复使用其任何研究文件用于商业用途,必须获得中国航空航天研究所的许可。有关重印和链接权限的信息,请联系中国航空航天研究所。 允许公开发布,无限分发。
拉里·M·沃泽尔博士拥有 32 年的杰出军事生涯,于 1999 年以陆军上校身份退役。他毕业于美国陆军战争学院,在佐治亚州哥伦布学院获得学士学位,在夏威夷大学获得硕士和博士学位。他在军事领域的最后一个职位是美国陆军战争学院战略研究所所长。他目前是美国外交政策委员会亚洲安全高级研究员。在海军陆战队服役三年并上过大学后,沃泽尔博士于 1970 年开始职业生涯,担任美国陆军安全局中士,负责评估中国的政治和军事事件,并在越南战争期间收集有关中国在老挝和越南军事活动的通讯情报。在步兵军官候选学校、游骑兵和空降训练之后,他担任了四年的步兵军官。 1977 年,他重返军事情报部门。在印度太平洋战区,他曾在第 27 海军陆战队第 3 营、泰国第 7 无线电研究野外站、韩国第 9 步兵团第 1 营、美国太平洋司令部服役,并曾驻新加坡国防武官处任职,并曾两次担任美国驻华大使馆武官。退役后,沃泽尔博士曾担任亚洲研究中心主任,后担任美国传统基金会副总裁。2001 年 11 月至 2020 年 12 月期间,他担任国会任命的中美经济与安全审查委员会委员。
最近,研究人员使用细长的静压探头在 Longshot 高超声速风洞的自由流中进行测量。他们发现,压力大于假设等熵喷嘴流获得的理论值。现在研究了喷嘴膨胀过程中流动凝结的存在,这可能是非等熵性的来源,以解释自由流静压不匹配。研究了不同的停滞温度,它们会延迟或促进流动成核。经证实,Longshot 风洞的标准操作条件没有凝结。在较低停滞温度下进行的实验成功促进了氮的凝结,静压探头可以检测到。与异质成核理论一致,已经实现了微弱的流动过饱和。证明了静压探头的精确性能及其对高超声速流动表征的实用性。
第 26 届 AIAA 国际太空飞机和高超音速系统和技术会议将于 2025 年与 AIAA 科学技术 (SciTech) 论坛和博览会同期举行,将为来自世界各地的与会者提供一个讨论和交流信息的论坛,讨论与太空飞机和高超音速大气飞行器相关的前沿研究和开发活动以及这些能力的基础技术。会议将介绍来自北美、南美、澳大利亚、欧洲和亚洲的国家计划,并讨论多种国际合作机会。技术论文主题包括计划中和正在进行的航天飞机和高超音速飞行器计划、先进运载火箭和高超音速大气飞行器概念、商业太空旅游概念、地面和飞行测试技术、结果和经验教训、再入飞行器系统和技术、航天飞机和高超音速飞行器的空气动力学和气动热力学、制导和控制系统、火箭、冲压发动机、超音速冲压发动机和其他先进推进系统,包括组件技术(例如进气口、燃烧系统、燃油喷射概念、点火和火焰稳定概念、喷嘴)、高温材料、热结构和热保护系统、健康监测和管理技术等。将围绕全球关注的相关主题组织特别小组会议。
2020 年,北约科学技术组织应用飞行器技术 (AVT) 专家组 008 (ST008) 将高超音速飞行器定义为“在非弹道弹道的大部分时间里在大气层内飞行,速度至少达到音速的五倍”。5 在这里,高超音速飞行器被细分为众所周知的高超音速滑翔飞行器 (HGV) 和高超音速巡航导弹 (HCM)。此外,第三组混合威胁也称为航空弹道导弹,被定义为介于弹道导弹和 HGV 之间的武器,兼具两者的特征。无论是从物理角度还是能力角度描述高超音速威胁,从军事角度来看,一般只有三个方面很重要:• 效应器的生存能力如何?• 效果能多快产生?• 可以产生哪种效果?
2023年5月,HYDIS联盟联合来自14个欧洲国家的19个合作伙伴和20多个分包商,在2023年欧洲防务基金框架内提交了一项用于对抗新兴高度复杂威胁的大气层内拦截器的架构和技术成熟度概念研究。2023年7月12日,欧盟委员会宣布已选定该项目并给予资助。该联盟由欧洲导弹集团 (MBDA) 协调,提出了 HYDIS²(高超音速防御拦截器研究)项目,该项目汇集了国防团体、机构、中小企业、中型企业和大学。该联盟汇集了整个欧盟最优秀的导弹专家。法国、德国、意大利和荷兰已签署意向书并就初步共同要求达成一致,确认了他们的支持和参与。 HYDIS 2 的目标是研究不同的拦截器概念并完善相关关键技术,以便提供最佳的反高超音速和反弹道拦截解决方案,满足四个成员国(法国、意大利、德国和荷兰)的需求,同时考虑到欧洲 TWISTER 能力计划。该项目是欧洲国家为保卫民众和武装部队的使命做出贡献的核心要素,特别是针对与弹道威胁相比具有根本性变化的新兴高超音速威胁。 HYDIS² 联盟汇集了来自 14 个国家的 19 个合作伙伴和 20 多个分包商。合作伙伴包括阿丽亚娜集团 (ArianeGroup)、AVIO、Avio Aero、Bayern-Chemie、CIRA、DLR、GKN Fokker、LYNRED、MBDA España、MBDA France、MBDA Germany、MBDA Italia、OHB System AG、ONERA、ROXEL France、THALES LAS France、TDW、THALES Dutch 和 TNO。 HYDIS² 参与了 AQUILA 项目,该项目为多个欧洲国家提出了反高超音速拦截器概念,同时还与其他 MBDA 防空产品一起开发了全球区域防御产品组合。
Gerstner 女士拥有海军材料工作经验,曾为海军航空系统司令部 (NAVAIR) 和海军海上系统司令部 (NAVSEA) 从事研究、开发、测试和评估 (RDT&E)、在役工程和解决问题等工作。2007 年至 2011 年,Gerstner 女士在 NAVAIR China Lake 材料工程部担任材料工程师。随后,从 2011 年到 2019 年,她在 NSWC Carderock 分部非金属材料分部担任陶瓷组材料工程师,同时担任代理分部负责人。2019 年,她成为 NSWC Carderock 分部新成立的先进系统和传感器材料分部的分部负责人,该分部于 2022 年更名为高超音速和先进系统材料分部。她是公认的高级材料工程主题专家,研究以下海军武器系统的超高温材料:导弹防御局 (MDA) AEGIS-BMD SM3 Blk IB、SM3 Blk. IIA 以及各种防御性和进攻性高超音速飞行器。她的专业知识和经验包括陶瓷、陶瓷基复合材料、用于高速飞行器热保护系统的难熔金属和合金、导弹推进材料、前缘和飞行器鼻尖。
导弹及其技术控制制度 (MTCR) 是各国寻求防止导弹和无人驾驶飞行器 (UAV) 扩散的主要多边出口控制制度。近年来,高超音速导弹在 MTCR 和军备控制讨论中受到越来越多的关注。高超音速导弹通常结合了以 5 马赫(即五倍音速)及以上速度进行长时间飞行的能力,以及能够以可变飞行剖面的方式进行机动的能力。高超音速导弹系统主要有两种类型:高超音速助推滑翔系统和高超音速巡航导弹 (HCM)。高超音速助推滑翔系统通常由弹道火箭助推器和高超音速滑翔飞行器 (HGV) 组成。HCM 是通常使用吸气式超音速冲压发动机的巡航导弹。尽管这两种类型涵盖了目前正在开发的大多数高超音速导弹系统,但可能存在一系列结合不同推进系统、弹道和滑翔能力的高超音速导弹设计。高超音速导弹既被设想作为能够确保二次打击能力的核武器运载系统,又被设想作为常规精确打击或快速反应武器。
表 4:开发和部署原型高超音速武器系统面临的技术挑战及相关缓解措施 17 表 5:开发和部署高超音速武器的进度挑战及国防部相关说明 19 表 6:开发和部署高超音速武器的成本估算挑战及相关缓解措施 21 表 7:开发和制造高超音速武器及相关缓解措施面临的人力资本和工业基础挑战 23 表 8:开发和部署高超音速武器及相关缓解措施面临的飞行和地面测试挑战 25 表 9:参与高超音速武器相关技术开发的美国政府机构 30 表 10:国防部高超音速发展主要协调机制 32 表 11:美国高超音速武器发展情况总结武器原型 46