[科普中国]-形形色色的高超声速武器（五）：高超声速空间进入武器-

出品：科普中国

作者：岳江锋

策划：宋雅娟

监制：光明网科普事业部

以小型空天飞机为代表的高超声速空间进入武器是高超声速武器的又一重要分支，具有可重复使用、发射成本低、功能角色多样等显著优势。近年来，以美国为“领头羊”，一些先进军事国家积极探索高超声速空间进入武器的发展和应用，并已取得显著进展。

X-37B飞行器：未来多用途太空战斗机的雏形

X-37B飞行器外观图（图片来自网络）

X-37B飞行器是美国波音公司研制的无人驾驶且可重复使用的太空飞机。该机由火箭发射进入太空，既能作为航天器，在地球卫星轨道上飞行；又能作为航空器，进入大气层进行临近空间飞行；同时结束任务后还能自动返回地面，被认为是未来“太空战斗机”的雏形。X-37B外形酷似美退役航天飞机轨道器的迷你版，共制造了两架。每架X-37B长约8.9米，高约2.9米，翼展约4.5米，质量约5吨，设有皮卡车厢大小的有效载荷舱，要装在火箭整流罩内垂直发射，在轨飞行期间由砷化镓太阳能电池和锂离子蓄电池供电，完成任务后可像航天飞机一样滑翔返回并在跑道上水平着陆。它的运行轨道高度通常在320～400千米之间。

X-37B飞行器具有适应在稀薄大气层飞行的高升阻比气动布局，可长时间在轨飞行，并以很高的再入速度在临近空间作高超声速远距离滑翔甚至跳跃式的机动飞行，最大飞行速度可达20马赫以上，飞行高度在30～100千米之间，这种飞机最终可演变为“从天而降”的对地打击武器。X-37B在轨道上飞行的时间长，可以携带核武器。由于游弋在空天，可将导弹的飞行时间压缩至几分钟，从而使现役和未来的反导系统猝不及防。此外，目前的导弹早期预警系统也无法锁定从空天飞行器上发射的导弹。

X-37B飞行器内部构造图（图片来自网络）

自2010年以来，美国已经开展了5次X-37B飞行器的在轨飞行试验任务（OTV）。前四次OTV飞行试验连续打破任务记录，其中第四次飞行试验（OTV-4）在轨时间长达718天。截止到OTV-4返回，OTV任务在轨时间总计长达2085天。第五次飞行试验（OTV-5）任务于2017年9月7日启动，目前已经在轨飞行600多天，尚不知何时返回地面。虽然外界对该计划的任务细节知之甚少，但据美国航天网称，由于其与施里弗空军基地联系密切，该基地以天基演示实验和收集太空情报闻名，因此X-37B飞行器可能会被用于情报收集目的。

试验太空飞机：未来低成本太空运输机的雏形

试验太空飞机（图片来自网络）

2013年11月12日，美国国防部先期研究计划局（DARPA）发布“试验太空飞机”（XS-1）项目方案征询公告。XS-1项目旨在研制试飞一型无人驾驶的完全可重复使用空天运载飞行器：其尺寸与公务机相当，能够完全依靠自身动力像运载火箭一样垂直起飞，而无需附加任何外部助推器；飞行器起飞后可持续加速至高超声速，并爬升至亚轨道高度，然后释放一个一次性使用的上面级，由该上面级最终将3000磅（约1.35吨）载荷送入地球轨道；与此同时飞行器再入返回，像飞机一样水平降落，并能够在数小时内做好执行下一次飞行任务的准备。

根据方案设想，未来的太空飞机最终能够在10天内进行10次飞行，并以低于500万美元的价格，将有效载荷送入近地轨道, 其中包含了一次性使用的上面级的成本。为达成该目标，科研团队计划广泛吸纳军用飞机在追求可靠性和快速周转时间上的常用技术。例如尽量采用可更换的子系统部件设计，以便可以快速维护和修复。XS-1技术验证机的推进系统将采用洛克达因公司研制的AR-22发动机，该发动机实际上是航天飞机主发动机SSME的改型。

其他国家发展空天飞行器的尝试

HIFiRE飞行器（图片来自网络）

近年来，其他一些先进军事国家与美国密切合作，积极开展空天高超声速发动机技术的研发，为研制未来型空天飞行器做准备。2006年11月，由美国空军研究实验室和澳大利亚国防科学技术部（DSTO)联合管理，美国航空航天局、德国航空航天中心、英国BAE系统公司等参加，并由美国波音公司和澳大利亚昆士兰大学（University of Queensland）为主要承担单位，发起了一项大名鼎鼎的国际高超声速飞行研究试验计划——“高超声速国际飞行研究试验”（Hypersonic International Flight Research Experimentation，简称HIFiRE）计划。

HIFiRE计划的目的是，提供一个低成本的高超声速飞行试验平台，对高超声速飞行的现象进行研究，以增加对高超声速飞行的基础问题和物理现象的理解。通过这个计划，将拓展高超声速飞行数据库，提高模拟高超声速飞行的建模能力和提高其模拟方法的精度，验证高超声速飞行的飞行环境及其关键技术。这个计划通过循序渐进的项目安排，逐步增加高超声速飞行试验的复杂程度，最后期望实现超燃发动机（Scramjet）的持续自主飞行，为研制下一代空天飞行器奠定技术基础。