臨近空間

在20世紀(jì)末期，臨近空間概念引起了人們廣泛關(guān)注。今天，臨近空間已成為軍備競賽的重要區(qū)域，高超音速巡航導(dǎo)彈成了競賽的主角。

近年來，臨近空間的特殊戰(zhàn)略價(jià)值已經(jīng)受到許多國家的高度重視，臨近空間和臨近空間飛行器因其顯著的特點(diǎn)和潛在的軍事價(jià)值也成為許多國家關(guān)注的熱點(diǎn)。美國、俄羅斯、歐洲、日本、以色列等國家和地區(qū)都投入了大量經(jīng)費(fèi)，積極開展臨近空間飛行器的研究。從總體上看，各國還處于技術(shù)攻關(guān)階段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，臨近空間武器將成為未在未來戰(zhàn)爭成敗的主宰。

曾被遺忘的空域

所謂“臨近空間”（Near Space）通常是指距地球表面20～100千米的空域，包括平流層（12～50千米）的大部分、中間層（50～80千米）的全部區(qū)域和部分電離層（熱層，80～1000千米）。在平流層，在20千米高度以下氣溫不隨高度變化；20～32千米，溫度隨高度有所上升；層內(nèi)沒有水蒸氣，沒有雷電氣象變化，也沒有大氣上下對(duì)流，只有水平流動(dòng)。在中間層，空氣的質(zhì)量只有大氣質(zhì)量的千分之一，溫度先隨高度升高，而后有下降。

臨近空間的空氣稀薄、大氣雜質(zhì)少、環(huán)境溫度變化復(fù)雜、臭氧和太陽輻射強(qiáng)。傳統(tǒng)航天與航空飛行器無法飛行，技術(shù)難度大。小于20千米的區(qū)間是航空器飛行區(qū)域，屬國際航空法管理的區(qū)域；而大于100千米則是航天器的空間區(qū)域，歸國際空間法管理。就當(dāng)前而言，臨近空間是“航空飛機(jī)夠不著、航天飛行器摸不著”、過去幾乎被人們遺忘的區(qū)域。

在臨近空間范圍完成特定飛行任務(wù)的飛行器被稱為臨近空間飛行器，它有多種分類方法。其中，按其速度可分為低動(dòng)態(tài)（柔性浮空器、高空氣球、高空飛艇、高空長航時(shí)無人機(jī)）和高動(dòng)態(tài)（超音速飛機(jī)、超/高超音速巡航導(dǎo)彈、軍用和民用航天飛行器、通用空天飛行器）。

臨近空間飛行器具有廣闊的應(yīng)用前景。在軍事應(yīng)用方面，它可作為：通信中繼平臺(tái)、偵察監(jiān)視平臺(tái)、衛(wèi)星有效載荷和空間武器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、裝備兵力的投送平臺(tái)、臨近空間的作戰(zhàn)平臺(tái)、電子對(duì)抗平臺(tái)、運(yùn)輸/發(fā)射/補(bǔ)給維修平臺(tái)等。在民用方面，它可作為：對(duì)地觀測、通信、寬帶接入等。

臨近空間飛行器具有不易被發(fā)現(xiàn)、生存能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。它包含兩方面的意義。一是與傳統(tǒng)的航空平臺(tái)相比，對(duì)臨近空間飛行器的探測和跟蹤更為困難。航空兵器的飛行高度多在10千米以下，雷達(dá)反射面積大，較易發(fā)現(xiàn)。而臨近空間飛行器因沒有固定的飛行軌跡，很難跟蹤與捕捉。另一方面，也是最重要的方面，當(dāng)前世界上現(xiàn)役的絕大多數(shù)防空導(dǎo)彈的攔截高度都偏低，無法達(dá)到這一高度，無法構(gòu)成威脅。

臨近空間飛行器具有覆蓋范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。部署在20千米高度的臨近空間飛行器，它的視場可以達(dá)到88萬平方千米，在執(zhí)行雷達(dá)預(yù)警、電子偵察方面具有明顯的優(yōu)勢。

當(dāng)前，衛(wèi)星發(fā)射準(zhǔn)備周期長，機(jī)動(dòng)變軌次數(shù)有限。而臨近空間飛行器的結(jié)構(gòu)簡單，可以大量部署，準(zhǔn)備時(shí)間短，實(shí)用性好，威懾作用大。臨近空間飛行器的另一個(gè)特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間長。

臨近空間飛行器的結(jié)構(gòu)簡單，有效費(fèi)比高的優(yōu)點(diǎn)。

臨近空間高動(dòng)態(tài)飛行器通常指高超音速巡航導(dǎo)彈。當(dāng)導(dǎo)彈以大于5馬赫的速度飛行時(shí)，為了避免嚴(yán)重的阻力和氣動(dòng)加熱，導(dǎo)彈的飛行高度一般在20千米以上。但飛行高度一般不超過50千米，因?yàn)檫@一高度不易滿足超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求。

臨近空間武器飛行速度高，能夠快速攻擊“時(shí)間敏感目標(biāo)”，具有很強(qiáng)的突發(fā)性，能夠乘其不備而擊之。臨近空間武器能夠有限實(shí)現(xiàn)全球到達(dá)任務(wù)，“獵鷹”（FALCON）就是一個(gè)在兩小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全球攻擊的武器。

但臨近空間是一個(gè)廣闊的空域，要實(shí)現(xiàn)臨近空間的攻防對(duì)抗，還要完善它的復(fù)雜系統(tǒng)：如網(wǎng)絡(luò)化探測預(yù)警系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化攔截打擊系統(tǒng)；高速、大機(jī)動(dòng)攔截技術(shù)；復(fù)合末制導(dǎo)探測系統(tǒng)等。近年來，世界軍事強(qiáng)國逐漸認(rèn)識(shí)到臨近空間是一塊“被軍方遺漏”的特殊空間，“不征服這一區(qū)域，就談不上真正的空天一體化”。目前，美軍聯(lián)合司令部正在對(duì)臨近空間飛行器如何提高作戰(zhàn)能力進(jìn)行研究。俄羅斯已經(jīng)啟動(dòng)平臺(tái)的偵察、監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性研究。歐盟、印度、日本等國家也非常重視在這一領(lǐng)域的研究并取得了可喜的進(jìn)展。

獨(dú)特的武器設(shè)計(jì)思想

目前，世界技術(shù)比較先進(jìn)國家紛紛進(jìn)行高超音速巡航導(dǎo)彈的研制，比較成熟的型號(hào)有：俄羅斯的Kh-90、“彩虹”-D2，美國X-51A和HyFly，法國 PROMETHEE等。在本文我們將只對(duì)美、法的型號(hào)進(jìn)行剖析，從中可以看出它們的發(fā)展戰(zhàn)略和設(shè)計(jì)思想。

美國X-51A高超音速巡航導(dǎo)彈 它是當(dāng)前美國正實(shí)施的重點(diǎn)高超音速技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，目的是研制一種高超音速全球快速打擊的巡航導(dǎo)彈。

X-51A實(shí)際上是ARRMD計(jì)劃中空軍方案的繼續(xù)，是在HyTech技術(shù)成果的基礎(chǔ)上發(fā)展的。2003年，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）制定了吸熱式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)飛行驗(yàn)證機(jī)（EFSEED）計(jì)劃，后更名為SED-WR計(jì)劃（“超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)—乘波飛行器”）。2005年9月，美國空軍正式將該計(jì)劃編號(hào)為X-51A。

該計(jì)劃由DARPA與AFRL共同主持管理，由波音公司與普惠公司共同開發(fā)。波音公司負(fù)責(zé)試飛器的研制，普惠公司則負(fù)責(zé)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。2004年1月研制計(jì)劃正式啟動(dòng)，當(dāng)時(shí)計(jì)劃周期7年，經(jīng)費(fèi)預(yù)算為2.46億美元。

雖然X-51A計(jì)劃的主要部分是進(jìn)行推進(jìn)試驗(yàn)，但它不僅僅是一個(gè)對(duì)HyTech超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的測試計(jì)劃。發(fā)動(dòng)機(jī)與試飛器的整合需要兩方面研究過程的協(xié)調(diào)發(fā)展：高超音速推進(jìn)飛行試驗(yàn)以及試飛器的研發(fā)。高超音速飛行試驗(yàn)過程主要包括：獲取地面測試數(shù)據(jù)、獲取飛行測試數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)地面/飛行數(shù)據(jù)并做相應(yīng)的分析以及選定高超音速飛行器的設(shè)計(jì)工具。另一方面，試飛器的研發(fā)過程也具有同樣重要的意義。對(duì)高超音速飛行器來說，發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)身的一體化設(shè)計(jì)是關(guān)鍵問題之一。

除此之外，用于投放X-51A的B-52H轟炸機(jī)必須與“陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)”（ATACMS）的助推器集成為一個(gè)完整系統(tǒng)。ATACMS的助推器將X-51A加速到適合超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作的飛行條件，包括飛行高度與飛行速度。所有的子系統(tǒng)與航電設(shè)備都必須滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)與飛行器之間的控制軟件。endprint

X-51A是一個(gè)十分典型的改進(jìn)型升力體氣動(dòng)布局。整個(gè)系統(tǒng)由三部分組成：試飛器、級(jí)間連接段與ATACMS助推火箭組成。全長7.62米，總質(zhì)量1780公斤，最大寬度584.2毫米。其中試飛器長4.27米，質(zhì)量為671千克。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用吸熱式碳?xì)淙剂螶P-7，飛行速度要求為6～7馬赫。

X-51A的主體部分是在金屬材料的基本結(jié)構(gòu)外覆蓋著輕質(zhì)TPS泡沫與陶瓷材料。機(jī)體部分的框架板壁等由鋁制成。前鼻端內(nèi)部是金屬鎢，外部則是二氧化硅隔熱層，其作用是承受飛行器頭部高強(qiáng)度的氣動(dòng)熱載荷，并實(shí)現(xiàn)縱向配平，以保證飛行器的縱向穩(wěn)定性。試飛器與機(jī)體的過渡部分采用了鉻鎳鐵合金，目的是阻止熱量傳導(dǎo)到飛行器的其余部分。試飛器與級(jí)間部分的蒙皮，包括助推器的4片全動(dòng)尾翼均為鋁制。此外，為了在推進(jìn)段保持穩(wěn)定，助推器上還另外安裝了兩個(gè)鋁制水平翼。X-51A最大限度繼承了HyTech計(jì)劃的技術(shù)成果，后者為X-51A計(jì)劃實(shí)施鋪平了道路，有許多技術(shù)已進(jìn)行過地面試驗(yàn)。

X-51A試飛器的實(shí)驗(yàn)過程是，首先由B-52H轟炸機(jī)攜帶升空，自母機(jī)投放后經(jīng)火箭推進(jìn)至超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作高度及飛行馬赫數(shù)，然后超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，將飛行器由馬赫數(shù)4.5加速到6的巡航速度。X-51A掛載于B-52H的左翼下，投放前與載機(jī)上的監(jiān)測設(shè)備保持通訊，并通過電纜自載機(jī)獲得電力供應(yīng)。

根據(jù)計(jì)劃，飛行試驗(yàn)中B-52H攜帶X-51A自愛德華空軍基地起飛后，朝向西南方向飛行。第一階段是測試飛行，B-52H需要保持0.8馬赫的飛行速度以及15千米的飛行高度，由X-51A進(jìn)行自檢并對(duì)遙控信號(hào)的接收進(jìn)行校驗(yàn)。在第二階段，當(dāng)B-52H到達(dá)太平洋上的投放點(diǎn)并且滿足投放條件時(shí)，X-51A從掛架脫離。從脫離掛架到助推火箭點(diǎn)火，X-51A有4秒的自由下落時(shí)間，以確保成功分離。之后，ATACMS的固體火箭助推器點(diǎn)火，燃燒大約30秒，將飛行器推進(jìn)到4.5～4.8馬赫、高度18千米。在助推段，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道打開，高速氣體流經(jīng)入口進(jìn)入級(jí)間部分，所產(chǎn)生的氣動(dòng)熱使得發(fā)動(dòng)機(jī)流道的壁面溫度開始升高，少量JP-7燃料注入熱交換器壁面。

在助推階段的最高點(diǎn)，在飛行器自身的制導(dǎo)控制裝置和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字式控制器的控制下，X-51A通過滾轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)倒置，使進(jìn)氣道朝上并獲得正的迎角。當(dāng)助推器燃料即將耗盡時(shí)，試飛器、助推器及級(jí)間部分分離。試飛器經(jīng)過短暫的滑行之后，乙烯被注入流道并點(diǎn)燃，完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壁面及其內(nèi)JP-7燃料的加熱。一旦將JP-7燃料加熱到最低點(diǎn)火溫度，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)就開始將經(jīng)過預(yù)熱的碳?xì)淙剂献⑷肓鞯?。這一轉(zhuǎn)換過程耗時(shí)約幾秒鐘，直到乙烯燃盡，發(fā)動(dòng)機(jī)僅以JP-7作為燃料。X-51A攜帶有120千克JP-7燃料，可供超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒約240秒。全部4次飛行試驗(yàn)都會(huì)采用同一條經(jīng)過優(yōu)化的飛行線路，以使最大飛行馬赫數(shù)能夠達(dá)到預(yù)期的6左右。在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后，飛行器將在無動(dòng)力減速過程中做一系列機(jī)動(dòng)，用以進(jìn)行參數(shù)驗(yàn)證，所獲得的高超音速條件下的飛行參數(shù)對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫是很有價(jià)值的補(bǔ)充。之后，飛行器繼續(xù)減速下降直至落入距投放點(diǎn)約650千米的太平洋中，試驗(yàn)用飛行器不進(jìn)行回收。

后來，計(jì)劃由于B-52H出現(xiàn)技術(shù)問題而被延期。2010年5月23日X-51A進(jìn)行首次飛行試驗(yàn)，至今X-51A共進(jìn)行4次試驗(yàn)飛行，一次部分成功、兩次失敗，僅最后一次算是功德圓滿。

在準(zhǔn)備X-51A飛行試驗(yàn)的同時(shí)，波音公司還在設(shè)計(jì)其后繼型號(hào)X-51A+ 。按預(yù)定計(jì)劃，X-51A 將進(jìn)行4次飛行試驗(yàn)，如果至少有一次試驗(yàn)獲得圓滿成功，波音公司便希望在2011年獲得X-51A+ 后續(xù)飛行試驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)。X-51A+ 目前還不是記錄在案的項(xiàng)目，能否獲得經(jīng)費(fèi)支持完全取決于X-51A的飛行試驗(yàn)結(jié)果。另外，公布的后續(xù)型號(hào)還有X-51B～X-51H。

美國HyFly計(jì)劃 在“國家航空航天倡議”（NAI）計(jì)劃的指導(dǎo)下，2002年2月，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和海軍研究局（ONR）聯(lián)合發(fā)起一項(xiàng)為期4年的“高超音速飛行”（HyFly）技術(shù)演示計(jì)劃，旨在開發(fā)并驗(yàn)證高超音速飛行的先進(jìn)技術(shù)，在飛行中驗(yàn)證采用碳?xì)淙剂想p燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程高超音速巡航導(dǎo)彈的性能。該計(jì)劃的最終目標(biāo)是演示射程達(dá)到1100千米、平均速度大于4馬赫、最大持續(xù)巡航速度達(dá)到6馬赫、能布撒子彈藥或單一戰(zhàn)斗部的高超音速導(dǎo)彈。該方案導(dǎo)彈以4馬赫速度巡航飛行時(shí)，射程將超過1480千米。HyFly計(jì)劃開發(fā)的技術(shù)將成為未來高超音速打擊導(dǎo)彈（能從飛機(jī)、水面艦或潛艇發(fā)射，攔截并摧毀時(shí)間敏感目標(biāo)、重點(diǎn)防御目標(biāo)、加固目標(biāo)及深埋地下目標(biāo)，同時(shí)保護(hù)載機(jī)免受傷害）的基礎(chǔ)。HyFly計(jì)劃成為當(dāng)時(shí)美國國防部高超音速技術(shù)研究領(lǐng)域領(lǐng)先的項(xiàng)目。

HyFly計(jì)劃涉及的雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（DCR）由約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）設(shè)計(jì)，以20世紀(jì)70年代后期制定的方案為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

該發(fā)動(dòng)機(jī)把超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和亞音速突擴(kuò)燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)組合在一起，簡化了燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改善了燃燒性能，提高了能量的利用率。雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣系統(tǒng)、預(yù)燃室、燃料噴射系統(tǒng)、超燃燃燒室和排氣系統(tǒng)等組成。

助推發(fā)動(dòng)機(jī)工作結(jié)束后，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、堵蓋、整流罩等隨之脫落。導(dǎo)彈達(dá)到一定速度后，使用液體燃料的亞燃/超燃雙燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)工作。此時(shí)，較少的一部分（如1/4）空氣進(jìn)入預(yù)燃室，與噴入的液體碳?xì)淙剂匣旌?，在非常富燃料條件下（通常當(dāng)量比大于4）完成亞音速燃燒。大部分空氣通過外環(huán)超音速進(jìn)氣道進(jìn)入超音速燃燒室，未反應(yīng)完全的燃燒產(chǎn)物經(jīng)過蒸氣、熱裂解和預(yù)熱，軸向噴入超燃燃燒室，進(jìn)行超音速燃燒。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用內(nèi)彎式進(jìn)氣道，其中4個(gè)風(fēng)口為超音速燃燒室提供空氣，2個(gè)風(fēng)口為預(yù)燃室提供空氣。

預(yù)燃室為亞燃突擴(kuò)燃燒室，既是超燃燃燒室的燃?xì)獍l(fā)生器，又是超燃燃燒室的點(diǎn)火源。它在當(dāng)量比大于4的富燃條件下工作，先組織一個(gè)近乎化學(xué)恰當(dāng)比的燃燒區(qū)，然后把其余的燃料噴入高溫燃燒室中，使未反應(yīng)的燃料經(jīng)蒸發(fā)、熱裂解和預(yù)熱后再進(jìn)入超燃燃燒室。endprint

所用燃料為常規(guī)液體碳?xì)淙剂稀０l(fā)動(dòng)機(jī)是一種將亞音速燃燒室和超音速燃燒室串聯(lián)一體化的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，可以更容易實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，可在相對(duì)較低的3馬赫速度下順利點(diǎn)火。因此，該發(fā)動(dòng)機(jī)不僅突破了純粹的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的速度極限，還克服了雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一些局限，可以看作一種技術(shù)上的創(chuàng)新。HyFly計(jì)劃旨在發(fā)展高超音速巡航導(dǎo)彈所必需的一些關(guān)鍵技術(shù)，力求通過數(shù)次飛行試驗(yàn)，表明采用常規(guī)碳?xì)淙剂系倪@種發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最大巡航速度6馬赫，同時(shí)將驗(yàn)證導(dǎo)彈的各種結(jié)構(gòu)能夠承受高超音速狀態(tài)下持續(xù)飛行所產(chǎn)生的高溫。美國海軍的目標(biāo)是在這一技術(shù)成熟后，進(jìn)一步研制出一種高超音速巡航導(dǎo)彈，射程超過1110千米。

就總體設(shè)計(jì)而言，HyFly導(dǎo)彈的外形酷似一枚大型反艦導(dǎo)彈，彈體采用鈦合金制造，外部噴涂了特殊材料，以承受高速飛行所產(chǎn)生的高溫。它的彈徑較大，主要是為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，該發(fā)動(dòng)機(jī)的長度為4.25米，直徑小于500毫米。

與目前的驗(yàn)證彈不同，美國海軍提出的導(dǎo)彈構(gòu)型將采用一個(gè)整體式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，即安裝在導(dǎo)彈的彈體內(nèi)，一旦消耗殆盡后即被拋棄。根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，高超音速巡航導(dǎo)彈的艦載發(fā)射型和潛射型的長度約為6.5米，質(zhì)量約1725千克，而空射型長度為4.65米，質(zhì)量為1044千克。如果不考慮串聯(lián)和助推器，高超音速導(dǎo)彈的長度大約4.27米。根據(jù)HyFly計(jì)劃，驗(yàn)證彈能夠采用GPS制導(dǎo)，未來發(fā)展的導(dǎo)彈還計(jì)劃安裝一種通信數(shù)據(jù)鏈，可以在發(fā)射后的飛行過程中實(shí)現(xiàn)重新瞄準(zhǔn)。此外，高超音速巡航導(dǎo)彈將采用多用途戰(zhàn)斗部，也可以布撒子彈藥。

HyFly導(dǎo)彈試驗(yàn)飛行的試驗(yàn)過程為：飛行器點(diǎn)火發(fā)射后，在第一級(jí)助推火箭推力的作用下爬升；在預(yù)定時(shí)序第一級(jí)助推火箭分離，飛行器以無動(dòng)力方式滑行一段時(shí)間，作爬升、減速運(yùn)動(dòng)，降低飛行動(dòng)壓，并在自身重力的作用下，緩慢地作重力轉(zhuǎn)彎，使彈道逐漸趨于水平；在預(yù)定時(shí)序第二級(jí)助推火箭點(diǎn)火工作，飛行器作加速運(yùn)動(dòng)，并將飛行器送入超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的“啟動(dòng)窗口”；隨后在預(yù)定時(shí)序第二級(jí)助推火箭與高超飛行器分離，助推器系統(tǒng)完成工作任務(wù)。以第二級(jí)助推火箭分離時(shí)刻為時(shí)間起點(diǎn)，高超飛行器開始執(zhí)行任務(wù)程序，依次完成拋掉整流罩、點(diǎn)火和供燃料等動(dòng)作。高超飛行器在30秒的飛行時(shí)間內(nèi)以自由飛行的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完成試驗(yàn)任務(wù)，最后燃料耗盡，高超飛行器墜毀。

盡管HyFly計(jì)劃在2002年2月才正式啟動(dòng)，借助于前期研究的基礎(chǔ)，很快就開始了各項(xiàng)試驗(yàn)，在研制進(jìn)度方面走在了X-51A計(jì)劃的前面。

2007年9月25日，HyFly驗(yàn)證彈進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，主要目的是驗(yàn)證雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)接、燃油控制和爬升、加速到5馬赫，這是該發(fā)動(dòng)機(jī)的首次飛行試驗(yàn)。然而在發(fā)射測試中，助推器分離后，驗(yàn)證彈由于燃油控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，速度只達(dá)到3.5馬赫，未能達(dá)到預(yù)期的5馬赫目標(biāo)。這次試驗(yàn)僅僅取得了部分成功。

2008年1月16日，HyFly計(jì)劃再次發(fā)射試驗(yàn)，目標(biāo)速度為6馬赫。當(dāng)天下午3點(diǎn)23分，波音公司的1架F-15E戰(zhàn)斗機(jī)在美國海軍位于穆古角的海上靶場上空發(fā)射了HyFly驗(yàn)證彈，由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)加速到3馬赫后，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒有按照預(yù)定程序工作。驗(yàn)證彈在飛行了大約58秒后，墜入到太平洋。

2008年年初的失利，并沒有擊垮HyFly項(xiàng)目。在對(duì)有關(guān)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了認(rèn)真評(píng)估之后，波音公司從DARPA獲得了1830萬美元的合同，旨在進(jìn)行第三次有動(dòng)力飛行。然而，波音公司的第三次飛行試驗(yàn)仍以失敗而告終。在2010年7月29日進(jìn)行的試驗(yàn)中，導(dǎo)彈從F-15E戰(zhàn)機(jī)上發(fā)射后，由于助推器點(diǎn)火失敗，導(dǎo)致導(dǎo)彈直接墜入太平洋。

DARPA強(qiáng)調(diào)說，此次出現(xiàn)的問題與雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)技術(shù)無關(guān)。并稱，這是該計(jì)劃最后一次試驗(yàn)，將對(duì)這次試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)審。

客觀來看，雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為一項(xiàng)新技術(shù)，從概念研究、技術(shù)突破并走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入到技術(shù)驗(yàn)證階段，在30多年的發(fā)展歷程中已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。然而，由于高超音速技術(shù)的復(fù)雜性，該發(fā)動(dòng)機(jī)仍然需要進(jìn)一步試驗(yàn)才能接近成熟。失敗后的HyFly導(dǎo)彈銷聲匿跡，但后繼的開發(fā)研究肯定不會(huì)放棄。

美國RATTLRS計(jì)劃 在美國新制定的“國家航空航天倡議計(jì)劃”（NAI）中，明確將超音速巡航導(dǎo)彈列入高超音速發(fā)展路線圖中，其目的就是要強(qiáng)化快速反應(yīng)、快速打擊能力。之后，美國迅速推出了“時(shí)敏目標(biāo)遠(yuǎn)程打擊創(chuàng)新方法”（RATTLRS Revolutionary Approach to Time Critical Long-Range Strike）導(dǎo)彈計(jì)劃。盡管采用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)、飛行速度為5馬赫，但它卻是NAI計(jì)劃最緊迫的項(xiàng)目。它是“威懾”向“能力”軍事戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的產(chǎn)物。作為打擊時(shí)間敏感目標(biāo)而設(shè)計(jì)的高速武器，它應(yīng)具備的特點(diǎn)是：能與空中或者地面的多種發(fā)射平臺(tái)相兼容；能在15分鐘或者更少的時(shí)間內(nèi)作出響應(yīng)；能夠打擊各類目標(biāo)。

RATTLRS名稱充分體現(xiàn)了美國國防部正在重點(diǎn)發(fā)展新型導(dǎo)彈系統(tǒng)的主要特征，即具有遠(yuǎn)距、高速、精確地打擊目標(biāo)的能力。該項(xiàng)目實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用驗(yàn)證計(jì)劃，并不是明確要求發(fā)展一種具體的武器型號(hào)。主要針對(duì)“全球敏捷打擊”的作戰(zhàn)需求，力圖通過廣泛的技術(shù)驗(yàn)證，盡早尋求到一種切實(shí)可行的高速導(dǎo)彈技術(shù)方案。

作為NAI的一個(gè)組成部分，RATTLRS項(xiàng)目在工程技術(shù)方面的主要目的在于驗(yàn)證和增強(qiáng)一次性超音速飛行器的高速飛行性能。然而，美國海軍希望這種試飛器不僅可以證明有關(guān)技術(shù)方案的可行性，而且還應(yīng)表明是否具有發(fā)展成為一種戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)的巨大潛力。為此，美國海軍基于現(xiàn)役多種作戰(zhàn)平臺(tái)裝備部署超音速巡航導(dǎo)彈的長遠(yuǎn)考慮，在RATTLRS項(xiàng)目中提出了更加明確的要求。按照巡航導(dǎo)彈的尺寸、質(zhì)量和構(gòu)型來設(shè)計(jì)和研制一種驗(yàn)證飛行器，僅僅采用1臺(tái)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，試飛中能夠以0.25g加速度實(shí)現(xiàn)從亞音速發(fā)射到超音速巡航，在3.0馬赫巡航狀態(tài)下巡航時(shí)間超過5分鐘。

RATTLRS項(xiàng)目自從2004年年初正式啟動(dòng)以來，進(jìn)展一直比較順利。經(jīng)過兩年多時(shí)間的研制與發(fā)展，“臭鼬”工廠完成了RATTLRS項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案。2006年5月24日，美國海軍研究辦公室和洛·馬公司在美國紐約舉行的第19屆“艦隊(duì)周”上，首次展示了RATTLRS驗(yàn)證機(jī)的全尺寸模型，引發(fā)了世界各國的極大關(guān)注。特別是尾翼上的“小鼬鼠”，似乎預(yù)示著“臭鼬”工廠正在打造出一種全新的超音速攻擊武器。endprint

從外觀來看，RATTLRS驗(yàn)證機(jī)就如同一只放大的梭鏢，簡潔的氣動(dòng)布局似乎更接近一架無人駕駛的超音速戰(zhàn)斗機(jī)。為了減小超音速飛行時(shí)的激波阻力，截尖的大后掠三角翼帶有明顯的尖削前緣，并一直延伸到機(jī)體前部，形成銳利的邊條翼。目前公開的超音速戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈方案中，彈翼和舵面將可以折疊，以便實(shí)現(xiàn)艦載發(fā)射。據(jù)透露，它的總長為6.096米，質(zhì)量為908千克。

RATTLRS驗(yàn)證機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)更多地體現(xiàn)于專門設(shè)計(jì)的YJ102R發(fā)動(dòng)機(jī)上。2006年5月，該發(fā)動(dòng)機(jī)與RATTLRS全尺寸模型同時(shí)公開展出，使得外界有機(jī)會(huì)目睹這種設(shè)計(jì)精巧、性能優(yōu)異的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

“臭鼬”工廠針對(duì)超音速導(dǎo)彈系統(tǒng)的作戰(zhàn)用途，實(shí)施了有關(guān)作戰(zhàn)載荷的研究和試驗(yàn)。這似乎預(yù)示著具體型號(hào)的發(fā)展計(jì)劃已經(jīng)為時(shí)不遠(yuǎn)。美國海軍希望RATTLRS導(dǎo)彈具有對(duì)不同目標(biāo)的摧毀能力。因此，除了采用傳統(tǒng)的破片式戰(zhàn)斗部外，“臭鼬”工廠正在發(fā)展具有鉆地攻擊堅(jiān)硬掩體的侵徹戰(zhàn)斗部，并且還考慮了布撒子彈藥的攻擊方式。

美國海軍當(dāng)初根據(jù)最初設(shè)想，計(jì)劃將新型超音速導(dǎo)彈裝備到空中、海上和水下等不同作戰(zhàn)平臺(tái)上，以便有能力在第一時(shí)間全方位地打擊時(shí)敏目標(biāo)。目前，“臭鼬”工廠針對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)、軍艦和潛艇之間存在使用差異，嘗試?yán)靡环N基本構(gòu)型改進(jìn)發(fā)展出不同尺寸和載荷的多用途導(dǎo)彈系統(tǒng)。最初發(fā)展的空射型預(yù)計(jì)優(yōu)先配備在F/A-18E/F和F-35C艦載戰(zhàn)斗機(jī)上。由于尺寸限制，空射型的射程大致在540～720千米之間，采用227千克載荷，最大質(zhì)量不超過817千克。其后，用于軍艦和潛艇的垂直發(fā)射型將采用助推器進(jìn)行發(fā)射，最大質(zhì)量增加為1544千克，有效載荷為340千克，要求以4.0馬赫巡航速度飛行15分鐘以上。

此外，“臭鼬”工廠還在研究地面車載發(fā)射方式的潛在需求。無疑，多種發(fā)射平臺(tái)也對(duì)RATTLRS導(dǎo)彈系統(tǒng)的后勤保障提出了更多要求。研制人員正在試圖消除或減少材料和儲(chǔ)存等后勤方面出現(xiàn)的新問題，以便在不同平臺(tái)間尋求更大的使用靈活性。

法國PROMETHEE導(dǎo)彈 考慮到軍事應(yīng)用上對(duì)高速吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)的潛在需求，法國國防部與法國航空航天研究中心以及MBDA法國公司于1999年啟動(dòng)了PROMETHEE合作項(xiàng)目，目的是獲得應(yīng)用于高超音速巡航導(dǎo)彈的推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操縱性的第一手資料，最主要的研發(fā)工作是設(shè)計(jì)寬馬赫數(shù)的碳?xì)淙剂想p模態(tài)沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并且掌握其性能調(diào)整方式。

新發(fā)動(dòng)機(jī)將應(yīng)用在遠(yuǎn)程空地通用導(dǎo)彈上，由“陣風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)掛載。這一要求為第一次設(shè)計(jì)研究高超音速巡航導(dǎo)彈提供了有關(guān)尺寸和質(zhì)量的通用準(zhǔn)則。所以，法國將主要的技術(shù)難題定位在低馬赫數(shù)分離、寬馬赫數(shù)飛行范圍以及飛行器的小型化上。為此，涉及到作戰(zhàn)氣動(dòng)推進(jìn)構(gòu)型設(shè)計(jì)及其子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)難題包括：

首先，導(dǎo)彈的長度受到載機(jī)運(yùn)載能力的限制，為滿足導(dǎo)彈一體化的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)必須較短；

其次，以適中的速度（大約2馬赫）啟動(dòng)吸氣式推進(jìn)模態(tài)以充分利用其高比沖，從而提高總射程，并且以高馬赫數(shù)（8馬赫）巡航以增強(qiáng)突防能力；

再次、設(shè)計(jì)推進(jìn)系統(tǒng)以適應(yīng)寬馬赫數(shù)飛行并且盡可能降低可變幾何形狀部件的數(shù)量；

最后、利用碳?xì)淙剂线M(jìn)行冷卻的復(fù)合結(jié)構(gòu)，條件是燃料必須進(jìn)行吸熱分解，并且在燃料供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻通道和燃燒室中可加以控制。

PROMETHEE項(xiàng)目的目標(biāo)是對(duì)碳?xì)淙剂想p模態(tài)沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中遇到的難題進(jìn)行探索和研究，并結(jié)合考慮遠(yuǎn)程空地攻擊任務(wù)的特殊要求。

PEOMETHEE研究成果為研制通用高超音速空地導(dǎo)彈確定了創(chuàng)新的雙模態(tài)、可變幾何外形的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)概念提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并制造了一種燃燒室的全尺寸模型，并在連接管結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了測試。對(duì)寬工作范圍進(jìn)氣道進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬常規(guī)研究，重點(diǎn)考慮了彈體前緣引發(fā)的變形。通過耦合組分和整體計(jì)算，確定了導(dǎo)彈更好的氣動(dòng)性能。同時(shí)，研究人員在吸熱燃料方面開展了基礎(chǔ)研究。試驗(yàn)測試平臺(tái)的研制工作獲得了初步的結(jié)果。

PROMETHEE計(jì)劃經(jīng)過4年的研究，在碳?xì)淙剂想p模態(tài)沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整以及吸熱燃料控制方面獲得了重要經(jīng)驗(yàn)。法國在2003年啟動(dòng)了又一個(gè)新的大型項(xiàng)目LEA，來配合PROMETHEE作進(jìn)一步的研究。

（編輯/草莽）endprint