[分享] 淺談一下高超音速武器

jimmy借我一下 ※ 引述《jimmy5680 (還想飛的企鵝)》之銘言： : 美軍的極音速飛彈近期好像頗有進展，相對於解放軍有科技優勢嗎？ : 是說俄軍的極音速飛彈被愛國者攔截耶...... 我們先對高超音速 這個領域有個初步的概念， 下面會比較好進入內容 所謂的Hypersonic 高超音速（又叫做極音速） 是指速度遠高於超音速的狀態 一般而言分界的定義在五馬赫左右 而高超音速飛行器（武器） 自然就是指能夠達到五馬赫速度以上的飛行器 OK回到主題 我們通常提到的高超音速武器 指的是那一些用來對地或對艦的飛彈 例如之前連續被擊落多枚的匕首飛彈 為什麼？ 因為有一些區域防空飛彈本身也能夠達到五馬赫以上的速度 雖然依照廣義來說那也算是高超音速武器 不過一般通常都不會把他們歸類在一起 目前世界上的高超音速武器主要有三種類別，分別為 1.傳統的彈道飛彈(包含潛射空射) 2.以彈道飛彈為基底衍生出來的HGV助推滑翔器 (Hypersonic Glide Vehicle) 3. 使用Scramjet超音速燃燒衝壓引擎的高超音速巡弋飛彈 又叫作Hypersonic Cruise Missile，HCM 美軍則另外叫他HAWC (Hypersonic Air-breathing Wapon Concept) 傳統的彈道飛彈這個比較好理解，就先不提 前陣子被愛國者飛彈擊落多枚的X-47M2匕首飛彈 就是屬於這一種類型 https://i.imgur.com/9ZZmRUd.jpg 這是一種空射的彈道飛彈，由伊斯坎德爾飛彈衍生而來 這種空射武器需要由飛機搭載升空 當飛機在高空高速狀態下才可以釋放飛彈自行加速 (所以實際上匕首號稱的10馬赫內有包含米格31的2馬赫初速度) 扣掉初速度的話性能大約於原本的伊斯坎德爾差不多 至於HGV助推滑翔器這種東西他本身是一種彈頭 一般來說會先利用彈道飛彈的火箭助推器先把HGV送到太空 接著在太空和高層大氣利用動能和位能進行高超音速機動和滑翔 美中俄都對這種飛行器有研究 中國我們常聽到的就是東風17飛彈 https://i.imgur.com/yqGtHGg.jpg 看彈頭的外形很清楚的表示這是採用了乘波體外型 所謂的乘波體簡單來說就是利用飛行器的外型 來提高飛行器在高超音速的升阻比 當飛行器在飛行的時候 氣流因為飛機向前飛行 而在前段產生一個因為壓縮而形成的擾動(就是常聽到的激波) 這種構形的飛行器在飛行的時候 激波會跟機體平面做貼合 也就是飛行器本身會"騎"在激波上面 依靠激波本身的壓力來產生升力 這樣飛行器不見得一定要依靠機翼 也能夠靠壓縮升力和激波升力進行飛行 例如什麼 美國的LRHW飛彈 https://i.imgur.com/Is1tNcp.jpg (Long Range Hypersonic Weapon) 他的彈頭採用的是雙錐體結構 叫做C-HGB，通用高超音速滑翔體 https://i.imgur.com/inPqMOD.jpg 還有美國前陣子多次試射失敗的AGM-183A ARRW飛彈 https://i.imgur.com/V6JiDBG.jpg 俄羅斯也有類似的東西 也就是Vanguard 先鋒，Yu-71/74 不過目前沒有看到實際的飛行器外型長怎樣 姑且就先不提 根據一些宣傳，這種飛行器可以利用連續的機動動作 或者是陡峭甚至不規則的路線來迴避飛彈防禦系統 以基本邏輯來說是沒有什麼問題 不過HGV這種形式的飛行器 當重返地球的時候 飛行器的表面會跟高層大氣開始摩擦升溫 當達到一定的溫度的時候 就會在機體外部形成一層包圍整個機體的電漿 這一層電漿就是所謂的黑障，會嚴重干擾無線電波通訊 也就是導引系統會受到很強力的干擾，足以影響飛行器的精度 美蘇以前的做法是使用比電漿本身的頻率還高的無線電波 來強制壓過電漿以達成繼續通訊 或者是設計飛行器的外形，讓某個部位受到電漿的影響可以減緩 即使克服了黑障，由於重返大氣會劇烈減速 在這狀態下任何一個機動動作都會使飛行器速度更加降低 就會增加被反彈道飛彈攔截的機率 再來是HCM高超音速巡弋飛彈 我們以美國的X-51 Waverider為例 https://i.imgur.com/bo3xzNQ.jpg 這種武器有一個很明顯的特徵 就是飛彈下部具有一個方形的進氣道以及很扁平的飛彈前段 跟滑翔式的高超音速武器不同 HCM是需要吸取空氣來讓超音速燃燒衝壓引擎運作的 Scramjet 超音速燃燒衝壓引擎由於無法在低速下運作 所以必須在尾部多一節火箭助推器 當飛彈從飛機上釋放後 火箭助推器會先把飛彈加速到一定的速度並拋棄掉助推火箭 這時候超音速燃燒衝壓引擎才會開始運作並讓飛彈持續加速 直接看影片會比較好理解 https://youtu.be/0aNsbb4_C9A 世界上類似的産品有美國的HAWC (示意圖) https://i.imgur.com/37mP9Oa.jpg 俄羅斯的3M-22鋯石 https://i.imgur.com/bJKp9zv.jpg 以及印度跟俄羅斯合作的BrahMos II https://i.imgur.com/LAC8Ink.jpg (當然還有其他正在研發中的飛彈，在此只簡單提一下比較知名的) 今年1月30日 DARPA和洛克希德馬丁公司 一起報告了HAWC的最終飛行測試，與之前的飛行測試一樣 HAWC能夠在60000英尺(約18000公尺)的高空 以5馬赫(時速約6100公里)的速度 飛行超過560公里（350英里）並展示了改進的性能和能力 由於這種進氣式武器全程都在大氣層內飛行 所以會承受一定的大氣阻力 也就無法像彈道飛彈那樣動不動達到十幾馬赫的速度 通常這種形式的武器速度大約落在5馬赫左右 (俄羅斯的鋯石說他可以到9馬赫但我對那數字抱有很大的問號) 根據技術難度來做比較 在上述三種形式中 HCM的技術難度最大 首先是HCM由於不離開大氣層 在飛行中需要承受很大的阻力 這會導致飛行器長時間承受很大的應力 且HCM所必須使用的超音速燃燒衝壓引擎技術非常的困難 他本身的失敗率很高，X-51的失敗率甚至達到了50% 相當於要在颶風風力最強的區域內點一根蠟燭還不能讓他熄滅 https://youtu.be/EfJp2luk_IY -- 回到一開始的話題 美國相對於中俄的優勢 是美國軍火開發商成功的讓這種武器能夠小型化 上頭提到的LRHW 每一輛車可以攜帶兩枚飛彈 在類似的性能條件(先假設性能接近)下 可以比中俄方的裝備高出一倍的打擊能力 自然也就提高了武器的打擊效果 且所有的設備都可以藉由運輸機直接帶著走 言下之意就是只要場地足以讓運輸機起降 那麼美軍就擁有數不清的火力基地可以運用 HAWC也是一樣的形式，美國海軍在先前的概念圖中 有打算讓這東西可以用F-35或F/A-18E/F來發射 https://i.imgur.com/qYYER6Q.jpg https://i.imgur.com/JfmKDMQ.jpg 這種飛彈可以由戰機直接攜帶 發射 對於時機敏感的目標具有非常好的即時打擊效果 至於高超音速武器能不能被攔截 就下回再說(′▽‵)ノ -- https://i.imgur.com/vibeWnI.jpg https://i.imgur.com/zM1Wape.jpg -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 39.10.73.36 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Military/M.1685107850.A.FD7.html