注册  |  登录   |   加入收藏  |  设为首页

搜索

俄罗斯Yu-71高超声速助推滑翔飞行器

  高超声速助推滑翔飞行器是在一定初速下,依靠气动升力和离心力,克服自身重力,在大气层内做远距机动滑翔的飞行器。其显著特点是利用助推火箭达到高超声速或从近地轨道离轨再入大气层,在无动力条件下,仅依赖气动力进行滑翔飞行。《简氏情报评论》2015年6月报道,俄罗斯已致力于Yu-71高超声速滑翔飞行器的研制工作多年,2015年2月对其进行了飞行试验,引起国际社会广泛关注。高超声速助推滑翔飞行器具有射程远、精度高、机动灵活的优点,美国近年来非常重视此类导弹的研发,已经取得突破性进展,而俄罗斯此类飞行器的各项指标和技术一直都是保密状态。
        Yu-71高超声速助推滑翔飞行器发展概况
  参与俄高超声速导弹研发项目的公司为俄罗斯战术导弹公司及俄罗斯机械制造科学生产联合体,俄罗斯航空发动机中央研究院则建造了一座高超声速发动机测试设施。Yu-71是代号为“4202工程”的俄罗斯秘密导弹项目的一部分。过去5年来,俄罗斯加快了“4202工程”导弹项目的进展,旨在对抗美国的弹道导弹防御系统。到2020年底,“4202工程”将能生产少量可装配核弹头的滑翔飞行器。位于俄罗斯和哈萨克斯坦边界奥伦堡省的杜巴罗夫斯基导弹基地被认为是Yu-71的可能部署地点,因为该基地被俄政府工程文件确认为“4202工程”的一部分。到2020—2025年间,杜巴罗夫斯基导弹基地可能部署多达24枚新的高超声速战斗部。届时,俄罗斯也将部署有能力搭载Yu-71的新型洲际弹道导弹“萨尔马特”。
  弹道导弹射程远、飞行速度快,但打击精度较低;飞航导弹机动灵活、打击精度高,但射程较近。随着美国反导拦截技术的发展,导弹防御系统正逐步具备陆、海、空、天“四维一体”对弹道导弹助推段、中段、末段的摧毁能力,弹道导弹的突防与生存能力正面临极大挑战。目前,现有的多层反导系统基本都是用碰撞杀伤技术进行拦截,由于动能弹头的机动能力很有限,拦截需要尽早探测到弹道导弹威胁、跟踪预测弹道再精确计算拦截弹的发射窗口。弹道导弹的突防则在弹道上大做文章,如全程大气层内弹道规避大气层外中段反导,不过这只能使用在中近程弹道导弹上。中远程弹道导弹则选择变轨和再入后机动增加反导系统弹道预测的难度,从而增强了突防效果。由于美国加紧部署弹道导弹防御系统严重削弱了俄罗斯的战略反击能力,为了进一步提高中远程弹道导弹的综合突防能力,也为了应对美国在高超声速技术领域取得的突破,俄罗斯一直在秘密对助推-滑翔导弹进行相应研究,这些研究大致从20世纪50年代开始,至近3年达到一个小高潮。
         最新飞行试验情况
  在此次飞行试验中,该飞行器以高机动性机动弹头为技术基础,采用了高升阻比的升力体设计,搭载SS-19(“匕首”)洲际弹道导弹,由位于俄罗斯东部的杜巴罗夫斯基导弹基地向临近空间发射,试验没有取得成功。一般弹道导弹在重返大气层前会释放出弹头,可能是单弹头,也可能是分导式多弹头,弹头一般都会以抛物线的弹道飞行。而这种Yu-71飞行器和普通弹头不同,可以在重返大气层后利用其高升阻比的外形,在高空进行高超声速滑翔,将弹道飞行模式转换成巡航导弹飞航模式,继续进行长距离飞行,并且可以进行空中机动。这就是所谓的“助推—滑翔”方案,助推滑翔导弹是一种结合弹道导弹与飞航导弹优点的新概念导弹方案。助推滑翔导弹通过火箭助推器将弹头(滑翔级)助推到几十千米以上的高空,之后弹头在大气层外惯性飞行,再入大气层后依靠气动升力做无动力远距离跳跃、滑翔机动飞行或加装冲压发动机做有动力机动飞行。至目标上空30千米左右时,导引头开机进行末制导,俯至目标并完成攻击。
        俄罗斯高超声速助推滑翔飞行器发展历程
        蓬勃发展时期
  苏联是较早研究助推滑翔导弹技术的国家。早在上世纪50年代,苏联就开始进行了“银鸟”高超声速飞行器的风洞试验,并积累了丰富的试验数据。1960年,米高扬设计局设计了自己的助推滑翔飞行器MIG-105。它采用两级结构,第一级为可重复使用高超声速飞机,即母船,第二级为升力体飞行器,即子船。母船可驮着子船水平起飞爬升,加速至马赫数5.5时释放子船;子船利用附着的上面级继续加速爬升至近地轨道,子船与上面级分离后进行对地侦察,然后完成长距离滑翔及着陆。MIG-105最终只建造了子船的原型机,并曾用“图-95”进行了至少3次高空投放试验。MIG-105虽然没有最终成功,但积累了比美国同期还要多的试验数据,为后续发展奠定了基础。
  1991—1998年俄罗斯先后进行“冷”高超速飞行器的5次飞行试验,之后终止该计划,但继续实施与之并行的“针”计划。另外,在1997年航空展览上首次展示了“彩虹”高超声速飞行器。“冷”飞行器试飞速度曾达到马赫数5.2,也称为“鹰”计划(IGLA),所使用的“鹰”试验飞行器是一种有翼高超声速试验飞行器,采用升力体结构,长7.9米,翼展3.6米,质量2.2吨,飞行器机体下方配置3台超燃冲压发动机。试验速度马赫数6~14,最大飞行高度80千米。该飞行器的运载器之前采用SS-19战略弹道导弹(射程10000千米);后来改用射程10500千米的SS-25(“白杨”)洲际弹道导弹。
        秘密发展时期
  2001年,俄罗斯曾利用SS-25导弹进行过Yu-70飞行试验。2003年莫斯科航展上,俄罗斯公开了SS-25与高超声速试验飞行试验台(GLL-VK)一体化的方案。2004年2月,俄罗斯在“安全-2004”军事演习中发射了1枚装GLL-VK机动弹头的“白杨-M”洲际弹道导弹,弹头进入空间后又重返大气层。时任总统普京宣布,俄正在研发“新型超声速、高精确度武器系统,可打击洲际距离的目标并在飞行过程中调整高度和轨迹”,由此俄罗斯可能再次实施了Yu-70飞行试验。GLL-VK飞行高度约33千米,正好处于美国中段和末段防御系统的结合高度,加上其拥有的高速度和高机动性,现有防御系统虽可预警,但火控雷达无法有效跟踪和拦截,因此,可突破美国现有反导系统的防御。
        再次积极发展时期
  由于高层战略政策的调整,近2年,俄罗斯高超声速研发活动呈现出回暖的迹象。
  2012年夏天,俄罗斯在阿赫图宾斯克试验中心完成高超声速导弹与载机挂架的分离试验。试验中,导弹从载机上分离,发动机点火,然后以亚声速飞行数千米并着陆。试验的目的是验证导弹在飞行中的性能,以及导弹与发射系统和载机的交互能力。测试系统的名称、功能乃至测试计划的代号都是保密的。
  2014年5月,俄罗斯战术导弹公司总经理奥布诺索夫表示,在俄国防部、工业贸易部的批准下,该公司已与众多研究所和其他企业合作准备相关项目,到2020年将研制出高超声速导弹原型。5月20日,俄罗斯进行了1次SS-25 “白杨”洲际弹道导弹的试射,试验包括一系列先进弹头的测试。 
        技术分析
        气动外形
  升阻比(气动布局)是决定滑翔飞行器航程和机动能力的关键设计指标。低升阻比滑翔飞行器配平升阻比约在1.8 以下,中升阻比滑翔飞行器一般配平升阻比约为1.8~3.0,高升阻比滑翔飞行器一般配平升阻比大于3.0。在相同初始速度下,升阻比越高,飞行器纵向滑翔距离越远、横向机动和突防能力越强,同时飞行稳定控制和热防护的技术难度也越大。气动外形有翼—身融合体、改形椎体、升力体和乘波体。俄罗斯利用其掌握大推力火箭技术的优势,在滑翔式机动弹头特殊外形研究、特殊结构设计,适应滑翔飞行载荷的条件和各系统连接结构等技术研究上进行了积极探索。在战略弹道导弹上首先试验了滑翔式机动弹头,采用弹头总体布局优化和承力结构的优化设计,将弹头外形尺寸、重量等总体指标控制在允许的范围,为其导弹武器突防性能的发展积累了技术。根据俄罗斯以往的高超声速飞行器技术,Yu-71应采用升力体构型,可以获得较大的内部空间、良好的气动性能。
  气动布局设计方法常常采用计算机建模的方法。2015年3月,俄罗斯远景研究基金会宣布正在开发一体化的建模系统,用于推进高超声速飞行器的发展。基金会副主任达维多夫向塔斯社透露,该系统将采用完全国产的计算模块搭建。达维多夫表示,“该领域所有的研究机构全都在进行艰苦攻关,我们应当建立起一个统一的计算中心来计算各机构的研究数据。根据我们的了解,我们在气动力和热计算能力方面是没有问题的,但没有人可以使用这些能力,因为没有资质或权限。”他认为该项目将能够建造一个国家级超级计算中心,可进行高超声速飞行器的全功能建模和预算,并向全部参研机构开放。
        弹道设计
  Yu-71助推滑翔飞行器采用弹道导弹作为助推级,升力体作为滑翔级,采用火箭助推—再入大气层滑翔式弹道或火箭助推—再入大气层跳跃式弹道,并结合相应的导航、制导和控制方法,实现对远距离目标的精确打击。整个飞行过程为:首先,助推级将滑翔弹头助推到几十千米的高空;之后弹头迅速冲出大气层并做自由段飞行;最后,弹头再入大气层依靠气动力进行滑翔飞行,并完成对目标的攻击。
热防护措施
  滑翔弹头的长时间大气层内飞行会导致严重的气动加热,因此,气动热防护显得尤为重要。由于滑翔段采用小攻角飞行,受热最严重的部分为鼻头、翼前缘与机身迎风侧。采用被动烧蚀热防护措施, Yu-71助推滑翔飞行器可利用超高温陶瓷防护鼻头、控制面和翼前缘等表面;碳/碳化硅复合材料防护机身迎风侧;金属基复合材料防护背风侧,并利用多层隔热措施保护内部结构。
        制导体制
  Yu-71助推滑翔飞行器的飞行弹道可分为初、中和末3段。初段为助推段;中段为滑翔段;末段为俯冲段。初、中段可采用惯性+卫星导航+天文导航(INS+GNSS+CNS)组合导航方式;末段可采用主被动雷达、红外成像等末制导方式。稠密大气层中的滑翔飞行可能导致严重的气动加热现象,从而产生等离子鞘,严重时可能导致卫星导航信号中断。另外,稠密大气层中的飞行也可能产生气动光学效应,影响天文导航对星光的测量。因此,多传感器信息融合组合导航体系结构、滤波算法、故障检测及应对策略也是研究的重点。
运载器
  运载器是助推滑翔导弹的助推级,必须能够为滑翔弹头提高足够的能量。对于地面发射的助推滑翔导弹,运载器可采用现役或退役的弹道导弹,或专门研制的新型运载器。运载器除了满足运载能力要求外,还必须考虑快速响应、快速发射、机动发射、大气层内关机等要求。
  Yu-71助推滑翔导弹由用于助推的固体导弹的一级、二级火箭和高超声速飞行器组成,高超声速飞行器和助推器分离后很快再入,并在高空大气中以高超声速机动滑翔,既避开了大气层外中段拦截,也大大降低了陆基预警雷达的探测距离,还以远强于传统再入机动弹头的机动能力进一步增强了突防能力。目前,俄罗斯已投入试验的弹道导弹有SS-19,SS-25,另有猜测还可能使用了“边界”导弹。俄罗斯曾经进行的“鹰”(IGLA)计划,就采用SS-19导弹做运载器。
有效载荷
  Yu-71助推滑翔飞行器按作战目标划分,可分为战略滑翔和战术滑翔2类,战略滑翔弹滑翔距离可达13000千米,装载核弹头或常规弹头;战术滑翔弹滑翔距离不超过400O千米,一般装载常规弹头。与美国计划利用高超声速导弹发射常规弹头不同,俄罗斯似乎正在考虑将其高超声速武器系统设计为可发射核弹头及常规弹头的配置。
        滑翔弹头推进系统
  Yu-71助推滑翔飞行器滑翔级必须具备大气层外与稀薄大气层内的机动能力。因此,必须在滑翔级加入推进系统,实施可能的变轨。空气阻力导致的迅速升温会破坏飞行器或使其内部机械失灵。为了让冲压式喷气发动机达到高超声速必须使用氢作为燃料。但这在技术上很难实现,因为氢气的密度极低。保存液态氢则是另一个无法克服的技术难题。美国《国家利益》双月刊网站2015年2月17日称,俄罗斯开发出新型燃料,可为高超声速导弹提供动力。据俄罗斯国家媒体报道,俄陆军上将、国防部副部长德米特里·布尔加科夫17日对媒体记者说,俄国防部已开发出特殊新型燃料,能让导弹以高超声速飞行。
未来发展
  俄罗斯开展高超声速武器项目的主要目标是研发可有效突破现有导弹防御系统的导弹系统,其目的是,寻求在与美国的武器控制谈判中,利用高超声速武器获取谈判优势,并限制美国的导弹防御系统和快速全球打击计划。未来,俄罗斯高超声速导弹将向以下几个方向发展。
        多种发射方式并行
  助推滑翔导弹将可以使用3种发射方式:地基、空基与天基平台发射。地基发射是指从地面的固定或移动平台发射。空基发射是指从军用飞机上的高空投射,包括现役军用飞机发射、未来高超声速飞机发射等。有报道称,俄罗斯未来的战略轰炸机PAK TA将装备高超声速助推滑翔导弹。天基发射是一种新概念作战方式,是指从近地轨道平台上的发射。助推滑翔导弹将利用一次使用或可重复使用运载器作为助推级,将滑翔级置于近地轨道。平时,滑翔级将像卫星一样运行于轨道;战时,它将离轨、再入大气层滑翔机动精确打击地球目标。
        多种部署方案并行
  发射方式的不同,也导致了相应地基、空基与天基等部署方案的出现。地基与空基部署主要是指在本土的部署。根据作战范围需要,可以按射程的近、中、远层次进行划分,优化作战部署。天基部署将出现2种趋势,一种是单个滑翔弹的星座部署:另一种是带多个滑翔弹的航天母舰部署。单个滑翔弹的星座部署与GPS对地覆盖相似,按照各滑翔弹的机动范围进行优化配置,航天母舰的部署轨道由其机动能力与搭载量、滑翔弹气动特性等共同确定。
        多种高超声速技术方案组合发展
  2014 年4月,《莫斯科时代》报道俄罗斯MRKN多用途火箭运载器已经完成了可重复使用高超声速有翼火箭运载空天飞行器的第一阶段可行性研究。飞行器将设计为能携带20~60吨载荷入轨,第一级为一次性运载火箭,分离后坠落地面。上面级可重复使用飞行器采用鸭式布局,前机身上部有向上倾斜的鸭式升降舵,机翼后掠并带有翼尖小翼,机身后部采用V形尾翼。俄罗斯已经对MRKN空天飞行器进行了试验,在其风洞设施中研究了亚声速和高超声速飞行问题,包括机体热效应。综上所述可以看出,俄罗斯关注的方向也较为多元,不仅开始积极发展高超声速导弹、空天飞机、弹道+高超等类型的飞行器,俄副总理德米特里·罗戈津还曾在2012 年多次向俄媒体表示,对有人高超声速飞行系统感兴趣,以取代现役轰炸机。
 
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
杂志分类