【美国未来的太空轰炸机】 美国轰炸机b2

　　当国际社会对美国的国家导弹防御系统(NMD)的抨击不绝于耳的时候,《洛杉矶时报》7 月28 日又披露了一条惊人消息:美国国防部正在考虑研制用于未来战争的另一个撒手锏――太空轰炸机。该报根据一份由美国国防部部长拉姆斯菲尔德签署的文件披露,拉姆斯菲尔德于今年6月曾指示国防部研究“对实施快速全球打击有价值的亚轨道太空飞行器”。美国的太空轰炸机的概念,就是美国自60年代以来一直在进行研究的跨大气层飞行器。本文介绍了太空轰炸机的任务和发展背景以及美国研究过的太空轰炸机的方案设想和相应的关键技术。
　　
　　一、太空轰炸机的任务和发展背景
　　
　　拉姆斯菲尔德提出的跨大气层的亚轨道太空飞行器,当它进入地球低轨道飞行时,就可作为太空作战飞行器(SOV)和太空机动飞行器(SMV)使用。从长远来看,当它采用现两级或多级方案时,它的载机也可使用有重要军用价值的高超音速飞机。在大气层内飞行的高超音速军用飞机,比跨大气层飞行器的机动性更好,但技术难度更大。任务分析表明,这种跨大气层的太空轰炸机,将对21世纪的攻防对抗提供非常有价值的新能力,将使空中和太空的作战平台提高到新水平。太空轰炸机将有以下几个特点:
　　1.它有很高的速度,从而具有很大的动能,使其效能倍增,可以采用很小的弹药,并能同时打击多个目标。同时,也由于它有很高的速度,可以在很短时间内,攻击世界上任何地方的目标。由于它采用亚轨道飞行或在大气层内作高超音速飞行,可以在政治上躲开太空军事化的敏感问题。
　　2.它具有出其不意的优点。在战略上,可以出其不意地打击敌人几乎没有防备的纵深目标;在战役上,可以出其不意地选择最佳的攻击时间;在战术上,可以出其不意地使用多种亚轨道飞行路线,攻击敌方防空的薄弱环节。
　　3.它可以在执行完任务后,快速回收、装备和重新起飞。它与远程弹道式导弹相比,可以威慑对方使用后回收,避免了立即引发战争的危险。
　　4.它除了担负全球攻击任务外,还可用于全球侦察。它既是发射卫星与回收、维修卫星的平台,又是发射反卫星武器的平台。
　　这次美国国防部提出要研究太空轰炸机,有其深刻的政治和军事背景。拉姆斯菲尔德出任美国国防部长后,美国的国防政策出现了一个新的趋势,那就是凭借美国超强的经济实力,在缩小现有部队编制的基础上,加大军事科研经费的投入,不惜巨资研制世界上最先进的武器系统,采用防御与进攻并举的策略,巩固美军的军事优势。
　　按照新军事战略,美国将较大幅度地削减海外驻军,而由此留出的空隙,将由远程战略武器来填补,太空轰炸机就是这类计划中的武器之一。这种太空轰炸机,可使美军得以发动迅速的全球轰炸任务。它可在战争爆发后的很短时间内,从传统的防空火炮射程外,投射精确制导炸弹以摧毁敌方地下指挥所及地面防空阵地等远距离目标。在经过太空轰炸机一阵狂轰烂炸后,其他类型的轰炸机和战斗机,就能更安全地执行后续的攻击任务。由于这种太空轰炸机飞得高,飞得快,敌方的常规防空武器将无法打击它。太空轰炸机能在90分钟内摧毁地球上的任何目标而返回美国基地。它像远程弹道导弹一样借助火箭推进系统从基地发射升空,能够在距离地面上百公里的极高空,向攻击目标投掷精确制导炸弹。按照美国有关专家的初步设想,太空轰炸机可能需要驾驶员操纵,飞行速度将达美国现役重型轰炸机的15倍,飞行高度则为10倍。起飞125秒后,可飞至50公里外;起飞175秒后,可飞至160公里外。这种太空轰炸机一旦研制成功,将有助于美军克服当前最棘手的军事难题:使美军在海外基地日趋缩减的形势下,仍能执行摧毁远距离目标的任务。
　　可以预料,美军开始实施研制太空轰炸机计划只是时间问题。如果美国一旦将这一野心勃勃的军事计划付诸实施,必然会刺激国际太空军备竞赛,同时也必然会受到那些维护世界和平、反对霸权主义和主张军备控制的国家和人士的强烈反对。
　　
　　二、太空轰炸机的主要方案
　　
　　1.美国空军《空间预测2020》研究报告中的“黑马”方案
　　1995年发表的这份研究报告中,提出了一个水平起降以火箭发动机为动力的跨大气层的“黑马”方案。飞机的起飞重量为22吨,采用KC-135加油机加油后� 总重可达85吨。飞机有7台火箭发动机,两台发动机用于起飞和完成空中加油,5台火箭发动机为入轨提供附加推力。推进剂采用非低温推进剂,例如JP-5煤油和过氧化氢。为了增加比冲,也可考虑JP-8或JP-10来代替JP-5,从长远来说,也可采用高密度燃料。对于该方案,比冲增加1 秒,入轨的有效载荷可增加58公斤。若进一步采用冲压火箭,可以进一步提高飞机性能,降低噪声。历史上,英国的“黑箭”和“黑侠”计划和美国的研究飞机NF-104D,都采用过煤油和过氧化氢作为燃料。NF-104D在11年的运行期间,没有发生过与火箭发动机有关的事故。飞机起飞时将加注100%的JP-5和7%的过氧化氢。起飞后在高度12公里和马赫数为0.85时与加油机会合,注满过氧化氢。然后,转到正确航向,飞向地球轨道,可将0.454吨有效载荷送入35度轨道倾角和185公里的圆轨道。若进行亚轨道飞行� 其有效载荷可增加到3吨。“黑马”方案的构形如图一所示。为了防热,飞机的头部、机翼和舵面的前缘采用碳/碳化硅材料,大面积覆盖特制的高级毛毡(Dura TABI)。该方案尽可能采用一些隐形技术�并采用碎屑、闪光和诱饵及主动式机载防御系统和模块化武器系统。武器包括动能武器、高能炸药和定向能武器。“黑马”方案应最大限度地利用现有军事设施,尽可能多地从基地发射和返回,通过分散和机动,使其提高生存能力,要求飞机返回后能在12 小时后复飞。
　　2.美国空军《空军2025》研究报告中的“S3”方案
　　这个方案将超音速/高超音速攻击机(SHAAFT)和防区外攻击的高超音速导弹(SHMAC)以及可重复使用的太空控制军用飞机(SCREMAR)结合起来。这里的太空控制军用飞机实际上是一个三级方案。第一级是一个无人驾驶的飞翼,它用6台加力涡扇发动机加速到马赫数为3.5。每台发动机的推力为22700公斤,翼展为49米,机翼面积为592平方米。第二级是有人驾驶的高超音速攻击机。它将采用双模态冲压/ 超燃冲压发动机(以液氢为燃料),加速到马赫数12 �并可在高度为30公里巡航,其最大航程为26000公里,续航时间为74分钟。其2g过载转弯时的转弯半径为770公里,它的有效载荷为22700公斤,可带10枚重为1816公斤的导弹。它也可带容积相当于F-15的SCREMAR。它的起飞重量为90吨,在升力系数为1.5,速度为每小时466公里时起飞。这个报告提出的SCREMAR可带1360公斤的有效载荷进入近地轨道。它总长为20米,带有两个火箭发动机。其任务主要是部署和回收卫星、修理受损的卫星的用于反卫星作战。由于SCREMAR采用火箭发动机,将尽可能采用NASA的X-33、X-34、X-38等验证过的技术和现用的航天飞机的技术。
　　3.美国空军的小型航天飞机计划
　　美国空军在1996年曾召集17个合同商,对跨大气层飞行器和太空飞机(spaceplane)概念进行了评论,并已委托波音北美公司制造缩比85%的无动力的“微型航天飞机”验证机(即X-40A)。按目前的设想,上述军用航天飞机是一个两级系统。它的可重复使用的上面级,由一架较大的飞机携带并加速到高超音速。它的载机也可是以火箭为动力的X-33(见题图)。按设想,小航天飞机部分长约7.6米,宽约3.4米,重约1134公斤,为石墨环氧与铝蜂窝结构,其有效载荷为0.54～0.91吨。它采用可储推进剂,可在太空中停留数周、数月乃至一年左右,并可在太空中机动。它可根据需要部署,并可随时应召返回地面并在跑道上着陆。它的灵活性和机动能力很强,可进出各种轨道,包括低地轨道和地球静止轨道。
　　为了对飞行后检查及再飞准备程序进行评定,还将对加带模拟推进系统的这架飞行器,进行快速再飞准备的地面试验。若美空军决定进入下一阶段研制,就要建造一架全尺寸、可飞行的小航天飞机。这架小航天飞机将先利用B-52 或其它载机进行投放试验,获取更多的着陆数据,然后将装在航天飞机的货舱中被带入太空,进行自主轨道返回试验。最后将建造一架由火箭推动的、大小同F-15战斗机相近的验证型助推飞行器,用以把小航天飞机送入轨道。这种飞行器应能把其有效载荷带到或许是M数12～ 18的高速,并将验证飞机式的操作方式。最终将有可能把小航天飞机与上述的全尺寸助推飞行器装到一起做一次完整的飞行,以验证该系统的军事用途。小航天飞机的有效载荷能力比美国NASA过去研制的可重复使用运载器(RLV)低很多,可能只有其1/10,但采用多级配置,它可以放出多达3架小航天飞机,灵活性可大大提高。尽管美空军官员只承认,他们准备用上述系统执行侦察和卫星发射等任务,但他们显然还希望能把上述飞行器发展成为能执行各种战术任务的“太空战斗机”。研究表明,这种航天器可使卫星暂时“致盲”,切断敌方的太空信息来源;可向轨道或地面目标发射动能或其它武器;还可用于保护友方的太空资源。
　　1999年NASA和波音公司签订了4年的合同,研制和在轨道上试飞X-37重复使用飞行器,以演示验证将向空间的运输费用从每公斤22000美元降到每公斤2200美元的关键技术。X-37将是第一架在轨道飞行和再入环境下试验的试验飞行器。X-37的设计强调空间的可支持性和可以演示验证许多技术,包括可重复使用的防热系统、可贮存的无毒推进剂和新的空气动力特征。
　　1998 年夏,X-40A实验机从直升机上投放进行飞行试验。试验的目的是证实高速、低升阻比无动力飞行器进场及着陆的特点、航空电子设备及导航与控制。在美国航天司令部提出发展SOV后,X-40A的飞行试验将和X-37的飞行试验结合起来。2001年3月21日,NASA宣布作为X-37的85%缩尺的X-40A无动力飞行试验再次取得成功。
　　太空轰炸机研制计划目前虽尚处于概念阶段,但美军也可通过修改美国NASA过去5年研制的实验型可重复使用航天运载器,而迅速进行采购计划。NASA投入近10亿美元,由洛克希德・马丁公司研制的X-33,由于遇到技术上的困难及成本过高等问题,已于今年3月下马。但美国太空指挥部司令艾伯哈特随后表明,美空军欲接手这项中途下马的计划。
　　4.美国麦道公司与NASA的M数10的飞机方案
　　美国麦道公司与NASA一起设想了一种高超音速军用飞机,可用于全球的监视、侦察和攻击。它能在起飞后90分钟内与距离15750公里的目标交战。它在33.6公里的高度上以M数10巡航,在不用隐形技术时的生存概率大于95%。它的长度为5米,起飞重量为227吨。有效载荷可达4.5吨。它在低速飞行时,采用涡轮/冲压发动机,它在高速飞行时,采用冲压/超音速燃烧冲压发动机。可采用氢或碳氢燃料。若需中途加油,只能用碳氢燃料。
　　发展这种飞机的主要任务,是提供在美国本土运行的军事快速反应、全球侦察和攻击能力。为了使飞机有适当的尺寸,必须先确定适当的作战半径。若基地位于美国国土的边缘,则可确定作战半径为18530公里。不难发现当作战半径为14824公里时,可以满足在所有兴趣区域完成任务的要求。若基地并不位于美国国土,例如位于印度洋,则可以进一步减小作战半径,并缩短对东南亚和南非的反应时间。
　　这个方案,可采用两种运行模式。第一种模式是基本模式,它从美国国土起飞,然后爬升到巡航高度和加速到巡航M数,在目标区以最小的功率,完成 2.5 g的转弯,然后以最大的升阻比、无动力下滑,和加油机交会对接,最后在多次(最多要5次)加油后,以亚声速回到基地。在起飞、初始爬升、和加油机交会对接和返回着陆时使用涡轮发动机。在M数为4.0-4.5时�开始使用冲压/超音速燃烧冲压发动机,以求在低速和高速之间能够光滑过渡。飞机要装有足够多的氢燃料,以便能够达到目标地区,并与目标交战,转弯和开始无动力下滑。飞机也要装有足够多的碳氢燃料,允许等待加油机10分钟。第二种模式是不再回到美国国土和不加油的单程飞行。在与目标交战后,它继续飞向某个远方的美国基地。为了进场和着陆,需要保留10分钟的燃料。这种模式从后勤的观点来看,由于不要加油,可能是有利的,但要在远方的美国基地上,备有低温燃料。计算结果表明:对于第一种模式,采用双燃料为宜;对于第二种模式,全部采用氢燃料为宜。
　　5.美国空军《新世界了望》研究报告中的方案
　　美国空军科学咨询委员会在1996年2 月发表的这份报告,提出了一种高超音速飞机方案。该方案采用先进的隐形设计,用高性能的火箭与吸气式组合发动机作为动力,飞行速度可达M数12-15�飞行高度为28-42公里,机动过载达到20g。这种高超音速飞机可以是由人驾驶的,也可以是无人而是由电脑控制的。它能在数十分钟之内到达世界上任何地方出现的目标的可攻击的范围之内,不加燃料的航程为2.2万公里。未来的侦察机和卫星监视系统,可以当敌方防空导弹在地球上任何地方发射数十秒种之内,告诉美国空军该防空导弹发射场的准确位置,而高超音速飞机则能在数分钟之内作出反应,并可从离目标320公里之外发射导弹。这种飞机可从美国国土的基地起飞,或由高超音速运输机运载。该机爬升时,随高度的增加,一直从亚音速加速到高超音速。在接近目标时,再返回到低空低速,并用精确制导武器或激光武器攻击全球各地的高价值目标。
　　
　　三、太空轰炸机的关键技术分析
　　
　　为了能研制成功跨大气层的太空轰炸机,需要攻克一系列的关键技术。这里应当说明,太空轰炸机有不少关键技术,是和较低速度的军用飞机一样的,即必须研制出智能化程度很高和自适应能力很强的飞行控制系统,以及能使该系统正常运行的计算机算法(控制规律);必须装备可靠的、宽带的数据链路和通信网络系统;必须解决人机交互作用、机载弹药的小型化和系统综合集成等一系列问题。除此以外,太空轰炸机和高超音速飞机还必须解决高超音速飞行遇到的特殊问题。这些问题主要有推进技术、空气动力学和材料与结构等。通过前一阶段的高超音速研究计划,在这些关键技术领域,都取得了很大进展,特别是材料领域,进展最大,已接近太空轰炸机的要求。为了攻克这些关键技术,必须有效地使用地面试验、计算和飞行试验等三种手段。但这些手段在模拟高超音速飞行方面都有局限性。为了发展太空轰炸机和高超音速飞机,需要一体化地综合使用这些手段。为了验证这些关键技术及它们的综合集成,需要进行先期技术演示验证(ATD)和先期概念技术演示验证(ACTD)。
　　假若采用以火箭发动机为动力的跨大气层方案,根据美国现有的技术水平,上述关键技术在较短时间内就 可攻克。唯一困难的问题是太空轰炸机要进行飞机式的运行,以达到能够待命起飞和在着陆后12 小时内复飞的要求。这方面需要改变设计观念和进行一系列的地面试验和飞行试验。假若采用以组合式吸气式组合发动机为动力的方案,则研制实用的超音速燃烧发动机(Scramjet)仍有很大困难。近年来,由于计算机技术、地面试验技术和飞行试验技术的发展,已使超燃冲压发动机内复杂的空气热力学流动,开始得到比以往要有效得多的模拟。这种发动机在2020年前开始得到实际应用的可能性已越来越大。当然,目前各国也正在积极寻求替代超燃冲压发动机的新方案。
　　
　　四、结束语
　　
　　由于太空轰炸机的高的速度、生存能力和攻击能力,将使空中和太空的作战平台提高到新水平。由于太空轰炸机可以返回,它将成为一种可以实际使用的威慑力量。
　　从目前的技术水平来看,太空轰炸机可以实现的方案是采用火箭发动机为动力的跨大气层飞行器。当它进入地球低轨道飞行时,就是太空作战飞行器和太空机动飞行器。从长远来看,为了进一步提高机动性,它的载机也可使用高超音速飞机。这种载机其本身就有重要的军用价值。这种高超音速军用飞机为了在大气层内巡航,需要采用难度较大的高超音速吸气式组合发动机。
　　由于地面试验、计算和飞行试验在模拟高超音速飞行方面都有局限,因此,发展太空轰炸机和高超音速军用飞机,需要一体化地综合使用这些手段。为了验证关键技术及其综合集成,需要发展一系列速度从低到高的演示验证飞行器。责任编辑:兆 然 ■