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从天而降的美国猎鹰简介HTV-2高超声速滑翔飞行器作者：陈功发展全球快速打击武器一直是美国军事装备发展的目标，早在2001年布什政府就提出了全球快速打击战略，当时提出的目标就是发展一种能够携带传统武器在一小时内对地球上任何目标进行打击的武器系统，以应对朝鲜等国的导弹威胁。2010年4月，美国海军将领James Cartwright在解释发展全球快速打击武器的原因时说：“今天，面对现有威胁，除非你动用核武器，（常规的武器反应时间）长达数天甚至数星期。”美军对全球快速打击能力的需求十分迫切，以至于一开始就有人提出了一种将传统“三叉戟D5”潜射洲际弹道导弹换装常规弹头进行快速打击的替代方案。但是由于此种方案容易引起俄罗斯、中国等国家导弹预警系统的误判，可能会引发核大战，因此该方案很快便遭到美国国防部的否决。在全球快速打击战略的指导下，2003年6月美国国防部高级研究计划局（DARPA）和美国空军提出了高超声速飞行器的发展计划，简称全球猎鹰（FALCON）计划。该计划的目标是研发、演示、验证从美国本土实施全球快速打击以及快速空间发射所需的技术，计划分为近期（2003-2010）和远期（2011-2025）两个阶段。近期，FALCON计划主要是发展一种用来发射高超声速武器平台或将小型载荷送入近地轨道的小型化运载火箭（SLV）和以无动力滑翔的高超声速技术飞行器HTV。远期计划是发展一种与飞机类似且能以Ma6以上速度飞行的高超声速巡航飞行器HCV。按照HTV的技术发展路线，DARPA提出了三步走战略，即分阶段发展HTV-1、HTV-2、HTV-3X飞行器，其中HTV-3X是为了降低技术风险而在2007年增加的“黑雨燕”计划飞行器，目的是在HTV-1/2技术成熟以后，发展一种能在常规跑道起飞的战斗机大小的无人驾驶高超声速飞行器。本着竞争和节省成本的原则，第一期HTV飞行器的概念开发和同被同时授予安德鲁斯太空公司、波音公司、洛克西洛马丁公司以及诺斯罗普格鲁曼公司等四家美国航空工业的巨头。为赢得这一合同，上述四家公司开展了为期半年的大规模前期概念论证工作。最终，在2004年的第三季度，洛克西洛马丁公司的方案赢得了DARPA的青睐，被授予第二期的研发合同，合同总价高达25亿美元。按照洛马公司提出的发展方案，HTV-1飞行器将主要进行机体结构、气动外形、防热材料等一系列关键技术的地面验证试验。HTV-1采用了改进锥型的气动布局，以提高机体内部空间的容积。但是在后来的C-C基防热材料的测试工程中，发现该构型的防热材料的加工和制造问题一直无法解决（曲率大的边缘C-C复合材料容易形成气泡，容易引起爆炸式燃烧）。因此，由HTV-1改进后的HTV-2飞行器采用了升力体构型。改进锥型布局升力体型布局随后，采用升力体构型的HTV-2飞行器同时开展了大量的风洞吹风实验和防热材料测试实验。到2007年八月，洛马公司基本完成了HTV-2飞行器所有子系统的鉴定和测试，HTV-2正式转入第三阶段的飞行验证阶段。HTV-1飞行器风洞试验HTV-2飞行器风洞试验由于2008年经济危机的影响和技术困难，美国国防部在2009年取消了HTV-3计划。因此，DARPA和美国空军全力发展HTV-2计划，将其发展成为一种在临近空间内高速滑翔的高超声速飞行器，以完成未来“全球快速打击”计划中赋予的攻击和侦查等任务。HTV-2被为助推滑翔飞行器，由助推级和无动力滑翔飞行器两部分组成。计划中的助推器可以是传统的小型化运载器（SLV），也可以是退役的洲际弹道导弹（ICBM）。HTV-2典型的飞行轨迹如下图所示。HTV-2飞行轨迹HTV-2 飞行器被助推器助推到约120公里的高空，速度达到25马赫时与助推器分离。然后HTV-2再入大气层，在30100km的临近空间作无动力的高超声速滑翔飞行。与传统的弹道导弹相比，HTV-2的飞行弹道低，减少了地方长程预警系统的反应时间。此外，在飞行过程中HTV-2还可以通过反作用控制系统改变飞行姿态以实现机动飞行，大大提高了突防概率。HTV-2飞行想象图因为FALCON计划前期开发的小型化发射器（SLV）不能满足HTV-2飞行试验的要求，洛马公司和美国国家飞行试验中心达成协议，采用轨道科技公司研发的“牛头怪”IV型运载火箭作为HTV-2的助推器。“牛头怪”IV型运载火箭是一个四级固体运载火箭，前三级用和平卫士洲际弹道导弹改装而来，第四级为猎户座38的上面级。实际发射HTV-2时，“牛头怪”IV型运载火箭取消了上面级，HTV-2飞行器通过适配器安装在整流罩内。发射台上的牛头怪IV型运载火箭为了充分验证HTV-2滑翔飞行器的各项性能，洛马公司与空间发展和测试机构展开了充分合作，共同为HTV-2飞行试验设计了两条优化轨迹，通过飞行试验充分验证HTV-2飞行器的高温耐热材料技术、高升阻比气动布局技术、防热技术和先进制导、导航与控制技术等关键技术。按计划第一此实验飞行将采用A轨迹，此飞行轨迹由范登堡空军基地直接飞往夸加林环礁的附近的一片无人海域。而第二次飞行试验将采用B轨迹，此飞行轨迹有一个大的圆弧飞行段（会从夏威夷以北900海里处飞过）,以充分验证 HTV-2滑翔飞行的侧向机动能力。整个飞行试验的纵程约为7700km,HTV-2飞行器将实现约30分钟，20Ma以上速度的高超声速飞行。HTV-2飞行试验轨迹HTV-2的飞行轨迹HTV-2在再入飞行过程中，是无动力滑翔飞行，由于它的乘波体外形，必须有一套主动控制系统以保证飞行过程中的稳定性，否则飞行器将会陷入致命的弹道螺旋。洛马公司并未为HTV-2 冗余的制导系统，为保证飞行过程中弹道精度，HTV-2采用了惯性导航+GPS的组合导航体制。此外，为保证试验飞行中的安全，HTV-2上安装有一套自毁系统，保证在飞行试验出现异常时安全自毁。抛掉整流罩后的HTV-22010年4月22日，HTV-2从范登堡空军基地升空，进行第一次飞行试验。在飞行约9分钟后，HTV2与地面失去联系，试飞失败，DARPA只收集到了部分的试验数据。DARPA的工程评估委员会在随后的申明中说，飞行器顺利与助推器分离，但是在随后的飞行过程中出现“超出飞行器上自动飞行系统控制能力范围的剧烈滚转”，飞行终止系统启动了自毁系统。经历过第一次飞行失败后，技术人员对HTV-2的重心配置进行了重新调整，并增强了飞行器的RCS主动控制系统。2011年8月11日，HTV-2进行了第二次飞行试验，飞行器成功地实现与助推器的分离并进入滑翔飞行阶段，但是随后飞行器再次与地面失去联系。再入过程中的HTV-2两次飞行的失败给HTV-2项目带来巨大的不利影响，特别是在当前全球经济危机的背景下，一度传出美国国防部取消HTV-2项目的消息。但是，美国为保持在未来军事领域的领先地位，建立一支“常规全球快速打击力量”，发展先进高超声速打击武器是其不可放弃的目标。事实上为降低技术风险和难度，美国国防部早在HTV-2第一次试飞试验失败后的2010年7月就提出了“弧光”远程高超声速导弹计划。按照设想，这种“弧光”导弹由导弹助推器和滑翔弹头组成，实质就是类似于HTV-2的远程高超声速导弹。导弹助推器将直接采用美海军现役的“标准3”型舰空导弹的助推器，而高超声速滑翔弹头将可以携带500至1000公斤的常规载荷， 能在30分钟以内对4000公里以内的时间敏感目标实施打击。从DARPA目前公布的部分数据可以看出，“弧光”导弹将是美国未来全球快速打击武器系统的重要组成部分。在HTV-2计划积累的大量技术基础上，“弧光”导弹计划取得了巨大的进步，2011年11月17日，美国成功实现了“弧光”导弹的首次飞行试验。导弹从夏威夷的试验场发射，准确击中了位于夸加林环礁的里根试验场上的目标，试验取得了“出人意料的完美成功”。“标准3”舰空导弹随着HTV-2计划的不断成熟，美军将以此开发出一种无动力、可机动飞行的高超音速滑翔弹药投送系统。美国空军不打算专门为HTV研制所需武器，而是采用新出现的武器，如BLU-116先进单一式战斗部侵彻弹药（AUP）、灵巧反装甲子弹药（BAA）或称之为“巴特”（BAT）反坦克子弹药、小口径炸弹（SDB）和仍在发展中的“大面积搜索自主攻击微型弹药”（WASAAMM）。这些武器将为HTV提供攻击坚固目标和深埋地下目标，以及活动目标和可重新定位目标的能力。随着军事科技的不断进步，高超声速打击武器投入战场已为时不远。目前，世界上现役的绝大多数防空系统只能应付30公里以下、以Ma