被锆石高超音速导弹夷为平地的乌克兰国家安全局大楼

上个月底俄罗斯使用锆石高超音速导弹轰炸了乌克兰国家安全局大楼，将这幢楼房夷为平地。乌克兰声称俄罗斯发射的两枚锆石导弹都被拦截了，看样子是被大楼给拦截了。锆石高超音速导弹是俄罗斯去年才刚刚装备部队的先进武器。可以从水面舰艇或者陆地上发射，攻击水面及地面目标。这种类型的导弹中美两国都还尚未装备。据俄方声称锆石导弹射程为1000公里，最大飞行速度可以达到10马赫。能够有效突破美弟的爱国者防空导弹拦截。关于锆石高超音速导弹，外界对其了解甚少，显得非常神秘。但是经过这次轰炸，乌方找到了一部分导弹残骸，再加上防空系统收集到的一部分飞行数据，让外界对锆石导弹有了一定的了解。

俄罗斯对外宣传资料上的锆石高超音速导弹

和俄罗斯之前对外宣传的不同，锆石并不是一种采用乘波体气动设计的导弹。其气动外形类似于宝石、布拉莫斯等俄罗斯传统反舰导弹的气动外形，有比较窄的边条翼，采用头部进气道。有一个体积比较大的助推器。第二级采用吸气式超燃冲压发动机作为动力。

锆石高超音速导弹的基本结构

从已经掌握的信息来看，锆石采用了半弹道式弹道设计，也就是先用助推器起飞并加速到十马赫左右，然后助推器分离。第二级超燃冲压发动机点火进行速度六马赫左右的超音速巡航。在这个阶段拥有非常好的机动性，可用于突破对手的防空系统。超燃冲压发动机工作100秒左右关机，然后进入惯性飞行，弹道末段开始俯冲攻击目标。其末段速度可能不高，只有三、四马赫的样子。

锆石高超音速导弹的气动外形

首先应该说锆石导弹本身有相当强的突防能力，但是其射程和采用超燃冲压发动机的水平有些不符，射程只有1000公里。像锆石这么大体型的吸气式超燃冲压发动机巡航导弹，其射程应该能够达到3000-4000公里才对。看来俄罗斯的武器技术这些年还在吃老本，没有多大进步。锆石可能是俄罗斯在苏联留下的技术遗产中考了一下古，搞成的这样一种高超音速导弹。虽然技术水平没有达到应有的水平，但是能将超燃发动机技术投入应用阶段也算是一种技术进步。尽管如此，锆石的弹道末段飞行速度仍然偏低，比较容易被拦截。锆石要想进一步提高性能，仍然需要做出更多努力。

锆石导弹的残骸

其实要论超燃冲压发动机技术水平，我国的技术水平是超过俄罗斯的。但是我国并没有去研制超燃冲压发动机的应用型号，这可能是因为超燃冲压发动机虽然非常先进但也有明显的弱点。超燃冲压发动机的工作速度区间是4-8马赫。但是工况比较理想的区间其实比较窄，可能在6-7马赫左右。这个速度相对于现有的防空导弹来说仍然是偏低的。而且超然冲压发动机的启动速度比较高，至少在4马赫以上。如果要在4马赫左右启动，就要把超燃冲压发动机设计成双模的。也就是燃烧室内的气流会经历从亚音速燃烧过渡到超音速燃烧的过程，这样技术会变得很复杂。

锆石导弹助推器残骸

所以锆石就直接采用能够在超燃状态下工作的冲压发动机，然后用固体燃料助推器将其直接加速到高超音速，然后冲压发动机就直接工作在超音速燃烧状态下了。这样设计的结果就是助推器比较大，对导弹的射程影响比较大。但是6-7马赫的飞行速度仍然不够理想，如果速度能够提高到12马赫以上，再加上高机动性，现有的防空导弹就完全无法拦截了。这里超燃冲压发动4-8马赫的工作速度区间指的是使用碳氢燃料的超燃冲压发动机。当然超燃冲压发动机还可以使用固体燃料。但是固体燃料更难控制，因为固体燃料燃烧后燃烧室的形状和空间在迅速变化。所以目前比较理想的实用化燃料还是碳氢燃料。

爆震燃烧方式要比传统的等压燃烧方式效率高55.6%

使用氢燃料的超燃冲压发动机的工作速度区间可以更大，但是使用液态氢需要零下二百多度的储存条件，制备、储存、加注液态氢都非常麻烦，所以氢燃料完全不适合军用。其实对于吸气式的高超音速巡航导弹来说，最理想的动力不是超然冲压发动机，而是更先进的爆震发动机，比如爆震冲压发动机或者斜爆震发动机。爆震发动机的工作速度可以更快。而且爆震发动机采用的燃烧组织方式是爆震燃烧，要比传统的等压燃烧效率高很多，可以大大提高导弹的射程。爆震燃烧方式要比传统的等压燃烧方式效率高55.6%。

清航一号试验飞行器

在爆震发动机方面我国已经有很多科研成果了，比如在2022年1月清航空天的清航一号飞行器已经试飞成功，该飞行器采用的是旋转爆震冲压发动机。旋转爆震冲压发动机的工作速度区间可以达到2-6马赫。其启动速度比较低，因此只需要使用很小的助推器就可以启动旋转爆震冲压发动机。而冲压发动机的比冲要比固体火箭发动机高很多，这样就非常节省燃料。在加上爆震燃烧效率高，可以获得非常远的射程。锆石的体积其实非常接近我国舰用垂直发射系统最大的垂发模块，也就是0.8米的口径，9米的长度。如果我们研制一型采用爆震冲压发动机的巡航导弹。以这样的模块空间，有可能可以获得4500-6000公里左右的射程。

旋转爆震冲压发动机适合的工作区间在2-6马赫

如果想获得更高的飞行速度，可以进一步结合斜爆震发动机。因为斜爆震发动机的工作速度更高，可以达到6-16马赫。斜爆震发动机已经在我国的高超音速风洞中试验成功。以这样的飞行速度可以突破世界上现有任何一种防空系统的拦截。我国科学家已经在研制一种新型的组合动力，可以结合旋转爆震冲压发动机的低速启动能力以及斜爆震发动机的高速飞行能力。这样的组合动力可以工作在2-16马赫的速度区间。所以对我们来说，可以跨过超燃冲压发动机，直接上马爆震发动机。即使旋爆震冲压发动机和斜爆震发动机的组合动力难度比较大，也可以先使用旋转爆震冲压发动机研制一型吸气式高超音速巡航导弹，实现海陆空三军通用。

旋转爆震冲压发动机和斜爆震组合发动机

可以装载到我国水面舰艇的通用垂发中。其射程有可能可以达到4500-6000公里，远远超过我国现役鹰击21弹道式反舰导弹1500公里左右的射程。而且也可以用来打击地面目标，只要把载舰部署到边境线外6000公里的距离上，就可以将打击能力覆盖全球。也可以实现对航母战斗群的防区外打击，自己可以躲在非常安全的距离上，不用担心对手舰载机的打击。因为F-35C即使配合MQ-25无人加油机也只能达到1850公里左右的最大作战半径。至于侦察、引导、通信可以依靠我国现有的各种卫星以及计划建设的低轨道卫星星座，这些低轨道卫星星座包括GW星座、G60星座以及通遥一体卫星星座，总数在26000颗以上。