这几年美国在高超音速飞行器领域动作频频。美国空军跟国防高级研究计划局一块儿推进的新一代响应式打击项目尤其惹人注意。这项目的目的是去探究可多次使用的高超音速飞行器概念,而且打算在2030年以前将样机给开发出来。这一项目的推进既承载着美军提升作战能力的期望,而且也面临着诸多技术方面以及现实层面的挑战。
(图片来源真实素材)
NextRS项目的出现其实并非偶然,而且与此前陷入困境的“混乱”(Mayhem)项目存在着千丝万缕的联系。“混乱”项目同样致力于开发可执行打击和情报(ISR)任务的高超音速飞行器,于2020年启动。在2021年,Leidos公司赢得合同,负责开发一款以超燃冲压发动机为动力的“混乱”飞行器,预计可从另一架飞机上进行空中发射,但到2024年初,该项目的前景,变得模糊不清。因为2024财年没能获得足够的资金,所以它的数字设计以及使能技术的研发被耽搁了,项目处于停滞状态,而且未来究竟会怎样充满了不确定性。
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正是在这样的背景下,NextRS项目悄然兴起。根据DARPA发布的合同公告,NextRS项目聚焦于六大关键技术领域,包括结构和材料、高速武器分离、双模推进、发电热管理系统以及高超音速涡轮发动机。其中双模推进技术是重中之重。
传统的冲压发动机和超燃冲压发动机在推动飞行器达到高超音速(通常指5马赫以上)方面表现出色,但在亚音速和低超音速状态下性能不佳,往往需要火箭发动机提供初始助推速度。而基于涡轮基组合循环(TBCC)的双模推进系统,将超燃冲压发动机与适用于低速的喷气涡轮相结合,能够实现不同速度模式间的无缝切换,使飞行器具备从现有跑道起飞和降落,并以高超音速巡航的能力,极大地提升了作战灵活性。
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不过实现TBCC推进系统的实际应用困难重重。DARPA正在寻求能够让TBCC推进系统在整个飞行包线内持续动力运行的技术,还期望先进的高超音速涡轮发动机技术能够在不注水的情况下实现升降模式转换时的高效运行。除此之外,对高超音速燃气轮机(HMGT)的研究也在同步进行,DARPA希望了解该技术的发展现状,并明确将其推进到初步设计阶段所需的技术,还提出该发动机近期开发需要一个现有核心作为基础。
在高速武器分离方面,高超音速飞行时飞行器承受着巨大的物理和热应力,设计能够在这种极端条件下安全打开并释放武器的有效载荷舱极具挑战性,被释放的载荷在初始阶段也将以高超音速飞行,需要具备承受相应应力的能力,这意味着可能需要为NextRS平台专门开发定制弹药。
结构和材料领域同样面临着技术瓶颈。虽然高超音速武器的发展,推动了相关结构概念和材料科学的进步,如热防护系统,“热”结构和增材制造结构等方面取得了进展,而且碳与陶瓷基复合材料等的研究也在跟进,不过说真的,这些成果对于可重复使用的高超音速飞行器结构来说,还远远不够。
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可重复使用的高超音速飞行器需要在更大的运行时间范围内具备可重复使用性,在大表面积机体上实现重量效率优化,并且主要针对热载荷而非机械载荷进行设计。除了技术方面的难题之外,NextRS项目而且还遭遇到了诸多的现实层面挑战。从资金这一方面来看呢,美国空军于现代化项目之上的预算压力正逐渐增大。
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“哨兵”洲际弹道导弹项目成本飙升,引发了对新一代空中优势(NGAD)计划下的第六代有人驾驶战斗机项目的深度审查,这个时候也影响了未来B-21“突袭者”隐形轰炸机机队规模的规划除此之外,国防部长皮特・赫格塞斯下令暂停空军的大量现代化工作,直至新的空军部长得到确认并审查相关计划,还要求对2026财年的支出计划进行审查,将约8%的国防部预算(约500亿美元)转移到新的优先项目上,这无疑给NextRS项目的资金获取增添了变数。
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尽管面临诸多挑战,NextRS项目仍有其重要意义。在作战应用方面,可重复使用的无人空中发射高超音速打击和侦察飞机在多种作战场景中具有独特优势。它能够快速精准地打击时间敏感目标,在敌方防御极为严密的区域深处,与此同时悄悄地进行情报收集,并且相比间谍卫星而言,它具有更为高的任务灵活性以及更快的响应速度。
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与区域地面和水面发射平台相比,空中发射的可重复使用平台在接近目标的路径和到达时间上更加灵活。未来NextRS项目能否成功发展出可投入实际作战的平台仍有待观察。当前相关合同公告未透露该平台的具体详情,例如其整体的尺寸;以及其有效的载荷能力等状况。其实在项目的技术突破层面,还有资金支持层面,均存在着一些不确定性。
但从美国空军对该项目的持续关注来看,高超音速打击侦察平台在美军未来作战体系中的潜在价值依然不可忽视。随着技术的不断发展,而且研究也在深入,如果能克服现有的技术以及现实方面的障碍,NextRS项目有希望为美国空军带来全新的作战能力,进而改变未来空战的格局。