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高超音速武器

高超音速武器是利用高超音速飛行原理加以武器化的飛彈，可以在較低預算中達到天基動能武器的類似效果。高超音速武器是以五倍音速以上速度飛行的可操縱的武器，主要分為高超音速滑翔機（Hypersonic Glide Vehicle，HGV）和高超音速巡航導彈（Hypersonic Cruise Missile，HCM）兩類[1]。高超音速武器是臨近至太空底線卡門線以高超音速(5馬赫以上)飛行。由超音速衝壓發動機或超音速燃燒衝壓發動機或火箭提供動力，以滑翔和機動飛行方式對目標發動攻擊[1]。高超音速武器具有飛行距離遠[2]、飛行速度快、能對遠程目標實施即時打擊、機動性強、難以被衛星和防空雷達探測到，具有較高的對導彈防禦系統的突防能力等特點[1]。

這種武器早在第二次世界大戰德國科學家桑格爾就提出構想，不過當時的目標是在高層大氣中滑行，這一種「銀鳥」空天轟炸機航程很長，可用於跨大西洋轟炸美國。之後中國科學家錢學森也在他的研究之上又提出新理論，稱為「錢學森彈道」，認為有可能有一種物體能在極音速持續滑翔飛行。然而當時的科技無法達成這些構想，所以長時間以來都只能紙上談兵。

冷戰後彈道飛彈成為主流，這種超高速滑翔武器於是較少被提及。可是反導技術在80年代開始被發展，於是高速機動飛行的特性使得高超音速再次被注意，在2010年後由於技術逐漸成熟成為國際軍事界熱點議題，其巨大優勢是飛行速度極快導致目前的任何型態反導彈攔截系統都無效，雖然有理論認為光速的雷射武器有可能攔截，但目前雷射武器在大氣層中威力弱小射程短，純粹在理論階段。另一優勢在於超高速度的動能物體自身打中目標時就能引發巨大毀滅性，甚至不需搭載火藥彈頭。

目前美國、俄羅斯、印度、中華人民共和國、日本、朝鮮、英國、澳大利亞等國皆在研製高超音速武器，而俄羅斯於2019年表示自己是世界上唯一部署高超音速武器的國家[3]，2022年俄羅斯於俄烏戰爭中首次實戰應用高超音速武器匕首導彈[4]。

概念與歷史

高超音速武器早於二戰時已由德國科學家歐根·桑格爾（德語：Eugen Sänger）等人提出構想，並基於該設想研發出了長航程的在高層大氣中滑行的銀鳥空天轟炸機（英語：Silbervogel），可用於跨大西洋轟炸美國。之後，中國科學家錢學森在桑格爾的研究之上又提出名為錢學森彈道的新理論，該理論認為有可能有一種物體能在極音速持續滑翔飛行。然而當時的科技無法達成這些構想所以長時間都是紙上理論。冷戰後彈道飛彈成為主流，這種超高速滑翔武器於是較少被提及。可是反導技術在80年代開始被發展，於是高速機動飛行的特性使得高超音速再次被注意，在2010年後由於技術逐漸成熟成為國際軍事界熱點議題，其巨大優勢是飛行速度極快導致目前的任何型態反導彈攔截系統都無效[註 1]，雖然有理論認為光速的激光武器有可能攔截，但目前激光武器在大氣層中威力弱小射程短，純粹在理論階段。另一優勢在於超高速度的動能物體自身打中目標時就能引發巨大毀滅性，甚至不需搭載火藥彈頭。

發射理論為上升段火箭分離後或自飛機脫離，平飛段火箭將任務段發動機推到預定高度和速度。發動機進氣道實現高效吸氣，供油系統將航空煤油霧化噴入燃燒室，點火系統啟動，燃燒室進入預定燃燒狀態，發動機穩定工作後，獲得持續推力，將彈頭送至目標。

構造

高超音速武器分為彈體和推進裝置兩部份

彈體分為兩類[7]：

  • 高超音速滑翔飛行器(Hypersonic Glide Vehicle，HGV) ：速度極快由載具射到外大氣層外或邊緣施放，利用地心引力或自身發動機加速衝向地表，同時做出滑翔機動對準目標，因擁有滑翔乘波結構，除了能做出一次性外大氣層滑翔的錢學森彈道運動，還可做出能重複再進入外大氣層滑翔的桑格爾彈道運動，理論能突破10馬赫速度，結合部分軌道轟炸系統甚至可環繞地球一圈。
  • 高超音速巡航導彈(Hypersonic Cruise Missile，HCM）：與高超音速滑翔飛行器相比較為廉價的飛彈，類似傳統巡航導彈的運作方式，因無滑翔乘波結構只能作出一次性外大氣層滑翔的錢學森彈道運動，但利用高超音速飛行設計也能達到6馬赫以上。

推進裝置為三類：

  • 超音速衝壓發動機（Ramjet, stovepipe jet, athodyd）：噴射發動機利用了引擎的前向運動來壓縮空氣，而不使用帶有可旋轉葉片的壓縮機。衝壓引擎無法在空速為零的時候產生推力，因此無法使飛行器從靜止啟動。衝壓發動機主要是利用高速迎面氣流進入發動機後減速使空氣增壓的航空發動機。通常由進氣道（又稱擴壓器）、燃燒室和噴管組成。航空器飛行時迎面氣流在通過進氣道的過程中將動能轉變為壓力能，經壓縮後的空氣進入燃燒室與燃料混合進行等壓燃燒，生成的高溫燃氣在噴管中膨脹加速後排出，產生推力。讓超音速衝壓發動機加速到高超音速。超音速燃燒衝壓發動機優點有機動力高，缺點為較為高價。
  • 超音速燃燒衝壓發動機（Supersonic combustion Ramjet，Scramjet）：超音速衝壓發動機的一種，超音速燃燒衝壓發動機與超音速衝壓發動機的關鍵差異在於超音速衝壓發動機的進氣在實際進入燃燒室之前，需經過適當的導流減速到次音速，但超音速燃燒衝壓發動機的進氣仍可保持在超音速狀態，因此不只加速到高超音速還可達到更高的飛行速度。超音速燃燒衝壓發動機優點有機動力高，缺點為較為高價。
  • 火箭（rocket）：用固體或液體火箭加速至高超音速，火箭推進優點有較為廉價，缺點為機動力低。

發展狀況

美國

 
美國X-51乘波者

美國NASA的「Hyper-X」極超音速飛行計劃從1990年代開始，首先波音製造了X-43試驗機，使用獨特的超音速燃燒衝壓發動機（Scramjet）作為動力，這種動力系統屬於內燃機的一種，與傳統高速飛行時所使用的火箭引擎不同，是從大氣中吸入空氣燃燒。必須由飛機攜帶先達到超音速狀態才能引擎點火發射，以B-52同溫層堡壘戰略轟炸機改裝機攜帶飛至高空後，點燃連結在X-43A上的飛馬座火箭（Pegasus Booster，原本是作為反低軌道人造衛星飛彈用的推進系統）將X-43A推進到超音速的狀態後，再點燃自身的超音速衝壓發動機進行極音速飛行。[8]

之後美國波音公司建立了第二種飛行器X-51乘波者試驗機，採用壓縮升力外型設計，該試驗機共試射四次，其中兩次成功、兩次失敗墜毀，該試驗機在試射時的最高速度為5.1馬赫[9]。

2020年3月，美國國防部宣佈成功試射一枚未搭載武器的高超音速導彈[10]。

俄羅斯

2019年12月24日，俄羅斯總統普京稱，該國已經成為世界上唯一部署高超音速武器的國家[3]。同月27日，俄羅斯國防部長謝爾蓋·紹伊古表示首批高超音速導彈先鋒已於服役狀態[11]。截至2021年8月 (2021-08)，俄羅斯共披露四款高超音速武器，分別為「先鋒」「匕首」「鋯石」和正處於研發階段的Kh-95新型遠程高超音速導彈[12]。

2022年3月18日，俄羅斯在俄烏戰爭期間，首度應用「匕首」導彈摧毀烏方軍火庫，為該國、以至世界上首次在戰爭中應用高超音速武器[13]。

印度

 
布拉莫斯2型巡航導彈2013年展出的模型

印度與俄國合作分擔經費的共享方式研製HCM型，成果就是布拉莫斯2型巡航導彈，2010年有消息指出原型試射了一次成功，射程290公里。但中國二炮指揮學院教授邵永靈大校認為，布拉莫斯-2僅能說是研發階段，但是沒有研發成功所以遲遲未有量產消息，俄國自身也沒有意圖裝備的消息，其實布拉莫斯1型的傳統反艦飛彈當初研發成功後俄國自身也沒有列裝，可能有未知的問題存在。[14][15]

中華人民共和國

WU-14高超音速飛行器

中國人民解放軍火箭軍對於超高音速武器研製多少年外界不得而知，然而2014年美國探測到一枚彈道飛彈運載的HGV武器試射訊號，將其取名為WU-14高超音速飛行器（約10倍音速）。2014年1月15日，中國國防部證實了這一消息。[16]目前戰略界認知該武器已經實戰化，中國至2017年為止已經七次試射成功，懷疑曝光的DF-ZF型東風飛彈就是裝備高超音速彈頭的型號。[17]分析人士認為中國也可能先將WU-14高超音速飛行器用於戰術目的，比如配置在東風-21D反艦導彈上面作為彈頭，對付可移動的航空母艦，遠期目標是對付美國的導彈防禦網，美國的反彈道導彈（RIM-161導彈）很可能根本無法攔截這一武器。[18][19]

東風-17高超音速彈道導彈

主條目：東風-17高超音速彈道導彈

2017年10月，中國中央電視台播出的特別節目《還看今朝─喜迎十九大》中介紹了一款JF12激波風洞測試裝置，其內文說明表示該風洞2008年就已經建造，可以吹出9馬赫模擬風，溫度可達攝氏3000度左右，完全模擬高超音速狀態超過美國的7馬赫風洞位居世界第一，同時畫面中出現一款非常類似坊間流傳WU-14外型的模型正在洞中測試，按照以往慣例已經非機密階段的東西才會對大眾公佈，所以強化了外界判斷中國可能已經將高超音速武器量產並實戰化。[20][21]2017年底美國《國家利益》發佈消息，11月份偵測到多次中國試射高超音速武器，美方判斷名為「東風-17」中程彈道飛彈，射程約2千公里，末段彈頭為高超音速滑翔體，無法被任何現有攔截科技攔下，可能為軍事史上第一款實戰化的高超音速武器。[22]2019年10月1日，中華人民共和國成立70周年國慶閱兵式上，東風-17彈道導彈公開亮相。東風-17射程介於1,800至2,500公里，是專門用於攻擊先進導彈防禦系統的導彈，也是全球首款搭載高超音速彈頭的彈道導彈。

東風-27高超音速彈道導彈

2023年4月，媒體披露：根據美國泄密情報，中國在當年2月，秘密試射了一款基於東風-26的改進型高超音速導彈，型號為東風-27[23][24][25]。

長劍-100巡航導彈

主條目：長劍-100

2019年10月1日，中華人民共和國成立70周年國慶閱兵式中的導彈方隊中，中國首次公開長劍-100巡航導彈，該導彈性能較長劍-10A更強，雖然速度大約僅4馬赫左右，但被指亦使用高超音速技術。

星空2號

2018年8月3日，中國試射了星空2號[26]，該飛行器是中國首款乘波體氣動佈局的高超聲速試驗飛行器[27]。

鷹擊-21高超音速反艦彈道導彈

2022年4月，中國海軍在慶祝海軍節的宣傳視頻中展示了一種新型艦載導彈的發射片段。《南華早報》[28]等媒體推測其是鷹擊-21高超音速反艦彈道導彈[29][30][31][32]。《南華早報》報道中表示，鷹擊-21的射程在1000至1500公里之間，並認為公開該武器影像是對美國及台灣的震懾[28]，《半島電視台》的報道則認為中國公開鷹擊-21是一個明顯的警告[32]。2023年1月末，中國人民解放軍戰略支援部隊社交賬號《中國戰略支援》發佈文章，表示鷹擊-21反艦彈道導彈全程6馬赫飛行、末端10馬赫，並表示「該末端速度是現階段任何反導武器系統均無法攔截的」[33][34]。

高超音速武器軌跡預測

2022年4月，《宇航學報》刊載了一篇名為《一種高超聲速滑翔飛行器軌跡智能預測方法》的論文，闡述了通過人工智能預測高超音速武器軌跡的方法，並表示通過該算法模擬的結果預測誤差約為8公里，預測誤差在可接受的範圍之內，能夠為目標攔截、攻擊意圖判斷提供支撐[35]。同年6月1日，《南華早報》轉述該論文內容，並表示大多數反高超音速武器的技術尚處於開發階段[36]。次日，印度媒體《歐亞時報》轉述了此前《南華早報》的報道，並表示若中國對於此類反高超音速武器的研究為真，則對於在高超音速武器競賽中遠遠落後於中國的美國來說，美國將處於既沒有高超音速武器可用，也沒有防禦高超音速武器措施的雙重麻煩之中[37]。

其他研究

2018年4月27日晚，中國在夜間試射了一種不明型號的導彈，有媒體分析認為是中國試射的高超音速武器，北京周邊等十多省份皆可目視看到一枚俯衝彈道[38]。2021年10月，據英國《金融時報》報道稱[39]：「中國在今年8月測試過一枚可攜帶核彈頭的在軌超高音速導彈，導彈最終落在偏離目標約32公里處。」報道稱：「中國在超高音速武器發展方面的進展令美國情報部門感到措手不及[40]」、「今年8月中國試射了一枚可搭載核彈頭的高超音速滑翔飛行器，但和以往彈道導彈不同的是，它在飛向目標之前，先在近地軌道空間進行環繞地球飛行，隨後再重返大氣層，最終戰鬥部落在距標靶20多英里處[41]。」對此，美國國防部感到十分震驚，並表示「此次試驗表明，中國在高超音速武器方面取得了驚人進展，中國的高超音速技術遠比美國認識到的先進。」而美國國防部一名知情人士承認：「我不知道中國人是怎麼做到的[42]。」美國總統拜登周三（10月20日）在登上空軍一號前往賓夕法尼亞州時[43]，被記者問及他是否對中國的高超音速導彈感到擔憂，他說：「是的！」白宮發言人珍·莎琪同日接受記者採訪時表示，白宮已經通過「外交渠道」提出了對中國高超音速導彈技術的擔憂。美國國防部長勞埃德·奧斯汀周一（18日）表示，華盛頓正在密切關注中國先進武器系統發展，但他拒絕直接評論有關北京測試了具有核能力的高超音速導彈的報道，只表示華盛頓將繼續關注北京在軍事方面的挑戰[44]。德國之聲中文網報道：美國參謀長聯席會議主席馬克·米利將軍在接受彭博電視「大衛魯賓斯坦秀」採訪時說，「我們看到的是一個非常重要的高超音速武器系統的測試事件。這非常令人擔憂。我不知道這是否是一個斯普特尼克時刻，但我認為非常接近。它吸引了我們的全部注意」[45]。

朝鮮

2021年9月，朝鮮首次試射高超音速導彈[46]。2022年1月6日，朝鮮宣稱成功試射高超音速導彈[47]。2022年1月11日，朝鮮再次宣佈成功進行高超音速導彈試射[48]，導彈以10馬赫的速度飛行大約700公里[49]。

法國

2019年，法國國防部長弗洛倫斯·帕利宣佈啟動高超音速滑翔載具研發項目時表示，「許多國家都擁有此類武器，（法國）不能繼續坐以待斃」。當時預計首次測試工作將在2021年年底進行。據悉，法國推進實用化的高超音速武器立項是為了更換自己的空射核武器。法國在2019年3月啟動代號ASN4G的第四代巡航導彈項目，以替代現役的ASMP-A空射核導彈，法國官員此前透露，第四代巡航導彈很可能採用高超音速設計，計劃2035年投入使用，射程預計達1000公里以上，一旦裝備部隊將大大增強法國空基核力量的核威懾能力。

日本

在2019年，日本發展飛行速率5馬赫以上的高超音速打擊導彈。

日本瞄準更先進、突防能力更強的新型高超音速反艦/陸攻飛彈。此計劃由日本防衛省防衛裝備廳主導，主承包商是三菱重工；新型高超音速反艦陸攻飛彈的關鍵技術之一是雙模式超音速衝壓發動機，由防衛裝備廳和三菱重工合力開發，結合衝壓以及超音速燃燒衝壓技術，使飛彈能根據不同的任務需求而以不同的速率飛行，最大飛行速率可達5馬赫以上。防衛裝備廳表示，此種高超音速飛彈能在高高度以高超音速（5馬赫以上）航行與機動，使敵方難以防禦。此種新型飛彈可搭載穿甲彈頭來摧毀強固目標或敵方航空母艦的飛行甲板，或者搭載高密度高爆破片穿甲彈來大範圍殺傷敵人地面部隊。2022年7月24日，日本成功試射高超音速武器所用發動機。[50]

伊朗

2023年6月6日，伊朗伊斯蘭革命衛隊航空航天部隊公佈了伊朗自主研發的首款高超音速彈道導彈「法塔赫」，據伊朗伊斯蘭共和國通訊社報道，法塔赫高超音速彈道導彈的射程為1400公里，擊中目標前的速度可達13-15馬赫，其在大氣層內外擁有各種機動能力，以應對各類防空系統[51][52][53]。

各國高超音速武器一覽

現役

中國

俄羅斯

朝鮮

美國

研製中

美國

  • AGM-183 ARRW（截至2023年3月，5次試射4次失敗，項目已凍結[54]，但測試仍繼續[55]）
  • HAWC飛彈
  • HACM飛彈 (HAWC的後繼計劃)
  • HALO的高超音速反艦導彈
  • OpFires飛彈
  • 常規快速打擊武器[56]
  • Mako空射高超聲速導彈[57]

俄羅斯

中國

法國

俄印合作

日本

註解

  1. ^ 但俄烏戰爭期間，烏克蘭軍隊多次以愛國者二/三型導彈成功攔截俄方發射的匕首導彈[5][6]，表示高超音速武器並非完全不可攔截。

參考文獻

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