日本高超音速武器发展情况浅析

云脑智库 2022-11-06 00:00



前 言

日本在2021年稳步推进高超音速导弹研制工作。2021财年为高超音速巡航导弹(HCM)和高超音速滑翔弹(HVGP)开发申请了2.186亿美元,重点加速高超音速导弹总体设计技术、弹头技术、火控技术、制导技术、推进技术等关键技术成熟。根据日本2021年8月发布的2022财年国防预算,将在2022财年继续投入3432万美元用于高超音速巡航导弹导引头技术开发;另投入1.27亿美元,用于高超音速助推滑翔导弹早期原型样机研制。按照计划,日本将在2026年左右部署高超音速滑翔弹(HVGP)的初始版本,随后在2028年部署高超音速滑翔弹(HVGP)的增强版本,2030年左右再部署一种高超音速巡航导弹。


发展背景


在日本地区周围聚集着大量的军事力量。防区外防御能力可防止入侵试图入侵日本(包括岛屿)的船只和登陆部队,同时确保自卫队人员的安全。目前,日本正在推动防区外导弹的发展,尤其是在推进用于海岛防御的高超音速滑翔导弹、用于海岛防御的新型反舰导弹和高超音速巡航导弹的研发项目上。


近年来日本对于军事力量的不断解禁,先是在2017年引进射程900公里的美制空对地导弹,随后在2018年8月31日,日本防卫省公布了2019财年国防预算的预算请求,其中需要新的预算用于研发用于高超音速巡航导弹的超燃冲压发动机。


为实现高超音速导弹系统,需要对高超音速飞行的耐热材料和推进装置进行研究。从火控等综合技术优化系统的高清导引头和控制系统将其作为制导导弹实现有必要稳步追求这些元素技术作为一个整体。尤其是在高超音速飞行的基础技术方面,与研究机构的联合研究有望对整个产业和经济产生连锁反应,包括向民用技术以及卫星技术的转化。


日本拨付64亿日元预算要求研究高超音速导弹的基础技术。开展以喷气燃料为动力的超燃冲压发动机部件技术研究,实现超音速(5倍音速以上)巡航的超燃冲压发动机。要求的项目是“以喷气燃料运行的超燃冲压发动机”,它要求使用可在室温下使用的普通喷气式飞机燃料,而不是低温氢燃料,这有利于发动机冷却。再生冷却是一种使用燃料冷却发动机的结构。对于喷气燃料再生冷却超燃冲压发动机而言,技术挑战相当高。


三菱重工于2013年10月30日颁发的专利[WO2013133299A1]是一种通过执行超音速燃烧产生推力的超燃冲压发动机,更具体地涉及一种用于超燃冲压发动机的燃料供应系统。为了稳定使用碳氢燃料的超音速燃烧,希望增加燃料中所含的低碳组分的比例并保持燃料的组成恒定。另一方面,低碳烃在室温下呈气态。因此,如果在燃油箱中安装低碳碳氢化合物,则无法增加燃油的装载能力,无法长时间进行超音速燃烧(超音速飞行)。因此,可以将含有高碳碳氢化合物且在室温下为液体的喷气燃料装入油箱,在飞行过程中通过燃烧室产生的热量对燃料进行热分解,产生重整燃料,并在燃烧室中燃烧重整燃料。


发展历程


日本长期研制高超音速武器,也是高超音速技术占据领先地位的国家之一。日本通过1980年代以来在高超音速领域的长期探索,为近年来的发展奠定了良好的基础。


1995年,日本国家太空开发机构和科学技术厅的国家航空航天实验室开发了一种实验性高超音速飞行器,可以达到15马赫的速度。该项目称为HYFLEX(高超音速飞行实验),实验飞行器在1995年5月中旬展示给的媒体。实验飞行器计划于1996年初在110公里的高空飞行并在海中溅落后回收,其目的是为日本制造的航天飞机的设计提供必要的数据。


日本航天航空研究开发机构一直在推动研发,以建立可在2小时内穿越太平洋的5马赫级高超音速客机的技术。以5马赫飞行的高超音速客机将比以2马赫左右飞行的超音速飞机暴露在更高的温度环境中。因此,有必要研发新的发动机和耐热结构。以研发从起飞到5马赫连续运行的高超音速涡喷发动机为主,在该领域的研发还包括高超音速客机的系统分析、气动设计、耐热设计等重要特性。


2016年,日本防卫省采办技术与后勤局(ATLA)发布了《中长期技术展望》,规划未来20至30年武器装备和关键技术的发展。该文件认为,日本目前依靠亚音速巡航导弹进行精确打击,难以有效威慑敌人。因此,日本有必要研发新型高超音速打击武器。


在未来作战任务和早期技术储备的支持下,日本先后公开了多项高超音速导弹研究项目,体现了高速助推滑翔导弹与高超音速巡航导弹并行发展的规划思路。


2017年,日本ATLA在2018年国防预算文件中提出了“用于海岛防御的高速滑翔导弹技术研究”。次年,该项目更名为“用于海岛防御的高速滑翔导弹研究”,并提出了更详细的阶段性发展计划。虽然该项目一直使用“高速”、“超音速”等描述,但飞行速度指标并未公开,因此不能断定其属于高超音速武器。用于岛屿防御的高速滑翔导弹用于岛间攻击,射程为300至500公里。采用陆基发射方式,导弹的部署和打击范围已引发全球关注。


日本对于高超音速导弹的未来设想


高超音速滑翔弹(HVGP)


高超音速滑翔弹(HVGP)由日本防卫省采购、技术和后勤局(ATLA)与三菱重工合作开发,速度大约是每秒1700米(6200公里/小时)。高超音速滑翔弹(HVGP)类似于弹道弹头,有效载荷在高空从火箭发动机上分离,然后滑向目标。该技术允许导弹在高空高速发射,这是防空系统的薄弱环节,然后沿着复杂的轨迹飞行,使得现有的反导盾难以被拦截。其航程约为500公里或更短,以满足日本的“特殊金融政策”要求。报告显示,该武器很可能有一个弹头,专门设计用于穿透中国航空母舰的甲板。


日本高超音速滑翔弹示意图


2018年,日本首次披露高超音速巡航导弹项目。当时,日本ATLA在2019财年国防预算文件中提出了“高超音速导弹基本技术研究”项目,以发展速度超过5马赫的巡航导弹技术,重点是发动机技术。值得注意的是,该项目于2013年立项,历经六年筹备进入开发阶段。这表明日本已经认真评估了研制高超音速巡航导弹的可行性,可能已经制定了合理的发展计划。


2018年底,有关防卫省计划研制国产高超音速武器的报道首次出现。日本将成为继中国、俄罗斯和美国之后世界上第四个能够掌握高超音速导弹技术的国家。据日本防卫省称,将在2026年使用该导弹的初始版本,然后在2028年之后使用增强版本。日本未来导弹的发展已经确定将在2030年代完成。


高超音速滑翔弹(HVGP)初始版本和增强版本


2020年5月,日本政府正在调查可能导致绝密导弹计划泄露的三菱重工网络攻击后可能严重破坏国家安全的事件。该公司表示,它于2020年2月向国防部报告了一起事件,其中包括8000名员工的个人数据在内的敏感信息可能已被盗。时任内阁官房长官菅义伟告诉记者,政府正在调查“信息泄露可能对国家安全造成的影响”。被盗数据被认为与三菱竞标制造的原型导弹有关。


影响分析


日本防卫政策的“进攻性”特点越发明显


日本在战后制定了“专守防卫”的防卫政策,但随着战后日本经济的回暖以及美日盟友关系的建立,日本防卫政策的“专守防卫”特点逐渐减弱,攻击性特点越发明显。近年来,日本从美国采购陆基宙斯盾、标准-3导弹,购买F-35战机,研制XASM-3超音速空舰导弹,最近公布的HVGP项目更具进攻性。HVGP项目在第一阶段就具备飞行速度为马赫数5、打击距离500km的性能。第二阶段的HVGP性能将更加优异,导弹射程覆盖范围将更大。综合来看,日本武器装备变得更加精良,现代化程度不断提高,进攻打击能力得到很大的提升。一个摒弃“专守防卫”防卫政策的日本值得关注。


加重亚太地区在高超音速上军备竞赛的剧烈程度


相比传统飞行器,高超音速飞行器在速度、突防以及毁伤性能等方面存在绝对优势,所以高超音速飞行器已经成为美国、法国、俄罗斯、日本、印度等多国竞相发展的武器装备。发展高超音速飞行器已逐渐成为世界武器装备发展的潮流和趋势,因此,可以预见将会有更多国家加入高超音速飞行器研发队伍中来。从技术角度来看,高超音速飞行器技术随着更多国家的加入将会得到新的发展动力,有利于该项技术朝着更深层次的研究领域不断深入发展。但从安全稳定角度来看,高超音速飞行器军备竞赛将愈发激烈,随着高超音速飞行器技术的逐渐普及和蔓延,更多国家拥有高超音速飞行器,各地区乃至整个世界安全局势也将变得更加复杂。


拦截高超音速飞行器成为现实需求


日本高超音速飞行器的发展对日本武器装备整体作战能力起到很大的提升作用,也将对日本周边国家安全形势提出新的挑战。面对这样的挑战,为了保持相对的战略对等,日本周边国家除了发展相同或者更加先进的武器装备外,发展拦截高超音速飞行器技术成为现实需求。然而,由于高超音速飞行器发展较晚,当下各国反导拦截系统在研发之初,并未将高超音速飞行器纳入其拦截对象范围之内,所以当下的反导拦截系统都无法拦截高超音速飞行器。此外,由于高超音速飞行器弹道难以预测,飞行速度极快,所以拦截高超音速飞行器目前是几乎不可能的。武器装备对抗中的攻防发展历来相辅相成,虽然拦截高超音速飞行器目前难度极大,但相关研究和探索已经开始。美国和俄罗斯已在高超音速武器防御拦截武器技术、预警探测技术和网络化指挥控制技术等方面开展了先期的概念研究和技术探索。特别是美国,针对俄罗斯高超音速武器在速度、作战空域和打击能力方面的优势,积极推进先进防御技术创新发展,促进预警探测、拦截武器技术的发展,发挥体系作战优势,形成高超音速武器防御新的作战概念和防御技术。


结尾


虽然日本采取滑翔导弹与巡航导弹并行发展的战略,但日本防卫省明确提出要在2035年前完成滑翔导弹的武器化,可见其相关技术可能已经达到一定水平的成熟。在巡航导弹方面,日本防卫省近日披露了到2030年完成一型研发并在2030年前后实现部署的计划,在一定程度上显示了对自身技术能力和前期工作的信心。鉴于目前可用的高超音速技术与其实用性之间存在差距,尽管日本渴望拥有这种先进武器,但能否在短短十年左右的时间内部署仍存在相当大的不确定性。就高超音速导弹而言,日本掌握了运载火箭技术和飞机再入技术,对助推滑翔导弹的发展具有重要基础。日本想要研制射程300至500公里的高速助推滑翔导弹也只是时间问题。


主要参考资料
1、Japan’s Hypervelocity Gliding Projectile Against Aircraft Carrier.
2、Japan unveils its hypersonic weapons plans.
3、Japan's new hypervelocity missile.
4、Japan's ATLA engages MHI on hypersonic missile projects.

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