俄羅斯日前成功試射“榛樹(shù)”高超音速導(dǎo)彈，宣稱其速度達(dá)10馬赫，現(xiàn)有防空系統(tǒng)無(wú)法攔截。這一事件引發(fā)西方震動(dòng)，高超音速導(dǎo)彈的突防能力與防御挑戰(zhàn)成為爭(zhēng)議焦點(diǎn)。實(shí)際上，我國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森先生最早提出了“高超音速”這個(gè)名詞，而現(xiàn)階段可以認(rèn)為，采用“錢(qián)學(xué)森彈道”的飛行器才是無(wú)法被攔截的。

撰文 | 崔凱（中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)會(huì)科學(xué)傳播和普及工作委員會(huì)主任）

2024年11月21日，一枚并未攜帶核戰(zhàn)斗部的新型導(dǎo)彈從俄羅斯阿斯特拉罕州第四發(fā)射試驗(yàn)場(chǎng)發(fā)射，襲擊了位于烏克蘭第聶伯羅市的烏克蘭南方機(jī)械制造廠。襲擊之后的當(dāng)晚，俄羅斯總統(tǒng)普京發(fā)表電視講話宣稱，在此次攻擊中，俄軍“實(shí)戰(zhàn)測(cè)試”了代號(hào)“榛樹(shù)”的新型中程高超音速（或稱高超聲速）導(dǎo)彈，但并沒(méi)有搭載核彈頭。普京還稱，這枚導(dǎo)彈以10馬赫，也就是每秒2.5到3公里的速度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行了攻擊，世界上現(xiàn)有的防空系統(tǒng)，以及美國(guó)人在歐洲建立的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，都無(wú)法攔截這種導(dǎo)彈。

“榛樹(shù)”導(dǎo)彈襲擊場(chǎng)面丨圖源：央視新聞

此次事件使西方頗為震動(dòng)。12月7日，美國(guó)《國(guó)家利益》雙月刊網(wǎng)站刊登了國(guó)家安全分析師布蘭登·韋徹特（Brandon J. Weichert）所撰寫(xiě)的一篇文章，標(biāo)題為《美國(guó)的“榛樹(shù)”高超音速武器噩夢(mèng)開(kāi)始了》。文中指出，“榛樹(shù)”導(dǎo)彈可以攜帶6至8枚常規(guī)彈頭或核彈頭，打擊范圍可以覆蓋歐洲全境以及美國(guó)西海岸。文章還指出，俄羅斯擁有“榛樹(shù)”導(dǎo)彈改變了現(xiàn)有力量對(duì)比，不管是在烏克蘭，還是更廣泛的國(guó)際體系中。美國(guó)既沒(méi)有可用的高超音速武器庫(kù)，也沒(méi)有防御這些毀滅性系統(tǒng)的可靠能力?！伴粯?shù)”作為戰(zhàn)場(chǎng)上一個(gè)重要角色的到來(lái)意味著，西方?jīng)]有誰(shuí)是安全的。

不過(guò)，也有學(xué)者對(duì)此次事件及“榛樹(shù)”武器系統(tǒng)的能力持不同觀點(diǎn)。美國(guó)明德大學(xué)蒙特雷國(guó)際研究學(xué)院（Middlebury Institute of International Studies at Monterey）詹姆斯·馬丁防擴(kuò)散研究中心（James Martin Center for Nonproliferation Studies）主任杰弗里·劉易斯（Jeffrey Lewis）就認(rèn)為，“榛樹(shù)”導(dǎo)彈實(shí)際上是在俄羅斯RS-26洲際導(dǎo)彈基礎(chǔ)上，通過(guò)移除一級(jí)助推器降級(jí)開(kāi)發(fā)而來(lái)，實(shí)際上是通過(guò)犧牲射程來(lái)?yè)Q取實(shí)戰(zhàn)性能的提升。這種改裝雖然讓導(dǎo)彈具備了一定的高超音速特征，但這個(gè)級(jí)別的所有彈道導(dǎo)彈在再入階段都會(huì)達(dá)到高超音速。他還認(rèn)為，從防御角度看，美國(guó)的“標(biāo)準(zhǔn)-3”Block IIA反導(dǎo)系統(tǒng)和以色列的“箭-3”系統(tǒng)都有能力攔截此類導(dǎo)彈。

高超音速技術(shù)被認(rèn)為將是“改變未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)游戲規(guī)則”的顛覆性技術(shù)，近年來(lái)也逐漸成為新一輪技術(shù)競(jìng)賽的焦點(diǎn)之一，而“榛樹(shù)”事件對(duì)于這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)無(wú)疑起到了推波助瀾的作用。不過(guò)，“高超音速”這一名詞本身卻并不是一個(gè)新概念，而是早在1946年就由我國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森先生提出。依據(jù)定義，高超音速描述的僅僅是一個(gè)速度范圍，即速度達(dá)到或者超過(guò)5倍音速（即5馬赫）的飛行。如果僅僅考慮速度定義，已有的許多武器都可以納入這個(gè)范疇，而圍繞這類武器的攻與防也已歷經(jīng)了數(shù)十年之久。

彈道導(dǎo)彈的攻防對(duì)抗

彈道導(dǎo)彈，特別是洲際彈道導(dǎo)彈（Inter-Continental Ballistic Missile，ICBM）是美國(guó)和前蘇聯(lián)冷戰(zhàn)時(shí)期經(jīng)常見(jiàn)諸報(bào)端的名詞，甚至可以作為那段特殊時(shí)期的代表性詞匯。廣義而言，ICBM可以算是最早的高超音速武器，因?yàn)槠渥畲箫w行速度一般會(huì)超過(guò)20馬赫。盡管彈道導(dǎo)彈對(duì)于冷戰(zhàn)時(shí)期兩個(gè)核大國(guó)而言，都是最為強(qiáng)有力的威懾型軍事裝備，但其基本原理并不復(fù)雜。

如果我們站在地面上，用力向斜上方拋出一顆石頭，石頭會(huì)在空中以拋物線的軌跡飛行一段距離，可能是十幾米或者幾十米。如果想拋得遠(yuǎn)一點(diǎn)，需要借助器具，比如古代攻城中經(jīng)常使用的投石機(jī)，石頭的飛行距離可能會(huì)達(dá)到幾百米。如果想再遠(yuǎn)一點(diǎn)，可以用火炮，利用火藥點(diǎn)火后爆炸產(chǎn)生的能量，可以將炮彈送得更遠(yuǎn)，會(huì)達(dá)到幾千米甚至幾十千米。當(dāng)然，炮彈的出膛速度要比手拋石頭高了很多倍。可見(jiàn)，初始發(fā)射速度越高，石頭或者彈頭飛行距離就越遠(yuǎn)，但其在空中飛行的軌跡一直呈拋物線狀態(tài)。

如果我們期望一枚彈頭能夠飛得非常遠(yuǎn)，比如幾千千米，甚至上萬(wàn)千米，那么大炮也不夠用了，所能采用的只有運(yùn)載火箭（或稱助推火箭）。而且隨著彈頭飛行距離的增加，火箭的級(jí)數(shù)也相應(yīng)增加，這一點(diǎn)與我們常見(jiàn)的衛(wèi)星發(fā)射十分相似，只不過(guò)衛(wèi)星的目的地是在太空中，而彈頭的目標(biāo)地點(diǎn)則是地球上的另一個(gè)地方。

發(fā)射彈道導(dǎo)彈和發(fā)射衛(wèi)星的飛行軌跡對(duì)比示意圖丨圖源：文獻(xiàn)

既然彈道導(dǎo)彈的飛行軌跡是一條拋物線，那么一旦發(fā)射后，其飛行軌跡就可以預(yù)測(cè)出來(lái)。我們可以舉這樣一個(gè)例子，如果我們想在高速公路上攔截一輛高速行駛的汽車(chē)，由于汽車(chē)只能沿高速公路行駛，所以只要攔截地點(diǎn)和行駛的汽車(chē)之間沒(méi)有下高速的出口，其路線就可以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，此時(shí)只需在汽車(chē)行進(jìn)的前方鋪設(shè)路障，那么就一定會(huì)攔截到。

攔截彈道導(dǎo)彈也是類似的道理，只不過(guò)具體實(shí)施起來(lái)要復(fù)雜得多。當(dāng)發(fā)現(xiàn)敵方的導(dǎo)彈發(fā)射升空后，空中的衛(wèi)星系統(tǒng)和地面雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)嘗試一直跟蹤導(dǎo)彈，并對(duì)其飛行軌跡進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)，導(dǎo)彈飛到適合攔截的區(qū)域后，就可以發(fā)射攔截彈，以“迎頭痛擊”的方式摧毀彈道導(dǎo)彈。當(dāng)然，由于彈道導(dǎo)彈在空中飛行的范圍非常大，要想精準(zhǔn)地撞上也是很不容易的。所以，攔截彈道導(dǎo)彈并不能保證百分之百成功（實(shí)際上，失敗的概率經(jīng)常比成功概率還要大）。如果要增加攔截概率，可以像高速公路上攔截汽車(chē)多設(shè)置幾道障礙那樣，一次多發(fā)射幾枚攔截彈，這樣就可以有效提高攔截概率。

提高彈道導(dǎo)彈的突防能力

有了導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)的防守，彈道導(dǎo)彈的研發(fā)者自然就要想一些改進(jìn)辦法，使導(dǎo)彈被攔截的可能性減小，這就衍生出一系列彈道導(dǎo)彈的改進(jìn)和變種。

第一種方式是采用壓低彈道。傳統(tǒng)的彈道導(dǎo)彈為了盡可能增大射程，一般采用最小能量彈道，以這種軌跡飛行時(shí)，導(dǎo)彈在飛行中的最大高度很高。比如美國(guó)上世紀(jì)六十年代研制裝備的大力神II（Titan II）洲際彈道導(dǎo)彈，其最大射程超過(guò)10000千米，最大彈道高度接近海拔1000千米。采用這樣的高拋彈道飛行，使得導(dǎo)彈很容易被偵測(cè)和跟蹤。壓低彈道就是采用傾斜發(fā)射或者發(fā)射后迅速轉(zhuǎn)彎等方式，使彈道拋物線的弧度變大，大幅降低最大飛行高度，從而降低導(dǎo)彈被探測(cè)到的可能性。此外，采用壓低彈道，導(dǎo)彈大部分時(shí)間都在大氣層內(nèi)飛行，可以在飛行中利用空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)，進(jìn)一步增加其反攔截能力。

第二種方式是采用多彈頭，其做法就是將“拋一個(gè)石頭”變?yōu)椤皰佉话咽^”。彈頭多了，突破對(duì)方防御系統(tǒng)的概率自然會(huì)增大，因?yàn)橹灰渲幸幻痘蛘咭徊糠謴楊^沒(méi)有被攔截，就仍可對(duì)敵方實(shí)現(xiàn)有效打擊。此外，多個(gè)彈頭就需要攔截方發(fā)射更多枚攔截彈進(jìn)行攔截，對(duì)于消耗敵方攔截火力也大有好處。

還有一種相對(duì)古老的方式是末段機(jī)動(dòng)。美國(guó)上世紀(jì)八十年代研制和部署的潘興II導(dǎo)彈就屬于這種類型。這種方式是對(duì)彈頭的外形進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)并加裝控制舵面。這樣在彈頭飛行的末段可以利用空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)彎并改變其飛行軌跡，一方面可以增加打擊的精度，另一方面也可以躲避敵方的攔截導(dǎo)彈。不過(guò)這種方式僅對(duì)飛行的末段突防有效。

美國(guó)潘興II導(dǎo)彈系統(tǒng)丨圖源：網(wǎng)絡(luò)

上述幾種方式也可以組合使用，最為典型的就是俄羅斯研制的大名鼎鼎的“伊斯坎德?tīng)枺↖skander）”戰(zhàn)術(shù)級(jí)彈道導(dǎo)彈。它在彈道形式上采用了壓低彈道，在飛行過(guò)程中可以相對(duì)靈活地轉(zhuǎn)彎。此外，除了自身攜帶的毀傷彈頭以外，還能攜帶多枚只有幾十厘米長(zhǎng)的誘餌彈頭，使攔截方在雷達(dá)上難以分辨哪一個(gè)目標(biāo)才是真實(shí)彈頭，從而無(wú)從下手。而據(jù)分析，在俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)中屢屢出鏡的kh-47m2“匕首（Kinzhal）”導(dǎo)彈就是在“伊斯坎德?tīng)枴睂?dǎo)彈基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而形成的空射型戰(zhàn)術(shù)級(jí)導(dǎo)彈，其最大飛行速度可以超過(guò)10馬赫。

俄羅斯“伊斯坎德?tīng)枴睂?dǎo)彈的誘餌彈頭丨圖源：文獻(xiàn)

俄羅斯“匕首”空射型導(dǎo)彈丨圖源：free3d.com

高超音速滑翔飛行器——從“拋石頭”變成“紙飛機(jī)”

雖然前述絕大多數(shù)彈道導(dǎo)彈的飛行馬赫數(shù)都在5以上，已經(jīng)進(jìn)入了高超音速飛行的速域范圍內(nèi)，但由于其飛行彈道呈現(xiàn)為拋物線，有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間是在大氣層外飛行，因此一般意義上認(rèn)為這類彈頭是“穿過(guò)”大氣層，而不是在大氣層內(nèi)“飛行”。而近年來(lái)業(yè)界更為認(rèn)可的高超音速飛行器則只有兩類，一類是高超音速巡航飛行器，另一類是高超音速滑翔飛行器。

如果用“拋石頭”來(lái)比擬彈道導(dǎo)彈，則高超音速滑翔飛行器可以更加形象地比擬為“紙飛機(jī)”。高超音速滑翔飛行器的發(fā)射及爬升方式與彈道導(dǎo)彈基本一致，都是由運(yùn)載火箭將彈頭送至一定的高度和速度，之后火箭與彈頭分離。與彈道導(dǎo)彈按慣性彈道飛行所不同的是，采用高超音速滑翔飛行的彈頭會(huì)像紙飛機(jī)一樣在空中飛行，只不過(guò)其飛行速度比紙飛機(jī)要快得多，最大可以達(dá)到20馬赫以上。

美國(guó)HTV-2高超音速滑翔飛行器飛行全程示意圖丨圖源：DARPA

值得一提的是，雖然高超音速滑翔飛行器真正引起世界各國(guó)的關(guān)注僅是最近20年左右的事情，但這種飛行模式的提出卻是早在上個(gè)世紀(jì)四十年代，其提出者仍然是著名的科學(xué)家錢(qián)學(xué)森。因此，這種彈道也經(jīng)常被稱為“錢(qián)學(xué)森彈道”。

錢(qián)學(xué)森和“錢(qián)學(xué)森彈道”丨圖源：網(wǎng)絡(luò)

相比于彈道導(dǎo)彈，高超音速滑翔飛行器最明顯的優(yōu)勢(shì)就是極強(qiáng)的突防能力，主要原因有如下幾點(diǎn)：

首先是探測(cè)難，高超音速滑翔飛行器全程都在大氣層內(nèi)飛行，且飛行高度比壓低彈道的導(dǎo)彈更低，因此更加不容易被探測(cè)到，甚至可以利用地球曲率的遮蔽效應(yīng)隱藏自己不被發(fā)現(xiàn)。

其次是預(yù)測(cè)難，由于采用“錢(qián)學(xué)森彈道”，其飛行軌跡完全無(wú)法預(yù)測(cè)，現(xiàn)有反導(dǎo)系統(tǒng)在這種彈道面前基本上完全失效。

第三，高超音速滑翔飛行器不僅探測(cè)難、預(yù)測(cè)難，由于全程在大氣層內(nèi)飛行，還可以充分利用空氣動(dòng)力進(jìn)行大幅度和大范圍三維轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)飛行，不但可以躲避攔截導(dǎo)彈，甚至可以主動(dòng)避開(kāi)敵方的雷達(dá)探測(cè)區(qū)。綜上幾點(diǎn)，至少現(xiàn)階段可以認(rèn)為，除了誤打誤撞的隨機(jī)事件以外，高超音速滑翔飛行器是無(wú)法被攔截的。

雖然高超音速滑翔飛行器的基本飛行原理與紙飛機(jī)一樣簡(jiǎn)單，但其研制難度卻十分大。由于飛行模式與傳統(tǒng)彈道導(dǎo)彈完全不同，因此在氣動(dòng)外形、結(jié)構(gòu)熱防護(hù)、控制系統(tǒng)等方面都提出了新的挑戰(zhàn)，其中，首要的難點(diǎn)就是外形。

傳統(tǒng)的彈道導(dǎo)彈一般采用軸對(duì)稱體的外形，這種外形的優(yōu)點(diǎn)是裝填效率高，穩(wěn)定性好。但采用這樣的外形在大氣層內(nèi)飛行時(shí)只能產(chǎn)生很小的升力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的滑翔飛行，因此必須采用全新的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)。依據(jù)目前的研制情況，主要有兩條思路，一條是在軸對(duì)稱外形的基礎(chǔ)上增加翼面提高升力，另一條是采用全新的升力體外形設(shè)計(jì)。

相比之下，第一條思路可以在相當(dāng)程度上繼承彈道導(dǎo)彈的相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此技術(shù)難度相對(duì)小一點(diǎn)，而且可以直接使用成熟的運(yùn)載火箭，武器通用化程度相對(duì)更好。美國(guó)陸軍和海軍聯(lián)合支持的通用高超音速滑翔體項(xiàng)目（Common Hypersonic Glide Body，C-HGB）就遵循了這一思路。作為這一項(xiàng)目的實(shí)際落地應(yīng)用之一，代號(hào)“暗鷹”的美國(guó)陸軍長(zhǎng)距離高超音速武器（Long-Range Hypersonic Weapon，LRHW）所采用的具體外形是軸對(duì)稱雙錐體加四片機(jī)翼。

美國(guó)陸軍“暗鷹”高超音速滑翔飛行器丨圖源：文獻(xiàn)

采用軸對(duì)稱機(jī)體加翼面的方案，主要缺陷是其空氣動(dòng)力學(xué)性能相較于彈道導(dǎo)彈而言，只能獲得有限提升。由于高超音速滑翔飛行器全程在大氣層內(nèi)飛行，當(dāng)其與運(yùn)載火箭分離后，飛行距離以及機(jī)動(dòng)能力幾乎完全取決于其空氣動(dòng)力學(xué)性能，因此，采用軸對(duì)稱機(jī)體加翼面的氣動(dòng)外形雖然在彈道形式上采用滑翔方式，但很難將這一新型彈道的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。

與之相比，升力體以及乘波體等新型外形則可以有效彌補(bǔ)這一不足。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）支持的FALCON“獵鷹”項(xiàng)目中的HTV-2飛行器和美國(guó)空軍支持的空射快速響應(yīng)武器（Air-launched Rapid Response Weapon，ARRW）項(xiàng)目的飛行器都使用了這種方案。其中后者已經(jīng)被分配了AGM-183A的型號(hào)編號(hào)，但從現(xiàn)有發(fā)布信息看，其最近幾次飛行試驗(yàn)都因各種意外或者問(wèn)題而宣告失敗。

美國(guó)TBG高超音速滑翔飛行器丨圖源：文獻(xiàn)

不過(guò)，凡事有利必有弊，升力體外形雖然空氣動(dòng)力學(xué)性能更好，但其外形一般扁平，內(nèi)部空間較軸對(duì)稱體大幅減少，進(jìn)而導(dǎo)致其裝載能力降低。此外，升力體外形的操控難度更大，特別是對(duì)于高超音速滑翔飛行器，其飛行馬赫數(shù)和飛行高度變化范圍很大，又使得操控問(wèn)題進(jìn)一步加劇。正是因?yàn)檫@些困難，美國(guó)HTV-2高超音速試驗(yàn)飛行器的多次飛行試驗(yàn)均告失敗。

美國(guó)HTV-2高超音速滑翔飛行器丨圖源：DARPA

“榛樹(shù)”導(dǎo)彈是否真的“無(wú)法攔截”？

截至目前為止，俄羅斯對(duì)外公布的高超音速滑翔飛行器僅為“先鋒（Avangard）”導(dǎo)彈一種，且只公布了其效果圖和三維動(dòng)畫(huà)視頻，并沒(méi)有公布任何真正的實(shí)物圖片。除此之外，雖然近年來(lái)俄羅斯官方和普京對(duì)于其“匕首”武器系統(tǒng)也多次使用“高超音速”這一名詞來(lái)稱呼，但一般認(rèn)為其仍屬于彈道導(dǎo)彈一類，而且據(jù)稱在實(shí)戰(zhàn)中也曾被烏克蘭成功攔截。

俄羅斯“先鋒”高超音速滑翔飛行器效果圖丨圖源：俄羅斯紅星電視臺(tái)

由于“榛樹(shù)”導(dǎo)彈目前公布的信息極少，所以真實(shí)情況如何尚無(wú)法確切得知，但綜合目前各種情況和分析，最大的可能性其仍是一種采用壓低彈道的彈道導(dǎo)彈。不過(guò)，從彈頭落地視頻還可以明顯看出，此導(dǎo)彈安裝了至少6枚分彈頭，這無(wú)疑可以進(jìn)一步增強(qiáng)該款導(dǎo)彈的反攔截能力。因此，普京所說(shuō)“榛樹(shù)”導(dǎo)彈“無(wú)法攔截”固然有一定的夸大成分，但客觀的說(shuō)，就目前水平而言，攔截這種導(dǎo)彈的困難屬實(shí)很大。至于未來(lái)如何，則只能等待實(shí)際的檢驗(yàn)了。

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