美国高超声速技术发展面临的若干挑战及应对举措分析

2021年3月底，美国防部研究与工程副部长办公室负责高超声速的助理主任迈克·怀特发表声明，重点从美国高超声速技术发展面临的若干技术挑战及应对举措两大维度出发，概述美军将如何加速高超声速技术的发展，以追赶对手。本文将结合其主要观点及美军最新动向进行整理与分析。

美国高超声速技术发展受多方面因素制约

美军认为，除高超声速技术基础研究不足外，美军现阶段高超声速武器发展还受试验能力有限、工业能力薄弱等问题制约。

（一）高超声速试验能力不足

美国防部表示，未来四年内，将进行40-50次高超声速飞行试验，加速推动高超声速技术的发展与作战能力的生成。但现阶段美国在试验能力方面仍面临着若干不足。

一是美军地面试验风洞选择十分有限。先进高超声速系统研究受限于有限的地面试验设施，难以得到充分的地面验证。此外，各类高超声速项目为争夺风洞试验也存在着“相互踩踏”的问题。

二是美军飞行试验场地紧迫。目前美国多个高超声速项目都在争夺飞行时间，而且每个项目需要验证的方面众多，造成飞行试验场地紧张。此外，一些项目在尚未准备充分的情况下便急于进行飞行试验，造成资源浪费，使得本来就紧张的飞行试验场地变得更为紧迫。

三是美军试验基础设施陈旧。虽然美军在过去几年里已经投入了大量的试验基础设施维护资金，但仍难以满足当前高超声速试验需求。2021年3月，美空军爱德华兹空军基地试验中心指挥官克里斯托弗·阿扎诺少将表示，2020年，美国无论是在风洞还是试验场地方面，都进行了许多投资，试图提高试验能力，但目前美空军预算面临太多压力，无法解决所有这些问题。

（二）高超声速武器生产工业基础薄弱

一是近期而言，美军高超武器试验弹生产能力不足。为支撑美军接下来密集开展高超声速武器飞行试验，需生产大量的高超声速样弹。但美军当前的高超声速工业能力尚不支持样弹的大量生产，难以满足飞行试验需求。

二是中远期而言，美军高超声速武器量产能力不足。美军的目标是到21世纪20年代中期，实现高超声速武器大规模生产；远期实现更为复杂和成熟的高超声速系统的量产。但美军尚未形成大规模生产高超声速武器的技术人员、试验设施和工业产能所组成的“生态系统”，难以支持高超声速武器的量产。

（一）改进创新高超声速试验支持能力

一是加大高超声速地面试验风洞投资与建设。美军对阿诺德工程研究中心风洞建设进行了额外投资，2021年4月，美国阿诺德工程研究中心称其9号高超声速风洞完成性能升级，最大气流速度可达马赫数18，将为高超声速武器地面试验提供重要支持。同时美国还在评估与NASA合作的额外投资，预计2022年风洞建设投资约为5亿美元。美国防部2020年成立的“高超声速作战室”，也在评估美国高超声速工业能力的基础上，确定关键需求，就如何解决风洞稀缺问题提出相应计划，引导业界进行必要投资，未来将包括与NASA及学术机构间的合作。

二是开发高超声速飞行试验新型支持能力。由于高超声速飞行试验需求激增，需要额外的用于数据收集的飞行试验支持装置。受需求牵引，阿诺德工程研究中心在美国防部试验资源管理中心（TRMC）的支持下，正在开发一种基于高空长航时无人机的飞行试验支持能力，称为SkyRange。SkyRange将基于带有全新或改进传感器的无人机（RQ-4和MQ-9）进行飞行试验场地空间清理，并作为遥测中继，支持高超声速飞行试验。

三是制定高超声速飞行试验工程实践指南，练习飞行试验操作能力。除风洞和飞行试验场地的短缺外，缺乏飞行试验经验、在飞行试验上生疏，导致难以支持飞行试验的顺利开展已成为美军关心的另一大问题。为此，美军希望通过制定高超飞行试验工程实践指南，通过连续试验建立需要的专业知识库，使飞行试验中涉及的一系列步骤变得更加例行化，减少可能导致程序停止运行的错误。目前，美国防部已召集团队，预计2021年9月份完成《飞行试验工程实践指南》初稿的撰写，以期将所学到的经验教训将被传递给整个飞行试验团队。

四是借助计算流体力学进行数值模拟。数值模拟、风洞试验与飞行试验被视为支持高超声速发展的“三驾马车”，运用数值模拟将有助于高超声速飞行器整个流场（包括飞行器表面）信息（如压力、温度、密度和流速等）的获取，帮助实验人员解释一些已发现但由于缺乏数据支撑而未能给出合理解释的现象，进而推动高超声速技术的发展。

（二）增强高超工业基础多样性，激发技术创新潜力

为增强高超声速工业基础的多样性，美国除着眼于各大高超声速武器主要承包商外，正鼓励和资助一些可以为高超声速发展做出贡献的小型企业，激发其在技术创新方面的潜力。许多企业对此积极响应，调整业务范围，全力以赴在高超声速上下注。美国希望通过激发小型企业的创新力，为高超声速武器滑翔体材料制造和高超声速飞行器热管理这两大问题提供创新解决方案。

（三）建立应用高超声速大学联盟推进高超声速技术基础研究

2020年4月，美国防部设立“联合高超声速过转化办公室”(JHTO)，人员规模为10人，启动经费1亿美元，负责建立并实施高超声速技术发展路线图，加速研发，加强与院校合作，协调高超声速研究、开发、样机研制、试验与鉴定计划。2020年10月，JHTO负责在德州农机大学成立了“应用高超声速大学联盟”。联盟由德州农机大学领导，约有50所大学参与，其目标是吸引和培养推进系统、材料、热管理和系统工程方面的专家，以满足高超声速人才需求。联盟同时还可促进各界知识和资源的共享，通过协调，让学术界、政府以及工业界在高超声速技术开发方面更加紧密地交织到一起，有望挖掘新的创造性思维来源，解决科学和工程方面的严峻挑战。

（四）积极寻求与盟友合作

美国正在与盟友加强合作，意图借助盟友的研究及工业力量，加速高超声速武器技术发展，并生产高超声速武器。其中，澳大利亚在美国诸多盟友中扮演着重要角色。一是由于澳大利亚与美国在高超声速技术合作上有着悠久的研究历史，在吸气式高超声速武器技术研究方面发挥着重要作用。二是澳大利亚飞行试验资源充足，其具备的武麦拉试验靶场将有助于美军高超武器飞行试验的开展。三是可通过澳大利亚部署的舰载F/A-18战斗机，让美海军与空军能够更好地实现在高超声速武器技术上的连接。

结语

未来四年进行40-50次飞行试验，这一数据透露出美军对于尽快生成高超声速能力之迫切。但从美军目前几型样机研制项目进程（如2020年底“高超声速吸气式武器概念”及2021年4月“空射快速响应武器”自主动力飞行试验连续失败）来看，美军在追赶进度的背景下，现阶段似乎并未达到预期效果。

为打破制约美国高超声速技术发展的诸多壁垒，美国当前正多措并举，有针对性地“补短板”。从其当前采取的若干措施可以看出，美军意图在高超声速技术上赶超对手的决心之大、布局之宽，未来可能在推动美国高超声速技术加速发展上起到关键作用。对此，我应在密切关注其动向的同时，对未来可能出现的系列创新举措保持高度敏感性。