新型高超音速導彈面世，現(xiàn)有防空系統(tǒng)能否攔截？

俄羅斯日前成功試射“榛樹”高超音速導彈，宣稱其速度達10馬赫，現(xiàn)有防空系統(tǒng)無法攔截。這一事件引發(fā)西方震動，高超音速導彈的突防能力與防御挑戰(zhàn)成為爭議焦點。實際上，我國科學家錢學森先生最早提出了“高超音速”這個名詞，而現(xiàn)階段可以認為，采用“錢學森彈道”的飛行器才是無法被攔截的。

撰文 | 崔凱（中國空氣動力學會科學傳播和普及工作委員會主任）

2024年11月21日，一枚并未攜帶核戰(zhàn)斗部的新型導彈從俄羅斯阿斯特拉罕州第四發(fā)射試驗場發(fā)射，襲擊了位于烏克蘭第聶伯羅市的烏克蘭南方機械制造廠。襲擊之后的當晚，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“實戰(zhàn)測試”了代號“榛樹”的新型中程高超音速（或稱高超聲速）導彈，但并沒有搭載核彈頭。普京還稱，這枚導彈以10馬赫，也就是每秒2.5到3公里的速度對目標進行了攻擊，世界上現(xiàn)有的防空系統(tǒng)，以及美國人在歐洲建立的導彈防御系統(tǒng)，都無法攔截這種導彈。

“榛樹”導彈襲擊場面丨圖源：央視新聞

此次事件使西方頗為震動。12月7日，美國《國家利益》雙月刊網(wǎng)站刊登了國家安全分析師布蘭登·韋徹特（Brandon J. Weichert）所撰寫的一篇文章，標題為《美國的“榛樹”高超音速武器噩夢開始了》。文中指出，“榛樹”導彈可以攜帶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西海岸。文章還指出，俄羅斯擁有“榛樹”導彈改變了現(xiàn)有力量對比，不管是在烏克蘭，還是更廣泛的國際體系中。美國既沒有可用的高超音速武器庫，也沒有防御這些毀滅性系統(tǒng)的可靠能力。“榛樹”作為戰(zhàn)場上一個重要角色的到來意味著，西方?jīng)]有誰是安全的。

不過，也有學者對此次事件及“榛樹”武器系統(tǒng)的能力持不同觀點。美國明德大學蒙特雷國際研究學院（Middlebury Institute of International Studies at Monterey）詹姆斯·馬丁防擴散研究中心（James Martin Center for Nonproliferation Studies）主任杰弗里·劉易斯（Jeffrey Lewis）就認為，“榛樹”導彈實際上是在俄羅斯RS-26洲際導彈基礎上，通過移除一級助推器降級開發(fā)而來，實際上是通過犧牲射程來換取實戰(zhàn)性能的提升。這種改裝雖然讓導彈具備了一定的高超音速特征，但這個級別的所有彈道導彈在再入階段都會達到高超音速。他還認為，從防御角度看，美國的“標準-3”Block IIA反導系統(tǒng)和以色列的“箭-3”系統(tǒng)都有能力攔截此類導彈。

高超音速技術被認為將是“改變未來戰(zhàn)爭游戲規(guī)則”的顛覆性技術，近年來也逐漸成為新一輪技術競賽的焦點之一，而“榛樹”事件對于這一領域的競爭無疑起到了推波助瀾的作用。不過，“高超音速”這一名詞本身卻并不是一個新概念，而是早在1946年就由我國科學家錢學森先生提出。依據(jù)定義，高超音速描述的僅僅是一個速度范圍，即速度達到或者超過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。

彈道導彈的攻防對抗

彈道導彈，特別是洲際彈道導彈（Inter-Continental Ballistic Missile，ICBM）是美國和前蘇聯(lián)冷戰(zhàn)時期經(jīng)常見諸報端的名詞，甚至可以作為那段特殊時期的代表性詞匯。廣義而言，ICBM可以算是最早的高超音速武器，因為其最大飛行速度一般會超過20馬赫。盡管彈道導彈對于冷戰(zhàn)時期兩個核大國而言，都是最為強有力的威懾型軍事裝備，但其基本原理并不復雜。

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。如果想拋得遠一點，需要借助器具，比如古代攻城中經(jīng)常使用的投石機，石頭的飛行距離可能會達到幾百米。如果想再遠一點，可以用火炮，利用火藥點火后爆炸產(chǎn)生的能量，可以將炮彈送得更遠，會達到幾千米甚至幾十千米。當然，炮彈的出膛速度要比手拋石頭高了很多倍?？梢?，初始發(fā)射速度越高，石頭或者彈頭飛行距離就越遠，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，比如幾千千米，甚至上萬千米，那么大炮也不夠用了，所能采用的只有運載火箭（或稱助推火箭）。而且隨著彈頭飛行距離的增加，火箭的級數(shù)也相應增加，這一點與我們常見的衛(wèi)星發(fā)射十分相似，只不過衛(wèi)星的目的地是在太空中，而彈頭的目標地點則是地球上的另一個地方。

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

既然彈道導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測出來。我們可以舉這樣一個例子，如果我們想在高速公路上攔截一輛高速行駛的汽車，由于汽車只能沿高速公路行駛，所以只要攔截地點和行駛的汽車之間沒有下高速的出口，其路線就可以精準預測，此時只需在汽車行進的前方鋪設路障，那么就一定會攔截到。

攔截彈道導彈也是類似的道理，只不過具體實施起來要復雜得多。當發(fā)現(xiàn)敵方的導彈發(fā)射升空后，空中的衛(wèi)星系統(tǒng)和地面雷達系統(tǒng)會嘗試一直跟蹤導彈，并對其飛行軌跡進行計算和預測，導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”的方式摧毀彈道導彈。當然，由于彈道導彈在空中飛行的范圍非常大，要想精準地撞上也是很不容易的。所以，攔截彈道導彈并不能保證百分之百成功（實際上，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多設置幾道障礙那樣，一次多發(fā)射幾枚攔截彈，這樣就可以有效提高攔截概率。

提高彈道導彈的突防能力

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

第一種方式是采用壓低彈道。傳統(tǒng)的彈道導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，導彈在飛行中的最大高度很高。比如美國上世紀六十年代研制裝備的大力神II（Titan II）洲際彈道導彈，其最大射程超過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，使得導彈很容易被偵測和跟蹤。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，從而降低導彈被探測到的可能性。此外，采用壓低彈道，導彈大部分時間都在大氣層內(nèi)飛行，可以在飛行中利用空氣動力轉(zhuǎn)彎機動，進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“拋一個石頭”變?yōu)椤皰佉话咽^”。彈頭多了，突破對方防御系統(tǒng)的概率自然會增大，因為只要其中一枚或者一部分彈頭沒有被攔截，就仍可對敵方實現(xiàn)有效打擊。此外，多個彈頭就需要攔截方發(fā)射更多枚攔截彈進行攔截，對于消耗敵方攔截火力也大有好處。

還有一種相對古老的方式是末段機動。美國上世紀八十年代研制和部署的潘興II導彈就屬于這種類型。這種方式是對彈頭的外形進行適當改進并加裝控制舵面。這樣在彈頭飛行的末段可以利用空氣動力轉(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彈。不過這種方式僅對飛行的末段突防有效。

美國潘興II導彈系統(tǒng)丨圖源：網(wǎng)絡

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“伊斯坎德爾（Iskander）”戰(zhàn)術級彈道導彈。它在彈道形式上采用了壓低彈道，在飛行過程中可以相對靈活地轉(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的誘餌彈頭，使攔截方在雷達上難以分辨哪一個目標才是真實彈頭，從而無從下手。而據(jù)分析，在俄烏戰(zhàn)爭中屢屢出鏡的kh-47m2“匕首（Kinzhal）”導彈就是在“伊斯坎德爾”導彈基礎上進行改進而形成的空射型戰(zhàn)術級導彈，其最大飛行速度可以超過10馬赫。

俄羅斯“伊斯坎德爾”導彈的誘餌彈頭丨圖源：文獻

俄羅斯“匕首”空射型導彈丨圖源：free3d.com

高超音速滑翔飛行器——從“拋石頭”變成“紙飛機”

雖然前述絕大多數(shù)彈道導彈的飛行馬赫數(shù)都在5以上，已經(jīng)進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，有相當長的時間是在大氣層外飛行，因此一般意義上認為這類彈頭是“穿過”大氣層，而不是在大氣層內(nèi)“飛行”。而近年來業(yè)界更為認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”來比擬彈道導彈，則高超音速滑翔飛行器可以更加形象地比擬為“紙飛機”。高超音速滑翔飛行器的發(fā)射及爬升方式與彈道導彈基本一致，都是由運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像紙飛機一樣在空中飛行，只不過其飛行速度比紙飛機要快得多，最大可以達到20馬赫以上。

美國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的關注僅是最近20年左右的事情，但這種飛行模式的提出卻是早在上個世紀四十年代，其提出者仍然是著名的科學家錢學森。因此，這種彈道也經(jīng)常被稱為“錢學森彈道”。

錢學森和“錢學森彈道”丨圖源：網(wǎng)絡

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

首先是探測難，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彈更低，因此更加不容易被探測到，甚至可以利用地球曲率的遮蔽效應隱藏自己不被發(fā)現(xiàn)。

其次是預測難，由于采用“錢學森彈道”，其飛行軌跡完全無法預測，現(xiàn)有反導系統(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難、預測難，由于全程在大氣層內(nèi)飛行，還可以充分利用空氣動力進行大幅度和大范圍三維轉(zhuǎn)彎機動飛行，不但可以躲避攔截導彈，甚至可以主動避開敵方的雷達探測區(qū)。綜上幾點，至少現(xiàn)階段可以認為，除了誤打誤撞的隨機事件以外，高超音速滑翔飛行器是無法被攔截的。

雖然高超音速滑翔飛行器的基本飛行原理與紙飛機一樣簡單，但其研制難度卻十分大。由于飛行模式與傳統(tǒng)彈道導彈完全不同，因此在氣動外形、結(jié)構熱防護、控制系統(tǒng)等方面都提出了新的挑戰(zhàn)，其中，首要的難點就是外形。

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

相比之下，第一條思路可以在相當程度上繼承彈道導彈的相關設計經(jīng)驗，因此技術難度相對小一點，而且可以直接使用成熟的運載火箭，武器通用化程度相對更好。美國陸軍和海軍聯(lián)合支持的通用高超音速滑翔體項目（Common Hypersonic Glide Body，C-HGB）就遵循了這一思路。作為這一項目的實際落地應用之一，代號“暗鷹”的美國陸軍長距離高超音速武器（Long-Range Hypersonic Weapon，LRHW）所采用的具體外形是軸對稱雙錐體加四片機翼。

美國陸軍“暗鷹”高超音速滑翔飛行器丨圖源：文獻

采用軸對稱機體加翼面的方案，主要缺陷是其空氣動力學性能相較于彈道導彈而言，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，當其與運載火箭分離后，飛行距離以及機動能力幾乎完全取決于其空氣動力學性能，因此，采用軸對稱機體加翼面的氣動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)勢充分發(fā)揮出來。

與之相比，升力體以及乘波體等新型外形則可以有效彌補這一不足。美國國防高級研究計劃局（DARPA）支持的FALCON“獵鷹”項目中的HTV-2飛行器和美國空軍支持的空射快速響應武器（Air-launched Rapid Response Weapon，ARRW）項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的型號編號，但從現(xiàn)有發(fā)布信息看，其最近幾次飛行試驗都因各種意外或者問題而宣告失敗。

美國TBG高超音速滑翔飛行器丨圖源：文獻

不過，凡事有利必有弊，升力體外形雖然空氣動力學性能更好，但其外形一般扁平，內(nèi)部空間較軸對稱體大幅減少，進而導致其裝載能力降低。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，又使得操控問題進一步加劇。正是因為這些困難，美國HTV-2高超音速試驗飛行器的多次飛行試驗均告失敗。

美國HTV-2高超音速滑翔飛行器丨圖源：DARPA

“榛樹”導彈是否真的“無法攔截”？

截至目前為止，俄羅斯對外公布的高超音速滑翔飛行器僅為“先鋒（Avangard）”導彈一種，且只公布了其效果圖和三維動畫視頻，并沒有公布任何真正的實物圖片。除此之外，雖然近年來俄羅斯官方和普京對于其“匕首”武器系統(tǒng)也多次使用“高超音速”這一名詞來稱呼，但一般認為其仍屬于彈道導彈一類，而且據(jù)稱在實戰(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

由于“榛樹”導彈目前公布的信息極少，所以真實情況如何尚無法確切得知，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彈。不過，從彈頭落地視頻還可以明顯看出，此導彈安裝了至少6枚分彈頭，這無疑可以進一步增強該款導彈的反攔截能力。因此，普京所說“榛樹”導彈“無法攔截”固然有一定的夸大成分，但客觀的說，就目前水平而言，攔截這種導彈的困難屬實很大。至于未來如何，則只能等待實際的檢驗了。

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