《高超音速导弹》万字长文：全球高超音速导弹能力、潜在用途、防御系统

包括俄罗斯、美国、中国在内的一些国家正在开发和部署高超音速导弹。本论文集介绍了不同的高超音速导弹技术，开发这些技术的工作，以及相关的技术挑战。还考虑了它们在军事行动中的使用，它们可能给导弹防御带来的潜在挑战，以及对全球稳定的可能影响。

概述

◼ 高超音速导弹具有超过五倍音速的速度，并且在飞行过程中具有很大的机动性。
◼ 据报道，中国和俄罗斯已经部署了高超音速导弹，可以运送常规武器或核武器。美国正在测试多种高超音速技术。
◼ 英国、美国和澳大利亚之间的AUKUS协议包括开发高超音速和反超音速技术。
◼ 高超音速导弹的开发成本高且技术要求高；其用途和有效性仍在评估之中。
◼ 它们的速度、机动性和高度可能挑战现有的导弹防御系统。
◼ 一些分析家说它们可能会增加冲突的风险；另一些分析家说它们不会改变核国家之间的战略平衡。
◼ 军备控制、出口控制和其他措施可能有助于限制对和平与稳定的潜在危害，但也面临挑战。

1 背景

高超音速飞行 "是指物体在地球大气层内以超过五倍音速（5马赫）的速度飞行。持续的高超音速飞行在技术上具有挑战性；在这些速度下，物体会经历极端的条件，如巨大的空气阻力（摩擦），导致非常高的表面温度。高超音速导弹'能够在这些条件下持续飞行和机动。 尽管许多弹道导弹的速度超过5马赫，但它们通常不被归类为'高超音速'。 洲际弹道导弹（ICBMs），主要设计用于运送核武器，可以超过20马赫，但它们的大部分飞行是在地球大气层之外，所以它们不会长期经历高超音速飞行条件。

虽然没有普遍接受的定义，但 "高超音速导弹 "通常被定义为那些结合了持续的高超音速飞行和显著的机动性，同时保持精确目标的导弹。这些特性可能使它们比弹道导弹更难被探测和拦截，对现有的导弹防御系统构成挑战。两种主要类型的高超音速导弹正在开发中：高超音速滑翔飞行器（HGVs，或 "助推滑翔飞行器"）和高超音速巡航导弹（HCMs）。俄罗斯和中国在过去几年中宣布了其高超音速能力的进步，据说还部署了HGV武器。美国正在开发多种高超音速导弹设计，其他几个国家也处于高超音速武器开发的早期阶段。

在英国，过去十年的高超音速技术研究主要集中在民用领域，如航空。英国政府表示，HGV的发展将对导弹防御系统构成重大挑战。 2021年，它承诺在四年内投入66亿英镑用于国防研究和开发，包括先进的高速导弹。国防部的科学和技术组合包括一个高超音速计划，以开发 "未来的高超音速概念和技术"，并指出，导弹防御科学和技术计划将资助研究，以支持反人的能力的发展。2022年4月，英国、美国和澳大利亚宣布他们将通过AUKUS安全伙伴关系合作开发高超音速和反超音速能力（见CBP-9335简报）。下议院公共账目委员会已经质疑国防部是否正在以足够的紧迫性发展新的能力，如高超音速武器。

2 高超音速导弹技术

弹道导弹（如洲际弹道导弹）被发射到高空，并在重力作用下以弧形的 "弹道 "轨迹落到地球。因此，它们的飞行路线和目标可以被导弹防御系统预测到，从而有可能用'拦截导弹'瞄准并摧毁它们。然而，用拦截导弹 "对付 "弹道导弹是很困难的。

高超音速导弹是为了躲避现有的弹道导弹防御系统。它们在比弹道导弹更低的高度飞行，而且它们的巨大机动性使它们能够在飞行过程中改变轨迹，使它们的飞行路线和目标难以预测。在较低的高度飞行会使高超音速导弹在远距离上更难被一些地表传感器（如雷达）所追踪。它们飞得更接近地球表面，并且由于地球的曲率，可以隐藏在地平线之外，在某些雷达的视线之外更久。速度和降低的可探测性相结合，可能会减少拦截者可利用的时间。 它们的机动能力也会使拦截变得困难，并可能需要更灵活的拦截导弹。

两种主要的高超音速导弹，即HGVs和HCMs，都可以发射含有常规爆炸物或核武器的弹头。有些被设计成能够投掷其中任何一种（'双重能力'）。一些弹道导弹具有高超音速导弹的一些特征，但不是全部，而且不被广泛认为是 "高超音速"（方框1）。

方框1：俄罗斯的航空弹道 "金扎尔 "导弹
俄罗斯对乌克兰使用了多枚 "金扎尔（Kinzhal）"导弹。据报道，Kinzhal的射程高达2000公里，最高速度为10马赫。它被认为是地面发射的短程伊斯坎德尔-M导弹的改进型飞机发射版本。Kinzhal是一种 "空中弹道 "导弹--它在准弹道上飞行，能够进行有限的机动。尽管空气弹道导弹可以达到高超音速（像许多弹道导弹一样），但它们并不被广泛认为是'高超音速导弹'。

2.1 高超音速滑翔飞行器(HGVs)

高超音速滑翔飞行器被安装在火箭助推器（如洲际弹道导弹）上进行发射，并可能被加速到20马赫或更高的速度。然后，滑翔机与助推器分离，在30-80公里的高空无动力飞行，然后向目标俯冲。滑翔机可以进行机动，试图避开导弹防御系统，并使其更难预测目标。HGV的速度和范围取决于发射助推器和导弹的设计。许多HGV的设计使用大型发射火箭将其提升到大气层上部，使其射程更远。

2.2 高超音速巡航导弹(HCMs)

常规巡航导弹在低空以非弹道、扁平的弹道飞行，以避免被发现。大多数导弹的飞行速度低于音速，由一类喷气发动机推动，该发动机使用旋转风扇将空气吸入发动机。燃料与空气中的氧气混合并被点燃以产生推力。HCM也是类似的，但通常使用冲压式喷气发动机或窜升式喷气发动机，在20-40公里的高度达到高超音速。冲压式喷气机和窜升式喷气机没有移动部件，而是有一个漏斗状的开口，当HCM向前移动时，空气被压入其中。它们需要以大约3马赫或以上的速度飞行才能运行，因此，HCM（与普通巡航导弹不同）最初必须由小型火箭助推器或喷气发动机加速，可以在静止状态下运行。冲撞式HCM可以达到6马赫左右，而喷气式飞机的速度将达到10马赫以上。大多数HCM设计的射程低于2000公里。

2.3 全球高超音速导弹能力

开发高超音速导弹需要克服巨大的研究和开发挑战（方框2），导致开发和制造成本高。据估计，美国在2015-2024年间将花费近150亿美元（120亿英镑）用于开发高超音速技术。一些国家有高超音速导弹计划，但关于其能力的非保密信息有限，因此难以评估。报告的能力和实际的真实效果之间也可能存在差异。中国、俄罗斯和美国被广泛认为拥有最先进的高超音速导弹计划，其导弹已经部署或可能在未来几年内部署（见下文）。其他多个国家，包括法国、印度、日本、朝鲜和伊朗，都有被普遍认为处于早期发展阶段的计划。一些国家已经与其他国家建立了合作关系，以加速创新并分享知识和开发成本。

方框2：关键的研究和发展挑战

◼ 耐热材料--在高超音速下产生的空气阻力是巨大的，产生的温度达几千度。需要先进的材料，如陶瓷，来抵御这种情况。对电子设备、燃料和弹头的热保护也是至关重要的。 ◼ 空气动力学设计--导弹的形状需要将空气阻力降到最低，以实现高超音速而不至于过度加热。对于HGV来说，它还需要最大限度地提高升力，以保持滑翔机在空中飞行，并使其能够在承受高应力的情况下转弯。 ◼ 喷气发动机--HCM喷气系统的生产带来了很大的困难。它涉及到确保空气和燃料在几毫秒内的混合，这很有挑战性。维持喷气式发动机的燃烧被比喻为 "在飓风中保持火柴的燃烧"。 ◼ 等离子体的形成--在高超音速下经历的高温会使导弹周围的空气分解成等离子体（带电粒子云），这可能会干扰与制导和通信系统之间的信号。 ◼ 测试--计算机模型可以模拟高超音速飞行条件，风洞可以在短时间内产生高超音速气流。然而，真实世界的飞行测试是至关重要的。这些都很昂贵，需要发射能力、大的开放空间和专门的设备。

2.4 中国

据报道，2020 年，中国部署了 "DF-17"，这是一种带有常规武装的HGV的导弹（方框3）。

2.5 俄罗斯

俄罗斯已经部署了 "Avangard"，一种具有核能力的HGV，并且正在开发 "Tsirkon"，以及其他项目（方框3）。它还在与印度联合开发 "BrahMos II"，据信是对Tsirkon的改进。一些分析家认为，俄罗斯制造大量高超音速导弹的能力可能受到当前制裁的限制。

2.6 美国

美国已经探索了高超音速武器化技术，作为常规快速全球打击计划的一部分，以实现快速精确打击能力。此后，研究和开发已扩大到包括更广泛的高超音速导弹，包括HCMs（方框3）。美国还参与了国际合作，包括与澳大利亚和AUKUS在 "SCIFiRE "HCM原型上的合作。美国国防部在2020年表示，不考虑使用核武的高超音速武器。

方框3：高超音速导弹计划
俄罗斯 ◼Avangard--一种旨在克服现有防御系统的核武HGV。据报道，它由洲际弹道导弹助推器发射，在洲际距离上可以达到20马赫的速度，现在已经部署。 ◼Tsirkon（或'Zircon'）--一种可以从海军舰艇上发射的导弹，据说其速度可以达到9马赫，飞行距离超过1000公里，可以打击地面和海上目标。据报道，它是在2023年部署的。Tsirkon被俄罗斯政策制定者称为HCM，但一些分析家对此表示质疑。
中国 ◼DF-17 - 一种中程导弹，安装有双能力HGV（被命名为DF-ZF）。据报道，它的最高速度为10马赫，射程超过2000公里。DF-ZF的HGV在未来可能会被用于更远距离的导弹。
美国 ◼ 普通高超音速滑翔体--一种可从海军或地面系统发射的HGV，分别作为 "常规快速打击 "或 "远程高超音速武器 "计划的一部分。计划在2023年进行进一步的测试。 ◼空射快速反应武器--一种中程HGV，由B-52H飞机发射。这种导弹在2022年和2023年进行了飞行测试。 ◼ 高超音速攻击巡航导弹--一种小到可以从几架飞机上发射的HCM。这是在2021年成功测试的原型的基础上发展起来的。

3 在军事行动中的潜在用途

高超音速导弹可用于何种任务，将取决于导弹的类型（HGV或HCM），以及其射程、速度、弹头类型和发射平台。如果高超音速导弹的高成本限制了可用的数量，那么有选择的使用可能是必要的。潜在的应用可能包括：

◼ 快速打击移动资产--短程高超音速导弹的飞行时间非常短，大大缩短了到达目标的时间，压缩了对手的反应窗口。它们可用于打击高价值、时间敏感或移动资产（如航空母舰或运输车辆），而防御系统只需在有限的时间内做出反应，或让资产移动。

◼ 长距离精确打击--常规武装的高超音速导弹可用于打击遥远的、防御严密的目标，如军事基地，这些目标以前比较难以进入。它们可能被用来破坏空中和/或导弹防御系统的一部分，如雷达站，阻碍对手使用其他类型的导弹抵御更广泛的攻击的能力。从远处打击的能力可以保护发射平台不受对手的防御。

◼ 加强核威慑--拥有能够绕过对手导弹防御系统的核武HGV可能加强对核攻击的威慑。然而，防御系统的有效性和装备核武的HGV对全球稳定的潜在影响，是有争议的。

一些学者认为，对高超音速导弹性能的物理限制将削弱其优势。例如，由于空气阻力，HGV在滑行时速度会减慢。这可能使远程导弹在接近目标时更容易被导弹防御系统拦截。机动性也将大大降低HGV的速度。

4 导弹防御系统的挑战

高超音速导弹的机动性、高度和速度可能对目前旨在对抗弹道导弹的导弹防御系统构成挑战。这些挑战可能包括更晚的探测和更少的决策和反应时间。

4.1 现有的导弹防御系统

导弹防御系统，如英国参与的那些系统（方框4），旨在阻止攻击，如果导弹被发射，则保护关键资产并限制损害。它们有三个主要因素：

◼ 探测--一个传感器网络可以识别和跟踪来袭的导弹。这包括可以使用红外扫描探测发射火箭废气热量的卫星和表面雷达（在陆地或海军舰艇上）。

◼ 威胁验证--传感器数据被传输到一个指挥和控制中心，在那里对潜在的威胁进行分析和验证，并决定作出反应。收集到的传感器数据被用来预测导弹的轨迹，并将其传递给合适的拦截器。

◼ 拦截 - 拦截导弹通常与来袭导弹相撞，以将其摧毁，但也存在其他 "交战 "机制。不同的拦截器可以瞄准来袭导弹飞行路线上的不同点。

导弹防御是复杂、昂贵和具有技术挑战性的，特别是在全国范围内防御像洲际弹道导弹这样的远程导弹。例如，美国的地基中段防御系统（旨在对抗对美国本土的有限洲际弹道导弹攻击）在25年内花费了约530亿美元（425亿英镑），并计划从2020-2025年再花费100亿美元（80亿英镑）。它的测试拦截成功率为55%（跨越多个变体，1999-2018）。一些分析家认为，它无法对抗涉及多枚导弹的大规模模拟攻击。

方框4：英国的导弹防御
英国的导弹防御包括参与北约弹道导弹防御任务，该任务包括一个发展中的能力网络，旨在保护北约欧洲领土免受来自欧洲-大西洋地区以外（不包括俄罗斯）的弹道导弹威胁。英国正在投资一个地基弹道导弹防御雷达，以支持国家和北约应对包括高超音速的威胁的能力。这将于2029年投入使用。此外，英国皇家空军的菲林戴尔空军基地拥有五个升级版预警雷达站之一，为英国和美国提供持续的弹道导弹预警服务。英国还在一些地面和海军平台上拥有有限的导弹防御能力，以保护已部署资产的周围地区。2022年宣布对皇家海军45型驱逐舰上的弹道导弹防御系统进行升级。

4.2 改进现有的导弹防御系统

现有的导弹防御系统将需要进行调整，以更好地对抗高超音速导弹。这可能包括采取措施增加对来袭高超音速导弹的预警时间，以及使用不同类型的拦截器。这种改进可能需要大量投资。也可以开发新的方法来拦截高超音速导弹（方框5）。

方框5：高超音速导弹防御的新方法
目前正在探索拦截高超音速导弹的新方法，以寻求利用持续高超音速飞行的苛刻条件所产生的脆弱性。例如，向来袭的高超音速导弹的路径上排放微粒云（如灰尘或弹片），可以破坏导弹的表面，使其失去稳定。 另外，定向能量武器（高度集中的能量束，如激光或微波）可以用来破坏导弹的表面或电子设备。

• 增加预警和反应时间

仅仅依靠地表雷达进行探测的导弹防御系统可能会在高超音速导弹飞行的后期发现它们（见上文 "高超音速导弹技术"）。 迟来的拦截可能是有问题的，因为导弹可能在最后一刻做出规避动作，没有时间进行进一步的拦截尝试。 如果导弹在离目标太近的地方被拦截，产生的碎片仍然会造成损害。导弹防御系统的探测范围可以通过加入补充性的天基传感器而得到改善，例如红外卫星，它可以探测高超音速导弹在大气层中飞行时的表面加热。

• 最大限度地扩大防卫范围

高超音速导弹主要在大气层内飞行，这就限制了可使用的拦截器类型，使其只能在大气层内而不是在太空中作战。在大气层中与导弹交战的拦截器比在太空中交战的拦截器射程更短，因此必须有选择地靠近潜在目标。确保足够的覆盖范围可能会产生重大的成本影响。这种拦截器对高超音速导弹的性能还没有完全定性。然而，国防承包商目前正在与美国和欧盟合作，以升级某些系统，并开发以高超音速飞行的新型拦截器，并能对付高超音速导弹和弹道导弹。

5 对全球和平与稳定的影响

国防分析家们对高超音速导弹对全球稳定的潜在影响有不同意见。一些人认为它们可能通过以下方式增加冲突升级的风险：

◼ 目标模糊--难以预测来袭的高超音速导弹的目标，可能会进一步减少国家评估威胁和决定对策的时间。兰德公司2017年的一项分析表明，这可能导致国家 "乐于触发"，可能导致危机中不必要的升级。

◼ 弹头的模糊性--来袭的导弹是常规武器还是核武器可能并不明显。这可能导致常规导弹被误认为是核导弹，而另一个国家发射自己的核武器作为回应。这也是其他具有双重能力的导弹的一个风险，而不仅仅是高超音速导弹。

◼ 精确打击能力--常规装备的高超音速导弹可用于全球快速打击武器系统，这可能使各国能够先发制人地破坏对手的核力量。有人担心，这种能力可能会破坏威慑力，并可能导致核武库的扩大。高超音速导弹并不是唯一可能用于全球精确打击的武器类别。

其他分析家说，高超音速导弹的意义被夸大了，它们不会改变有核国家之间的战略平衡。旨在保护现有核武弹道导弹的导弹防御系统可能并不总是有效的，而且目前的系统可能无法同时阻止多枚洲际弹道导弹。因此，没有高超音速导弹的核武国家可能仍然能够穿透导弹防御系统，从而阻止潜在的攻击。一些分析家认为，与现有的核武器运载系统相比，拥有核武器的高超音速武器没有什么优势，对许多国家来说，它们并不构成现有核武器之外的新威胁。

6 军备控制、出口控制和其他措施

一些分析家建议修改现有的军备控制条约，或建立新的条约，以限制高超音速导弹的部署。联合国裁军事务厅2019年的一份报告指出了建立新的军备控制协议的几个挑战，包括普遍存在的政治不信任气氛和对军备控制可以互利的感觉减弱。2023年2月，俄罗斯表示，它将暂停参与俄罗斯和美国之间的《新削减战略武器条约》，该条约可能涵盖一些高超音速导弹，如 "阿凡卡"。

国际出口管制可能有助于限制向其他国家转让高超音速导弹技术，但不太可能抑制已经拥有高超音速能力的国家。其他分析家建议使用非条约机制来尽量减少模糊性和对全球稳定的挑战。这些机制可以包括国家之间不太正式的安排，如信息交流、关于理论和态势的对话，以及保持常规导弹和核武导弹不同的协议。