快了!美高超音速「旋转爆震发动机」只要再3年

旋转爆震发动机 (RDE) 较传统燃气涡轮发动机发动机更紧凑、更有效率的方法,机械结构简单没有移动部件,因此成本更低制造也更简单。(美国空军实验室)

美国在高超音速武器发展上十分坎坷,迄今双锥体载具以及冲压发动机(scramjet)都还没有突破性的成果,然而在后者方面,美国选择了另一条道路——旋转爆震发动机(RDE)目前正要展开两个阶段的开发工作,预计时程为36个月,所以最快可望在2026能看到成果。

据军事专业媒体《欧洲安全与防务》(European Security & Defence)27日报导,高超音速速度被定义为超过马赫5(约时速6174公里)而「高超音速武器」这个武器类别通常适用大气层内,能够在高超音速速度下还能够「进行机动」而难以拦截,高速和机动性的特点也使高超音速飞弹成为一种出奇制胜的武器。

根据2023年9月16日《华尔街日报》(WSJ)的一篇由韦恩伯格(Sharon Weinberger)所撰写的文章清楚指出:「高超音速飞弹改变游戏规则,而美国却没有这种武器。」自2015年以来,俄罗斯一直在积极研发和测试不同的高超音速飞弹系统。

先锋(Avangard)高超音速滑型载具(HGV)是一个广为人知的例子,据报导称其最大速度在20到27马赫之间,另一个俄罗斯高超音速武器的开发是由冲压发动机(Scramjet)驱动的「锆石」高超音速巡弋飞弹,可以从舰艇或潜艇发射,估计可达到约9马赫的速度,两者都具备携带核弹头的能力,且都已经部署。

另一方面,中国大陆多年来也致力于部署高超音速飞弹,并在2020年部署了一种新型高超音速飞弹东风17(DF-17)是一种中程高超音速飞弹,搭载DF-ZF 高超音速滑行载具(又称WU-14)也具备核打击能力。

与中俄使用冲压发动机的方向不同,美国国防高等研究计划署(DARPA)押注旋转爆震发动机(RDE)最早由苏联物理学家沃伊采霍夫斯基(Bogdan Vyacheslavovich Voitsekhovskii)在1960年的论文中提出,在现代技术和材料科学的好处以及明确的应用案例下,这个概念再次受到严肃关注,使用爆震而不是燃烧来驱动发动机有望是一个重大技术飞跃,旋转爆震发动机具有更为直观的机械设计,但在动态上相当复杂,需要准确的时序和燃料供应速率。

2020年美国中央佛罗里达大学(UCF)的团队与美国空军研究实验室合作,测试了世界上第一具可用的旋转爆震发动机。2022年3月,普惠(Pratt & Whitney)和RTX(前雷神技术公司的子公司)的一家公司,获得了美国空军研究实验室(AFRL)旋转爆震发动机地面测试示范计划的合约。而美国海军研究实验室(NRL)称,它们将产生比传统引擎多10%的动力,并且燃料效率将提高25%。在操作和战略层面上,旋转爆震发动机的燃料效率可能有助于美国海军舰艇 在太平洋行动。

目前美国的发展的进度是,DARPA主导的「赌注」(Gambit)计划正在推进中程飞弹的开发,目标是「开发和演示一种新型的旋转爆震发动机推进系统,实现可大量生产、低成本、高超音速、长射程的空对地打击武器,该计划分为2个阶段。

第一阶段预计将耗时18个月,在2022年8月,DARPA举办了提案者大会,让产商参加,而今年10月4日,「赌注」计划的开发合约由雷神(RTX)拿下。该由他们来执行第一阶段计划。

「赌注」计划的第二阶段将集中于全尺寸旋转爆震发动机的详细设计、制作和测试。这个测试引擎将被设计来展示RDE在模拟的空对地打击环境中的性能。第二阶段也预计将持续18个月,因此可预期最快2026年,可以看到美国的具体成果。