紀永添專欄:超高音速武器的發展與東風-17型飛彈

紀永添 2019年08月19日 07:00:00

中國的東風-17型,則是一款以彈道飛彈為基礎,但搭載了具備超高音速滑翔能力的彈頭。圖為東風-21D型飛彈 。 (湯森路透)

日前美國空軍首度成功試射超高音速(Hypersonic)飛彈,接下來中國也公開了東風-17型飛彈的消息,讓超高音速武器的發展成為矚目焦點。由B-52H戰略轟炸機進行試射的這款超高音速武器,被稱為AGM-183A,是一款空對地的長程巡弋飛彈,而中國的東風-17型,則是一款以彈道飛彈為基礎,但搭載了具備超高音速滑翔能力的彈頭,這兩者都被歸類為超高音速武器。再加上日前俄羅斯也成功以MiG-31戰機試射匕首(Kinzhal)空對地飛彈,同樣也具備有超高音速飛行能力,讓美、中、俄三方發展這種未來武器的競爭更加白熱化。

 

B-52「同溫層堡壘」掛載美軍最新型的極音速飛彈「AGM-183A」首度曝光,進行飛行測試。(圖片取自《Defence Blog》)

 

美國軍方在送交國會的報告書中指出,中國與俄羅斯的超高音速武器很有可能會在2020年具備初期作戰能力,而美國的AGM-183A雖然也將在不久後服役,但是未來數年內美國並沒有攔截這種武器的能力。

 

美國迄今並無攔截超高音速武器能力

 

一般所定義的超高音速武器,是指達音速的五倍以上,這樣的高速讓目前所有的防空系統都很難有效攔截,同時超高音速賦予彈頭的動能,也讓這種武器有極大的破壞力。過去彈道飛彈難以攔截,就是彈頭的終端速度高達數倍音速,但當時彈道飛彈的問題,在於這麼高速下,彈頭將呈現高熱狀態,使彈頭內的電子系統難以正常運作,而無法修正彈道,精確攻擊目標。但隨著科技的日新月異,今日的超高音速武器,其終端速度不止遠高於過去的彈道飛彈,同時還利用更先進的材料科技,讓超高音速飛彈具備精確攻擊能力。而最為重要的一點是,彈道飛彈的彈道極高,易被雷達發現,讓攔截方有充份的預警時間,但超高音速武器的彈道相對較低,難以偵測的結果讓攔截成功率大幅下降,再加上其終端速度可達五倍以上音速,更加不易防範。

 

目前超高音速武器主要分為兩大類,一是所謂的超高音速滑翔體(Hypersonic Glide Vehicle , HGV),主要是利用彈道飛彈當載具,將特殊設計並具備高速滑翔能力的彈頭送上高空,超高音速滑翔體在脫離載具後,會以自由落體的方式向下俯衝,藉由重力加速度來獲得超高音速,如中國的東風-17型飛彈就是這一類的設計。而另一種則是超高音速巡弋飛彈(Hypersonic Cruise Missile , HCM),利用高速噴射引擎或助推火箭,讓飛彈取得超高音速。如使用在超音速狀態下有最佳效率的衝壓引擎(Ramjet),或是可以在超音速狀態下能直接進氣的超音速衝壓引擎(Scramjet),都能讓飛彈快速達到高空、高速的狀態,並依設計不同,在彈道的中段或末段,釋出具備高速滑翔能力的彈頭。如美軍的AGM-183A就屬於這種飛彈,其彈體較小,更具機動性。
 

央視曾公開過的極音速滑翔器風洞模型。(圖片摘自網路)

 

超高音速武器的優勢,除了速度快不易攔截外,超長的射程也能快速攻擊遠方的目標,使敵人猝不及防。這也讓超高音速武器從一開始就獲得美國常規全球快速打擊計畫(Conventional Prompt Global Strike program , CPGS)青睞,在2000年左右已成為美軍的重要發展方向,被視為是下一代的常規戰略性打擊武器。同時還在美國國防部與美國太空總署的主導下,進行了許多相關的研究,如美國太空總署的X-43實驗機,就曾經創下7馬赫的飛行速度,成為世界上第一款超高音速飛行器。而美國空軍研究實驗室(AFRL)則與波音合作研發了X-51,進一步研究超高音速飛行下,機體的設計與冷卻方式。這些基礎研究都被用於後續的各種超高音速武器研發計畫中,但由於當時美國的態度並不積極,因此直到中國與俄羅斯的威脅出現,才開始加快腳步。

 

中國HGV彈頭CG圖。(圖/翻攝自維基百科)

 

美國空軍研究實驗室(AFRL)則與波音合作研發的X-51。(圖片取自維基百科)

 

高達20馬赫的AGM-183A超高音速巡弋飛彈

 

目前美國空軍、海軍、陸軍與國防高等研究計畫署(DARPA)都擁有各自的研究發展計畫,用於戰略嚇阻或戰術攻擊等不同的用途,以滿足各軍種之間不同的作戰特性與不同武器載具的發射方式。如AGM-183A就是屬於空軍與國防高等研究計畫署所合作研發的超高音速巡弋飛彈,這個計畫的正式名稱是「空射型快速反應武器(Air-launched Rapid Response Weapon , ARRW)」。由美軍目前已經透露的資料來推測,這很可能是一款戰術性打擊武器,終端速度可高達20馬赫,並預計將在2022年進行完整的飛行測試。而空軍另外還有另一個「超高音速常規打擊武器(Hypersonic Conventional Strike Weapon , HCSW)」計畫,則是射程更長且更大型的空射型戰略性打擊武器,且與AGM-183A的ARRW計畫不同,是採用固體火箭來做為主要的動力來源。

 

至於美國海軍除了主導研發三軍通用的超高音速滑翔體外,還擁有一個「中程常規快速打擊武器(Intermediate Range Conventional Prompt Strike Weapon , IRCPS)」計畫,發展可由潛艦與水面艦艇發射的超高音速飛彈。目前已知將在2020年開始進行試射,2024年完成定型,未來並將優先量產潛射型以配備在潛艦上,因為海軍認為潛艦的隱匿性,更能發揮這款打擊武器的優勢。而陸軍的「陸基超高音速飛彈(Land-Based Hypersonic Missile)」則採用陸基的兩段式火箭載具,其射程可達2千公里以上,將做為陸軍壓制敵方的長程火力,或做為戰略性武器來反制敵方的「反介入/區域拒止(A2/AD)」能力。另外國防高等研究計畫署也有各種研究計畫,包括戰術性助推滑翔體(TBG)、先進全速域引擎(AFRE)、超高音速空中進氣武器(HAWC)等。

 

美國「中程常規快速打擊武器(Intermediate Range Conventional Prompt Strike Weapon , IRCPS)」計畫,發展可由潛艦與水面艦艇發射的超高音速飛彈。(湯森路透)

 

由此可知,目前在科技研發與航太領域執全球牛耳的美國,其實最早開始這方面的各種研究,目前五角大廈與各軍種也擁有很多的計畫,只是美國過去因為著力於反恐戰爭,因此未將發展超高音速武器列為最優先的目標。這也導致俄羅斯與中國在投入這個領域以後,早一步取得成果。不過若從美國國防部送交國會的相關報告與2020年的國防授權法案來看,美國正在急起直追,許多超高音速武器的試射、試飛計畫,都會在2020年相繼展開。由於美國已經在國家安全戰略報告中,明確將俄羅斯與中國列為未來的競爭對手,因此俄羅斯與中國在超高音速武器的暫時領先地位,也讓美軍視為是重大威脅。從目前的情況來看,美軍的各種超高音速武器發展計畫,已受到國會的全力支持,再加上美國深厚的航太科技實力,應該會很快後來居上。

 

俄羅斯反制美國的反彈道飛彈防禦網

 

俄羅斯會在近幾年致力於發展高超音速武器的原因,主要在於美國正逐步建立起反彈道飛彈的防禦網,同時退出了「中程核子飛彈條約(INF Treaty)」,未來將會在歐洲與美國本土部署更多的飛彈,這都讓俄羅斯感到芒刺在背,因此決定加速研發新型武器以為反制。而由於蘇聯從1980年代開始,就已經進行過相關的研究計畫,因此俄羅斯擁有不錯的基礎。從目前已經公開的消息,俄羅斯最少正在研發三款的超高音速武器。首先是代號為「先鋒(Avangard)」的長程飛彈,這款武器是以洲際彈道飛彈為發射載具,彈頭部使用超高音速滑翔體,因此擁有非常長的射程,並可配備核彈頭,被視為是俄羅斯的新一代戰略性嚇阻武器。目前測試時是使用RS-18A洲際彈道飛彈,已有兩次試射成功的記錄,未來將會採用正在研發的RS-28洲際彈道飛彈。

 

另外兩款俄羅斯正在研發的超高音速武器,一是艦射的「鋯石(Tsircon)」長程反艦飛彈,另一款則是空射型的「匕首(Kinzhal)」彈道飛彈。前者是屬於超高音速巡弋飛彈,擁有6馬赫以上的高速,終端速度則可達8馬赫,能同時攻擊陸地與海上目標,射程在400公里到960公里間。這款長程反艦飛彈已在2018年成功試射過一次,很有可能會在2023年前後部署服役,並配備於俄羅斯的大型飛彈巡洋艦、未來下水的護衛艦、巡防艦、甚至是最新型的核動力攻擊潛艦上,成為俄羅斯海軍的重要殺手鐧。後者則是因為剛剛由MiG-31戰機試射成功,而聲名大噪,目前可知的是這款飛彈的載具是由「伊斯坎德爾(Iskander)」短程彈道飛彈所改良而來,並在2018年的試射中,成功命中800公里外的目標,一般認為很有可能會在2020年服役。

 

MiG-31戰機試射成功空射型的「匕首(Kinzhal)」彈道飛彈。(圖片取自維基百科)

 

與美、俄兩國相比,中國是最晚展開超高音速武器發展計畫的,其原因與俄羅斯類似,也是希望加強對美國的戰略嚇阻能力,特別是中國與美國在南海的緊張情勢已急速升高,中國正不斷尋找阻止美國介入南海或台海爭端的方法。中國在近幾年,不止從俄羅斯與它國取得許多超高音速武器的技術與材料,也多次測試自己設計的超高音速滑翔體。日前中國火箭軍還罕見地公開新型的東風17型彈道飛彈的試射畫面,並展示其搭載的超高音速滑翔體,直接證實了這是一款超高音速武器,其射程介於1600公里到2400公里之間,速度可達6馬赫以上。另外中國也正在嘗試為射程超過一萬公里的東風41型洲際彈道飛彈,裝上超高音速滑翔體,以做為新一代的戰略性嚇阻武器。而這兩款飛彈都能選擇使用常規彈頭或核子彈頭,威脅性不容小覷。

 

中國以短程彈道飛彈攻擊美國航空母艦非幻想

 

除此之外,中國也正在發展一款被稱為DF-ZF或Wu-14的超高音速滑翔體,已知成功試飛多次,其航程接近2000公里,並具備了超高機動的性能。由於中國長期以來一直努力將彈道飛彈發展成長程反艦飛彈,因此這款強調機動性能的超高音速滑翔體,很有可能是就是用於東風21D型與東風26型彈道反艦飛彈。雖然目前無法獲得官方證實,但DF-ZF可能在2020年開始具備初期作戰能力,而中國日前剛好在南海海域試射長程彈道反艦飛彈,強烈暗示中國的確已經快要接近成功。在過去近十年間,中國以短程彈道飛彈攻擊美國航空母艦的想法,常被視為是不切實際,但隨著科技的進步,這已經不再是幻想。以彈道飛彈為載具並配備超高音速滑翔體的東風21D型與東風26型長程彈道反艦飛彈,的確對水面艦隊有極大的威脅性與破壞性。

 

未來中國若開始大量部署超高音速長程彈道反艦飛彈,能有效反制美國的航空母艦打擊群,那勢必會影響未來美國介入台海危機的意願,也將對台灣的海軍艦艇構成非常大的威脅。但是到目前為止,世界上仍然還沒有可靠的方式來反制這種超高音速武器,就美國國防部所提出的報告,最快也要到2020年代中期,美國才會開始擁有初步的反制能力,以反應更快的雷射高能量武器,來擊落超高音速彈頭,而這要實用化並生產部署,恐怕還要數年的時間。台灣想取得這種先進反制武器,則可能還要再晚上好幾年,因此是緩不濟急。就目前的情況來看,反制這種超高音速武器的最有效方式,可能就是自己也擁有超高音速武器,以做為嚇阻與制衡。畢竟攻擊是最好的防禦,在反制系統仍未成熟之前,也擁有一樣的攻擊武器將是最好的防禦方式。

 

改良雄三雲峰反制威脅

 

台灣其實並不是完全沒有這方面的基礎,如雄風三型超音速反艦飛彈就是使用沖壓引擎,這個被稱之為「擎天載具」的引擎,也被用於雲峰飛彈上。台灣為了要規避發展中程彈道飛彈的國際限制,採用助推火箭與沖壓引擎來發展高空高速的雲峰長程巡弋飛彈。不過雖然雲峰飛彈的終端速度據傳已高達數倍音速,但會不會量產目前仍然眾說紛紜。在台灣面臨如此嚴重的威脅下,是否在這個基礎上進一步研發超音速沖壓引擎、超高音速滑翔體、改良雄風三型超音速反艦飛彈的尋標技術,讓下一代的雲峰長程巡弋飛彈擁有更快、更長的射程,可以同時攻擊陸上對海上目標,那將極有助於台灣的防禦作戰與嚇阻能力。當然,國防科技需要長期的投資與研發,絕非一蹴可及,因此政府更應該以前瞻的眼光,放手去推動反制計畫,以因應未來的威脅。

 

改良雄風三型超音速反艦飛彈的尋標技術,讓下一代的雲峰長程巡弋飛彈擁有更快、更長的射程,可以同時攻擊陸上對海上目標。(圖片由國防部提供)

 

註:由於俄羅斯與中國的武器發展計畫並不透明,諸多國內外媒體所報導的試射日期、性能數據、發展情況,往往出入甚大,因此本文一律採用美國國防部送交國會的2019年超高音速武器報告(Hypersonic Weapons: Background and Issues for Congress)為凖。

 

※作者為軍事研究者

喜歡這篇文章,請幫我們按個讚

 

 

【上報徵稿】

 

上報歡迎各界投書,來稿請寄至editor@upmedia.mg,並請附上真實姓名、聯絡方式與職業身分簡介。

 

一起加入Line@@upmedia


回頂端
@