美航母无处可逃!印媒:中国已突破高超音速武器通信,0.8秒建立联系

印度《欧亚时报》于9月2日报道，中国科研人员已经具备与20倍音速的飞行器建立快速准确的联系，为其注入引导数据，更新攻击目标的参数等，这项技术将使得高超音速武器更接近实战程度，其先进程度令人震惊！

高超音速通信：中国率先突破

高超音速下通信非常困难？似乎第一次听说这样的问题，大家印象最深的就是在高铁上用手机打电话或者上网时会出现断断续续的状况，有朋友认为这是高铁速度太快，信号跟不上手机了，其实完全不是这样，产生影响的是高速移动下电磁波信号的多普勒效应、全封闭车体结构阻隔信号以及信号覆盖区域不停切换造成的，但高超音速下完全不是这样！

黑障：屏蔽了大部分信号

高超音速条件下通信其实分两个情况，最严重的就是黑障，比如上文说的20倍音速，也就是差不多6千米/秒，这个速度仅仅比近地轨道上的人造天体再入速度差一丢丢，足以产生黑障状态，这种状态几乎会将无线电信号完全隔绝。

所以我们经常看到这样的报道，载人航天器返回地球时进入黑障后，飞船的测控信号全无，有的只是光电或者红外追踪给出的飞船正在穿越高速穿越大气层的轨迹，只有到大约50~40千米高度时才会逐渐恢复通信。

黑障是高速冲入大气层的物体，其高超音速产生的激波压缩前方的空气分子产生的高温，这里要说明下高温不是摩擦产生的，而是高超音速激波压缩产生，其温度可高达2000℃以上，这些空气原子会在高温下被电离形成等离子体！

这层高温的物质电导率很高，会反射、吸收以及扭曲电磁波信号，当宇宙飞船位于这个激波产生的等离子鞘套内向外通信时会被屏蔽，此时无法完成通信。

这就是黑障产生的原因，因此宇宙飞船返回进入黑障时控制室内一片死寂，因为黑障状态下也是飞船经历高温炙烤的关键阶段，而飞船出黑障恢复通信时往往一片欢呼，因为最关键的一步已经被跨越了。

据《欧亚时报》报道称，中国的高超音速通信主要位于Ka波段，这种电磁波具有更强的穿透力，它可以穿透等离子屏障，更有可能与地面完成通信。《欧亚时报》援引《南华早报》的报道显示，北京的一个科研团队在《导弹与航天器》发表的论文称：

在飞行器前端由于高超音速激波以及气流的因素，等离子体都是从这里产生的，因此该团队发现了一种可以降低等离子鞘层中电子的技术，这种被称为“perspirationcoolingtip”（蒸发冷却头）上释放的亲电子的物质被释放，它可以吸收等离子鞘层的电子，使得等离子鞘层的等离子体减弱以供黑障状态Ka波段通过以维持通信。

此时的飞船将在尾部将会有一条天线引出，飞船的整个通信就由尾部这条全向天线与地面或者近地轨道上范围内的通信卫星保持通信，据公布的资料来看，在20倍音速下仍然可以维持连续通信，并且建立稳定信道只需0.8秒，这是一项相当了不起的成就，真是天才的思路，不得不佩服我国的科学家的脑洞。

美军航母或已无处遁逃

这种技术可以让弹道导弹的弹头在穿越黑障时制导，在高音速时控制轨迹直至击中目标，各位知道了这样的通信过程，也就知道了为什么可以用弹道导弹攻击移动的航母了，我们假设这样一个环境：“一枚射程为2500千米的弹道导弹，从发射到击中目标的过程”

飞行时间=射程的平方根x14最大飞行速度=射程的平方根x0.09弹道顶点高度=射程x0.25

飞行时间大约是700秒，从发射到击中目标的时间就是12分钟左右，那么航母最高航速（按32海里/小时计）下能开出多远呢？大约12千米以上！也就是说当弹头抵达航母上空时已经跑出去12公里了。

弹道导弹在再入大气层之前都是依靠惯性导航等保持航向，基本不会机动，但再入大气层后就不一样了，黑障通信链路可以保证弹头在出黑障的瞬间就确定航母的方位，因此可以在高音速条件下展开机动锁定目标。

如果没有这种技术的话，可能会在穿越黑障后丢失目标，简单地说，黑障通信已经可以让弹道导弹像巡航导弹那样全程制导，并且弹道导弹的反应速度极高，攻击2500千米外的目标只需12分钟，这个速度果然还是快。

透波材料：高超音速技术的关键

前文我们说明了黑障通信过程，尽管黑障确实是在高超音速条件下产生的，但在6~10倍音速的飞行器并没有到黑障的程度，也就是说这个速度下的高超音速激波不至于产生等离子鞘层，并不会干扰电磁波通信。

那么高超音速飞行器通信没有问题？其实这也是非常头痛的问题，高超音速的激波加热虽然不至于让弹体融化，所以也不需要在表面敷设防热瓦，但这个温度也有数百摄氏度甚至高达600~700℃以上，不过就这点温度，似乎钢材与钛合金就能完全满足要求不是吗？

但是问题来了，这种金属材料是不透波的！选用防热瓦类的材料虽然适合黑障，但却不适合高超音速武器，因此要寻找一种既透波又耐高温的材料，坊间传闻中国用了老祖宗传下来的陶瓷材料，而且还是纳米陶瓷，其制造技术属于绝密。而美国似乎还没有突破这方面的技术，高超音速下尽管可以通信（尾部），但却无法主动探测（比如雷达等）。

所以各位应该是明白了，高超音速可以用数据链制导，但却无法用主动雷达制导，针对于动辄数千公里的射程，这数据链从理论上来看确实可以，但战场情况瞬息万变，数据链很容易被干扰中断，主动雷达显然是最合适的，但是美军似乎没有，这在高超音速武器上就差了一大截。

高超音速武器：中国最接近实战？

俄罗斯装备的高超音速导弹“匕首”已经实战了，在俄乌冲突战场上已经多次使用，不过有点不太清楚状况是这种空射型高超音速导弹实在看不出是滑翔的还是吸气式高超音速武器，因为高超音速武器有两种：

滑翔式高超音速武器吸气式高超音速武器

滑翔高超音速也有两类，一类是轴对称高超音速武器，看起来就是一个锥体（可能是双锥体）带四个小翼，可以在高超音速状态下控制重心获得不同的升阻比，并且用小翼可以控制方向，以达到其准确命中目标的目的。

但轴对称高超音速武器有个问题，它的升阻比很差，作为滑翔高超音速武器时其射程不可能很远，因此会存在一个射程问题，不过其门槛比较低，这是滑翔类武器的入门版。

另一类则是升力体型的高超音速武器，这类武器的气动布局一般是乘波体，它利用激波产生的升力滑翔飞行，其升阻比要比双锥体的轴对称高超高很多，因此升力体型才是滑翔类高超的真正王者。

但这类武器的门槛也更高，俄罗斯与滑向高超相关的是“先锋”高超音速导弹，传闻之前的则是Objekt4202、Yu-71和Yu-74都相关，这种武器的攻击过程如下：

以大型火箭助推器为载体，将飞行器带到100千米的太空和地球大气层边缘，达到该高度后，飞行器冲出大气层并做自由段飞行，达到预期的高超音速；而后，飞行器开始在临近空间和大气层之间以“打水漂”的方式滑翔；等行至目标上空约30千米左右时，导引头开机进行末制导，飞行器俯冲向目标，完成攻击。

其最高速度可达20马赫以上，并且还能纵向和横向机动，突防能力很强，据称先锋”导弹的飞行器应该采用了一些新型耐高温、高压材料，诸如超高温陶瓷材料、C/SiC、金属基复合材料等，在机体内部设置有多层隔热措施保护内部结构和机载设备等。

美国的高超滑翔类则是ARRW这类滑翔武器，它的空射版多次试射失败，不过问题却不是在高超音速的升力体上，而是其助推器，这让美军郁闷不已，毕竟火箭技术对于美军来说，应该是门槛最低的。

俄罗斯匕首的空射版与ARRW很相似，所以很多朋友都猜测匕首可能是滑翔类的，不过WIKI资料给出它没有使用吸气式高超音速或者滑翔类高超音速技术，而是使用超级暴力的火箭以及弹道导弹技术达到高超音速（最高速度达12马赫，射程2000千米）。

2022年3月18日，俄罗斯用匕首导弹摧毁了乌克兰伊万诺-弗兰科夫斯克州的一个地下弹药库，该导弹高速飞行时被很多目击者拍摄了下来，其速度确实很快！当时笔者就曾撰文分析其高超音速原理，就是非常纳闷匕首是如何达到高超音速的，如果是火箭发动机，那就释然了，它无所谓进气道，也没有升力体。

我国高超武器知名度最高的就是2019年在国庆70周年阅兵式上的DF-17这类升力体式的滑翔高超音速导弹，当然我们并不确定有没有空射版，有没有类似“先锋”这样的武器？相信在适当的时候会公布出来。

另一类就是吸气式高超音速武器，这类包括使用超燃冲压发动机或者爆震发动机推进的武器，这类使用吸气式的发动机结构非常复杂，比如超燃冲压发动机需要4-5倍音速下才能点燃，因此首先将其加速度到这个速度就有多种手段了，吸气式高超音速发动机往往一种组合体发动机，比如有如下几种：

TBCC：涡喷+超燃冲压发动机

RBCC：火箭+超燃冲压发动机

TREE：涡喷+火箭+超燃冲压发动机

TBCC适合高超音速飞行器，RBCC适合导弹类武器，TREE适合空天飞机；各国都在突破这类技术，各国都有不少技术进展，比如美军就曾多次测试氢燃料的超燃冲压发动机和碳氢燃料的超燃冲压发动机，最高速度接近10马赫（氢燃料），最长时间达到了210秒，其成绩还是不错的。

这里有个中国进展的新闻，不过有点早了，是2019年的：

2019年度全国“创新争先奖”获奖名单公布，其中出现了“高超声速强预冷空天动力研究团队”，意味着国内空天飞行器动力系统获得了成功，还可以帮助高超音速导弹技术获得突破。中国科学院力学研究所发布的一条消息送来了更大的喜讯：范学军团队在超燃冲压发动机地面试验中实现了连续600秒的运动时间，打破了美国X-51发动机210秒的世界纪录。

600秒也就是10分钟，几乎就相当于超燃冲压发动机的全程了，这表示我国的超燃冲压发动机领域已经接近实用了。

从俄罗斯公开的资料来看，似乎“3M22Tsirkon”（锆石高超音速导弹）更进一步，这种看起来似乎和美军的HAWC很相似，但它已经多次试射，比如早在2020年就曾测试过了：

2020年10月7日，俄罗斯总参谋长瓦列里·格拉西莫夫（ValeryGerasimov）表示，一枚锆石从戈尔什科夫上将在白海发射，成功击中450公里（280英里）外巴伦支海的海上目标，据报道速度达到“超过8马赫”和28公里（17英里）的高度

不过不确定这个水分有多大，因为碳氢燃料的超燃冲压发动机很难达到7-8马赫，这是燃料性质决定的，氢燃料可以达到9~10马赫或者更高，所以不知道俄罗斯公开的技术参数中水分究竟有多少。

其实还有一类是爆震发动机，就目前而言，突破比较多的是旋转爆震发动机，俄罗斯、中国以及美国等均有突破，而我国在这类新体制发动机领域并不落后，反而可能处在相当前沿的位置。

参考：

https://eurasiantimes.com/china-claims-big-breakthrough-in-hypersonic-flight-communication/

https://www.scmp.com/news/china/science/article/3190695/chinese-team-claims-highly-reliable-communications-during