高超音速飛彈現況(上)

前面兩篇介紹「高超音速飛彈」及「高超音速飛彈的推進系統」,接下來我們為讀者介紹「高超音速飛彈現況」。就從開打已經超過百日的俄烏戰爭說起,俄國在入侵烏克蘭戰事不到一個月的時間,就於2022年3月18日發射「匕首」(Kinzhal)高超音速飛彈;於同年5月28日宣布:再次試射「鋯石」(Zircon) 高超音速巡航導彈,成功命中了位於約1,000公里外,俄羅斯內海白海水域的海上目標。

「鋯石」(Zircon)、「匕首」 (Kinzhal)、「先鋒」(Avanguard) 這三型高超音速飛彈的發射平台分別為海射(艦艇/潛艦)、空射 (米格31)、地射 (火箭);導彈性質分別為短程 (SRBM)、中程 (IRBM)、長程 (ICBM);飛行高度分別為大氣層低空 (30 - 40 KM)、大氣層內 (endo-atmospheric) 、大氣層外 (exo-atmospheric)。上述三型高超音速飛彈詳細說明如下:

 

「鋯石」(Zircon)

俄國在2012 - 2013年間開始試射「鋯石」(Zircon) 飛彈;2016年首次試射成功; 2020 - 2021年間進入俄國海軍服役,成為世界第一款「高超音速巡弋飛彈」(Hypersonic Cruise Missile, HCM)4;鋯石飛彈能夠以8 - 9倍音速的速度飛行,打擊500 – 1,000公里的水面艦艇及地面目標。

來源:「鋯石」(Zircon) 飛彈的網路公開資料

 

「鋯石」(Zircon) 飛彈採用兩段式推進系統:第一段是固態火箭,第二段則是「超音速燃燒沖壓引擎」(Scramjet)5;「鋯石」從艦艇或潛艇用固態火箭發射,達到超音速及飛行高度後與固態火箭脫離,改用Scramjet推進,成為在大氣層內低空飛行的「高超音速巡弋飛彈」(Hypersonic Cruise missile, HCM)。

如果是貼近海面飛行的話,「鋯石」的射程約為500公里;如果是接近彈道飛彈軌道(semi-ballistic trajectory)飛行的話,射程約為750公里;一旦成為攻擊目標的海上艦艇遭遇上述兩種「鋯石」飛行軌跡:前者,僅有約20秒反應時間;後者,約有兩分鐘反應時間,成為攻擊目標的艦艇是無法攔截上述兩種飛行軌跡的「鋯石」飛彈,不全然因為「鋯石」的飛行速度高達 8 – 9馬赫,更重要的是「鋯石」震波後方的空氣已經成為「電離雲」(Plasma Cloud),會吸收艦艇相位陣列雷達所發射出的雷達波,所以相位陣列雷達是無法偵測到「鋯石」飛彈。

 

 「匕首」(Kinzhal)

「匕首」(Kinzhal)飛彈的前身是俄國陸射短程彈道飛彈「伊斯坎德爾」飛彈 6(岩石),射程雖短但是能夠突破反導攔截系統;俄國軍方宣稱世界上沒有能夠攔截伊斯坎德爾飛彈的系統,原因之一:彈頭外形似錐體,起飛後迅速拋掉表面突出部分,形成光滑彈體以降低雷達波反射面積,建立反攔截突防能力;原因之二:兼備發射彈道與巡弋兩種特性,可以變換飛行軌道以提高突防機率。

來源:「伊斯坎德爾」飛彈 6(岩石)

 

「匕首」(Kinzhal)飛彈將陸射改為空射,由米格 - 31戰鬥機(載彈一枚)或圖 – 22轟炸機(載彈四枚)發射時,「匕首」飛彈與飛機分離後,點燃其自身的固態火箭繼續加速,並可能達到10馬赫,射程可達1,500至2,000公里,並可攜帶核彈頭或者480公斤的傳統武器。但是「匕首」不屬於最新的高超音速導彈類別,它應該是屬於空射彈道飛彈,只不過飛行軌跡較平,大部分時間在大氣中飛行,而且有能力利用空氣動力控制飛行軌跡以命中目標 --「匕首」飛彈的機動性強不容易被攔截,故有航母殺手之稱。

讀者應該暸解,所謂高超音速是指飛行速度超過5馬赫,這並不是什麼新技術,幾乎所有的中長程彈道飛彈都可以達到這個速度,美國太空梭返航時可以超過20馬赫,那是40多年前就已經實現的技術。俄羅斯把「匕首」歸類為高超音速武器其實是有點誇大。

來源:米格 - 31戰鬥機與「匕首」(Kinzhal)飛彈 1

 

「先鋒」(Avanguard)

「先鋒」(Avanguard) 高超音速飛彈3 屬於陸射、出大氣層 (exo-atmospheric)的洲際彈道飛彈 (ICBM);美蘇在上世紀就已經成功發展出洲際彈道導彈,一般是陸射或潛射,飛行速度肯定是高超音速 (Hypersonic Speed),最高飛行高度一定會出大氣層 (exo-atmospheric)。既然如此,俄國為什麼還要發展「先鋒」(Avanguard) 高超音速飛彈?

來源:「先鋒」(Avanguard) 重返大氣層的彈頭部分 (warhead) 示意圖

 

要回答上述問題,讀者可以先參看上圖「先鋒」(Avanguard) 重返大氣層的彈頭部分 (warhead),我們從發射談起:「先鋒」飛彈彈頭的載體是「薩爾馬特」(Sarmat)火箭 7,它是液態燃料推進的ICBM,Sarmat 火箭的「載荷」(Payload) 可以是「多目標重返大氣層載具」8 (Multiple Independently-targetable Reentry Vehicles, MIRV) 多彈頭加上僞彈,可以載運「先鋒」(Avanguard)。

「先鋒」(Avanguard) 就是「高超音速滑翔飛彈」  (Hypersonic Glide Vehicle, HGV) 需要靠「推進系統」(booster) 進入外太空 --「先鋒」飛彈的booster 就是「薩爾馬特」(Sarmat) 火箭。薩爾馬特攜帶「先鋒」的彈道是在垂直升空後,再壓平飛行軌跡,燃燒推進結束後與「先鋒」分離,此時高度約100公里,「先鋒」飛行軌跡有可能達到「最高點」(Apogee)呈水平飛行姿態,也有可能繼續慣性爬升至某種高度再利用重力俯衝,以高度換速度而達20馬赫。重返大氣層的「先鋒」必須拉起 (pull-up) 才能利用滑翔繼續飛行,其射程可達6,000公里。

目前「先鋒」外型還沒有出現在媒體上,不過應該是短楔形或是有翼梭型體 (參見上圖)。「先鋒」飛彈在「卡門線」(約100公里高度) 與booster分離,重返大氣層後開始滑翔 (glide),不太像有推進系統,倒有點像「東風17」的彈頭DF- ZF。「先鋒」與「東風17」彈頭的飛行軌跡稱之為「桑格爾彈道」,與所謂的「錢學森彈道」不同。我們會在下一篇文章為讀者介紹下圖中的「桑格爾彈道」與「錢學森彈道」,並順道介紹中國在高超音速飛彈的現況。

 

 

附註一、2022 年 3 月 18 日俄羅斯在烏克蘭戰場首度發射「匕首」(Kinzhal) 高 超音速飛彈

https://www.youtube.com/watch?v=XnEJCZTn1AI https://zh.m.wikipedia.org/zh- tw/%E5%8C%95%E9%A6%96%E5%B0%8E%E5%BD%88  

 

附註二、2022 年 5 月 28 日俄羅斯宣布,再次成功試射「鋯石」(Zircon) 高超音速巡航導彈。

https://news.sina.com.tw/article/20220529/41939586.html

 

附註三、「先鋒」 (Avanguard) 高超音速滑翔飛行器

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/先鋒_(高超音速滑翔飛行器)

 

附註四、CASE在2022年5月31日刊出的「高超音速飛彈」

https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=39976

 

附註五、CASE在2022年6月14日刊出的「高超音速飛彈的推進系統」

https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=39976

 

附註六、伊斯坎德爾飛彈 (岩石)

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/9K720伊斯坎德爾飛彈

 

附註七、薩爾馬特洲際彈道飛彈

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/萨尔马特

 

附註八、「多目標重返大氣層載具」(Multiple Independently-targetable Reentry Vehicles);簡稱「分導式多彈頭」(MIRV)

https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/多目標重返大氣層載具


作者:

王志强 博士曾任美國麥道太空系統公司 (MDSSC) 的空氣動力學專家 (Senior Technical Specialist),1992年返台加入台翔航太(TAC)協助發展民航機產業;他的斜槓人生還擔任過:安達信 (Andersen Consulting) 企業戰略經理,中國和光集團戰略長、鴻海董事長特別助理、友達光電(AUO)營銷高階主管、美國林肯電氣 (Lincoln Electric)在台合資公司廣泰執行副總、美世顧問 (Mercer) 台灣區總經理、以及上海佳格 (Shanghai Standard Foods) 營運長。

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