美国高超音速吸气式武器概念(HAWC)项目

2022年4月6日，美国国防高级研究计划局(DARPA)证实，洛克希德·马丁公司的高超音速吸气式武器概念飞行器在刚刚公布的3月飞行试验中创下了以超燃冲压发动机为动力的高超音速飞行记录。根据DARPA提供的数据，飞行测试可能在超燃冲压发动机下实现了约327秒的高超音速飞行，而2010年波音的X-51 Waverider则持续了200秒。目前DARPA已经启动了一项名为MoHAWC的新计划作为HAWC的继承者，以在目前的工作成果上继续开发工作。

项目背景

美国高超音速巡航导弹概念于1998年被提出，2014年DARPA牵头了高超音速吸气式武器概念(HAWC)计划，2016年DARPA与美国洛克希德·马丁公司签署了启动该项目研发工作的相关合同。按照美国军方的要求，HAWC项目将开发一款采用超燃冲压技术的吸气式高超音速巡航导弹，采用碳氢燃料作为推进剂，在大气层内的飞行速度将达到6Ma，用以对敌方先进防空系统及时敏目标进行打击，提高第5代战斗机应对反介入/区域拒止(A2/AD)挑战的能力。

2017年美国空军简报ppt提供了有关TBG和HAWC的信息，这些信息当时统称为“高速打击武器”(HSSW)

雷神公司和诺斯罗普·格鲁曼公司于2019年6月签署了合作开发吸气式高超音速武器的协议，这两家公司被选中为DARPA和美国空军的HAWC项目开发测试原型，其中雷神公司负责导弹的设计制造，诺斯罗普·格鲁曼公司负责超燃冲压发动机动力系统。而洛克希德·马丁公司则在此前就已经获得了近10亿美元的资金，其HAWC设计方案与雷神公司不同，与前两家公司的承包商团队并行开发。

DARPA在HAWC项目早期安排的预算请求

该计划强调有效、快速和低成本的飞行测试，以验证关键技术，相关成果可转化发展成战术级空射高超音速巡航导弹，同时还可以扩展应用于可重复使用的高超音速飞行平台。项目所形成的技术能力将移交给美国空军。

技术概况

HAWC飞行器可以在富氧环境中维持高性能，导弹的速度和机动性使其在战场上几乎无法被发现。该导弹有望比亚音速导弹更快地打击敌方目标，以高超音速飞行的能力还将提高武器在战场上的生存能力，并增强其有效性和灵活性。

X-51A Waverider行器接结构简图，其气动设计为HAWC的开发起到关键作用

HAWC建立在以前的高超音速超燃冲压发动机项目的基础上，包括X-30国家航空航天飞机以及NASA的X-43飞行器和美国空军X-51 Waverider飞行器等。HAWC项目旨在集成并验证战术级空射高超音速巡航导弹的关键技术，以实现有效且价格合理的空射高超音速巡航导弹。

洛克希德·马丁版本HAWC-Demo-Dive-PR-V2，HAWC的艺术渲染图

HAWC计划进行飞行演示以解决三个关键技术挑战领域或项目支柱——飞行器的可行性、有效性和可负担性。验证的重点技术包括：

• 能够进行高效高超音速飞行的先进飞行器配置
• 碳氢化合物超燃冲压发动机动力推进，以实现持续的高超音速巡航
• 高温巡航状态热应力管理方法
• 经济实惠的系统设计和制造方法

动力系统方面，HAWC将集成诺斯罗普·格鲁曼公司的超燃冲压发动机，为其飞行提供动力。超燃冲压发动机利用车辆的高速和向前运动来强力压缩进入的空气，能够在高超音速条件下运行。压缩空气有助于碳氢燃料更好地燃烧，以实现向前的动力并维持高超音速飞行。

试验状况

得益于之前其他吸气式高超音速项目的研发成果，HAWC项目的开发进度很快，在2019年和雷神公司和诺斯罗普·格鲁曼公司签订合同之后，爱德华兹空军基地的高超音速飞行测试小组(HFTT)于2020年就完成了HAWC的地面测试和检查，DARPA则完成了洛克希德·马丁公司和雷神公司为HAWC计划提供的两种设计的受控运载测试(captive-carry tests)。之后在2020年12月，DARPA和美国空军试飞了第一枚HAWC试验弹，因为某种原因HAWC试验弹卡在武器挂架上，最终未能成功发射，试射活动被迫中止。DARPA对这次失败尝试着手调查。

2021年9月，DARPA和美国空军终于联合对雷神团队的HAWC导弹成功进行了自由飞行试验。在试验过程中，HAWC由一架未透露型号的飞机在机翼下携带并释放。释放几秒钟后，固体火箭发动机将HAWC速度提升到超音速，随后碳氢燃料的超燃冲压发动机启动并加速导弹，使其达到高超音速。该试验验证了HAWC的机身和推进系统达到高超音速并以高超音速进行巡航的能力。

艺术家对雷神版本HAWC的构想，该概念于2021年9月成功完成了首次飞行测试

这些测试旨在解决主要技术挑战领域，例如飞行器的可行性、可负担性和有效性。此次试验的重点任务目标包括：试飞飞行器集成与释放序列，导弹与载机的安全分离，助推器点火和助推飞行，助推器分离和超燃冲压发动机点火，以及巡航飞行，演示期间还测试了HAWC导弹的巡航能力。此次飞行测试达到了所有重点任务目标，并使该概念更接近原定计划，其研究成果将转交空军。2022年3月，DARPA与美国空军合作，成功完成对HAWC的第二次测试，并创造了超燃冲压发动机的续航能力新记录。此次测试的飞行器是洛克希德·马丁版本的HAWC设计，根据DARPA提供的数据，测试可能在超燃冲压发动机下实现了约327秒的高超音速飞行(该测试飞行器在65000英尺的高度飞行了300英里)，而2010年波音X-51 Waverider则为200秒。洛克希德HAWC的飞行持续时间优于竞争对手雷神HAWC的表现，尽管DARPA宣布测试是成功的，但几乎没有透露该测试的细节。实际上此次试验直到4月才被公开，在3月份美国考虑了俄乌冲突的状况，没有立即公开HAWC的实验，以避免乌克兰战争升级，当时俄罗斯刚刚使用高超音速导弹打击了一个武器库。

数字设计与数字工程

DARPA通过HAWC飞行测试验证了其数字设计和数字工程概念，在这些概念中，一切都在数字模型中完成。在已有的两次飞行测试中，模型性能和试验中的实际性能几乎是完全重合的。

数字设计和工程能够将开发时间线缩短30%或更多，甚至可能更多地缩短测试时间线。通过对环境进行建模，能够在不制造和试验飞行硬件的条件下在数字环境中进行循环学习，并且能够在实际飞行验证期间简化测试内容。

雷神导弹与防务公司表示，随着其模型不断的发展和成熟，雷神团队可以验证设计的某些局部，而不是验证整个系统。这在生产时非常有用，因为它提供了一个可操作的解决方案，开发者可以在其中接受一些变化并仍然满足任务要求，这就是HAWC的开发进度更快的秘诀。

洛克希德·马丁版HAWC概念设计3D模型

在一个典型的设计流程中，工程师一般在Pro/ENGINEER或类似工具中完成机械模型，以创建整个结构的3D绘图，进而执行计算流体动力学等操作，以查看该结构在气流中的样子。然后是热模型测试，性能模型测试等。通常，工程师从一个模型中获取结果并将其输入到另一个模型中。这种过时方法的问题在于，其连续性会驱使开发人员进行一系列迭代，因为在将模型传递到分析的下一步之后，需要继续更新模型，这种流程十分耗时。而在雷神公司的数字工程环境中，所有这些模型都汇集在一起。

在过去，当不同工程师独立负责这些模型时，会找到一个可行的单点解决方案，无论是用于火箭发动机还是高超音速武器。在引入数字工程之前，各个测试阶段的工程师不了解的是围绕该点解决方案的余量，因为当开始构建和制造整个装备时，所有部件、所有材料和所有组件都会发生变化。通过使用真正的数字线程，工程师可以更快地获得设计方案中最优化的调整方案。这也是在开发中消除大量风险的方法之一，因为工程师可以充分解其拥有的设计余量，而不是在某些情况下直接使用某种新技术，只是想出一个单点解决方案，无法应用于整体设计方案。

项目后续规划

美国国防部在2019年以前并未非常重视吸气式高超音速巡航导弹的开发，主要支持的项目几乎只有HAWC，经费投入不多，这可能与2013年X-51A试飞后，经2014年SBA评估，感觉技术成熟度还不够有关，因此只给了少量经费开展先期技术研究。但在2019年之后，美国国防部陆续提出了多个吸气式巡航弹项目，并且如HAWC等项目的经费在后续财年也在不断增加。

到2022年5月，随着HAWC的飞行测试目标的完成，为了完善美国国防部超燃冲压发动机驱动的高超音速武器计划，DARPA正在为下一阶段的高超音速吸气式武器概念寻求6000万美元的2023财年预算。这项名为MoHAWC的新启动计划是HAWC的继承计划，DARPA将与空军联合开发，延续雷神公司和洛克希德·马丁公司作为主要承包商，两家公司都对其飞行器设计方案进行了成功的试飞，诺斯罗普·格鲁曼公司为雷神公司的HAWC飞行器制造了推进系统，而Aerojet则为洛克希德·马丁公司提供了推进系统。DARPA的预算文件显示，该机构希望在MoHAWC项目中进一步开发飞行器的超燃冲压发动机推进系统，升级集成算法，减小导航组件的尺寸并改进其制造方法。DARPA还希望完成子系统技术降低风险的工作，并进行整个飞行器的组装、集成和地面测试。

ARRW作为美国空军最重要的助推滑翔型高超音速武器项目，已经经历了多次试飞失败

HAWC及MoHAWC是美国国防部更广泛的高超音速武器系列的一部分，为了与俄罗斯和中国对抗，该系列被赋予了更高的优先级。美国政府预计在2015年至2024年期间在该技术上花费150亿美元。美国空军表示HAWC是其目前最关注的项目，而不是助推滑翔AGM-183A空射快速反应武器(ARRW)，因为ARRW多次尝试成功自由飞行都失败了。不过美国空军表示不会放弃ARRW，该项目在2023财年预算中得到了资助，经过进一步审查，美国空军将评估是否继续该计划，美国空军目前已于5月14日首次成功试射了ARRW。2023财年预算中用于高超音速武器研究的5.77亿美元主要包括ARRW和高超音速攻击巡航导弹(HACM)，其中HACM将建立在HAWC研究的基础上。HACM是一个吸气式的导弹系统，其射程将比ARRW更长，因为它可以使用环境空气作为氧化剂，而不是依靠导弹的助推效应。虽然空军计划在早期迭代中将ARRW安装在B-52上，但其表示HACM将更小并能够搭载在战斗机大小的飞机上。

未来发展方向分析

从美军近十年来布局开展的相关研究来看，小型化已成为高超音速巡航导弹发展的主流趋势。DARPA、空军和海军提出的高超音速巡航导弹都要求适应机载发射，因此天然对尺寸和质量具有严格要求，且近年来还在不断探索，压缩导弹尺寸。HAWC巡航导弹指标是射程600～1000km，要求适应机载发射，美国空军目前正在探索采用涡轮等吸气式动力形式，缩小或取代当前方案中采用的火箭助推器，以进一步减小整弹尺寸和质量，适应内埋携带等更多使用场景。美国海军在2020年初提出要研发尺寸比HAWC更小一些的高超音速巡航导弹，以适应F/A-18等舰载机挂载以及舰上维护保障要求。

艺术家对美国海军的HAWC后续变种的概念

HAWC计划是DARPA较早的综合高超音速计划的后续开发，旨在使相关关键技术更加成熟并可以进行演示，为有效和负担得起的空中高超音速巡航导弹的开发和飞行测试提供信息，从而为美国空军针对时间敏感或防御严密目标提出的远程打击能力做出响应。因此，考虑到所有这些，美国海军也会对HAWC感兴趣，并对将来的反舰版本感兴趣。这种武器的速度和固有的机动性无疑将有助于研发一种变体，以迅速对移动中的海上目标发动打击。

携带高超音速导弹的F-35C概念图

洛克希德·马丁的作品描绘了一架F-35C从外部携带该武器，这将消除其隐身性。但是，高超音速武器的速度和射程为其提供了固有的防御能力，这使飞机的隐身性缺失成为了一个较不紧迫的问题。

美国空军上校兰斯·雷诺兹(Lance Reynolds)简报中的一张幻灯片，展示了截至2018年7月的各种B-52H相关开发和潜在未来升级，其中包括搭载HAWC

同时，这些特性使HAWC也非常适合非隐身发射平台。对于其他海军战斗机，例如F/A-18E/F超级大黄蜂，HAWC或它的海上打击变体很容易成为一种选择，这表明未来美军战斗机可能会越来越多地携带超大的防区外武器进行飞行。此外，更大的平台也可能会携带HAWC的后续变体，例如海军的P-8A波塞冬海上巡逻机。HAWC的反舰版本也可以在空军的B-1或B-52轰炸机上搭载，前者已经能够携带洛克希德·马丁公司的AGM-158C远程反舰导弹(LRASM)，为其带来了重要的海上打击能力。除此之外它还可能是较小型空军战机的一种选择。(北京蓝德信息科技有限公司 研究员 张杰)

参考资料

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