五角大楼竞相恢复美国在高超音速方面的优势
远望智库开源情报中心 忆竹 编译
1.历史回顾
1959年，美国空军和海军与美国宇航局合作，首次将一架有人驾驶的高超音速试验飞机X-15送上天空。在那次飞行中，设计速度至少为5马赫的高速飞行器在南加州莫哈韦沙漠上空从飞行的B-52轰炸机的机翼下投下。飞行员斯科特·克罗斯菲尔德(Scott Crossfield)将飞机带到了52341英尺的高度，并达到了2.11马赫的峰值速度。这次飞行拉开了一项强有力的试验工作的序幕，在接下来的九年里，三架X-15高超音速试验飞机共飞行了199次。该计划最终超越了其性能目标，实现了美国最快的有人驾驶高超音速飞行，速度为6.72马赫，即每小时4520英里。虽然该项目于1968年结束，但该项目的发现为美国政府继续研究高超音速飞行器提供了信息。
在1964年的一份详细介绍该计划成就的报告中，美国宇航局研究员温德尔·斯蒂尔韦尔（Wendell Stillwell） 写道:“只要地球的大气层存在，无论人们在哪里飞得很快，他们都会在一个X-15首先探索其秘密的地区旅行。
半个多世纪后，X-15仍然是美国防部最严格的高超音速试验工作——这是该计划成功的证明，也是高速飞行器研究投资受限时期的结果。20世纪60年代，X-15平均每18天进行一次空中试验，而现在国防部只支持每年大约十几次高超音速飞行试验。
2.再次启动高超音速试验
尽管早期取得了技术突破，但美国已经将高超音速作战技术视为未来的能力，并就其在军火库中的作用展开了辩论。与此同时，中国和俄罗斯近年来在开发和部署高超音速系统方面取得了进展。这些进步促使国防部内部产生了一种紧迫感，要求部署自己的高超音速武器，并增加技术支持资金，并增加对包括先进材料和推进系统在内的赋能技术的资助。据报道，五角大楼预计在2015年至2024年间，通过70项不同的研究和开发，在高超音速项目上花费150亿美元。美国政府问责局（GAO）估计，其2023财年预算要求47亿美元用于高超音速武器开发，2.255亿美元用于高超音速防御。
作为战略的一部分，高超音速公司的首席主管麦克·怀特（Mike White）希望恢复以前的严格试验。他告诉C4ISRNET网站记者，试验的程序越多，他们学到的知识就越多，交付的装备就越快。
去年，怀特给了国防试验界一个挑战:将高超音速试验的频率提高到每周一次。他说，这个目标听起来雄心勃勃，但这才是重点。虽然这种转变不会在一夜之间发生，但设定一个长期目标有望推动企业改变运营方式。
“每周一次试验的目标是为了推动我们在如何试验和在哪里试验方面实现范式转变，而不是试图做更多我们正在做的事情，”怀特说。"到达那里需要一些时间，但我们已经在路上了。"
3. 专注于飞行试验
在过去的一年里，美国防部已经采取了一些有针对性的措施来提高其高超音速试验能力，并朝着更有规律的飞行试验节奏发展。这些举措包括一个名为《高超音速和高节奏空中试验能力》的国防创新单位计划，该计划利用商业技术开发一种可以在未来两年内飞行的试验飞机。
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试验资源管理中心（TRMC）是一个五角大楼级别的办公室，支持整个国防部的试验活动和基础设施，它还与美海军合作开发了多军种高超音速试验台，将使演示和验证高超音速技术变得更加容易。TRMC在扩展其SkyRange计划方面取得了进展，该计划正在转换24架退役的全球鹰无人机，以支持高超音速试验。除了这些新项目，国防部正在努力扩大其进入高超音速试验靶场的范围。
根据国会研究服务局的数据，美国防部有11个可以支持试飞的露天靶场，怀特说国防部正在与工业和国际盟友合作增加这个数字。
该部门还增加了对其众所周知的资源不足的试验基础设施的投资。在今年提交给国会的一份报告中，五角大楼认为实验室和试验基础设施的资金缺口为57亿美元，其中包括约8.17亿美元的无资金支持的高超音速军事建设项目。
尽管出于安全原因，TRMC的年度资金申请没有明确确定高超音速试验预算，但TRMC主任George Rumford告诉C4ISRNET网站，该组织正在优先考虑这项工作的资金。他指出，TRMC的预算中有一部分确定了战略技术如人工智能、网络和高超音速等的试验资源。在2018财年，该部门的五年预测，TRMC只需要4.7亿美元来支持2022财年的战略技术试验。TRMC 2022财年的实际资金约为15亿美元，是其预测的三倍多。这包括为风洞和实验室等地面试验基础设施提供资金，以支持高超音速开发。
Rumford说，“这种增长不是偶然的，而是为促进关键技术开发领域的试验支持而共同努力的一部分。在过去的五年里，国防部制定了一项战略计划，将试验基础设施的投资增加两倍，以加速国防战略，而高超音速是其中的佼佼者”。
据怀特称，这些有针对性的举措和投资正开始获得回报。去年7月，三个美国超声计划进行了成功的试验:国防高级研究计划局（DARPA）的作战火力（Operational Fires）导弹及其高超音速吸气式武器概念和空军的空射快速反应武器（ARRW）。他说，在大约三个月的时间里，从11月到1月底，该部门预计将进行7次飞行试验。
作为最近一系列试验的一部分，ARRW于12月9日在南加州完成了其第一个完整的原型，或全方位的飞行试验。该试验延续了该计划的连续成功飞行，该计划在2021年连续三次失败。
怀特说，国防部在过去一年中已经看到了几个高超音速项目的性能改善，他将这归功于开发这些武器的公司更严格的系统工程。
4. 做出正确的投资
美前国防部官员和行业分析师表示，尽管国防部的试验雄心可能触手可及，但它需要投资于正确的领域。
美国国防工业协会新兴技术研究所主任、高超音速能力发展专家马克·刘易斯（Mark Lewis）对国防部能够达到其试验目标持乐观态度——其在X-15上的历史就是证据。他说。“如果你要以这样的速度进行试验，你需要用不同于我们迄今为止在许多高超音速项目中所用的方法。”
刘易斯在五角大楼的研发和科学技术界担任过许多职务，包括国防研究和现代化工程主任和空军首席科学家，这些职务包括监督高超音速开发工作。他说TRMC的投资他很受鼓舞，但认为该部门需要把更多的重点放在可恢复性和创造更现实的试验机会。
关于可回收性，刘易斯说，虽然在试验后回收完整的系统是理想的，但即使收集飞行器的零件也有利于数据分析。
现实的飞行试验，或者如刘易斯所称的“空中风洞”，也应该是国防部的优先任务。虽然模拟飞行环境的地面风洞是项目试验计划的重要组成部分，但它们也有局限性。
“风洞总是做出一些妥协，”他说。“事实上，你在一个隧道里，你的模型坐在一个房间里，这个房间有墙——这不同于在大气层中飞行的飞行器。”
刘易斯和怀特都指出，开发一个更强大的建模和模拟基础设施将减少风险，但它不能取代飞行试验。
“你在地面上试验的越多，你就越能降低飞行试验的风险，但没有任何设施可以完全模拟高超音速飞行，”怀特说。“所以，我们必须做飞行试验。”
国防研究公司考恩集团(Cowen Group)的分析师罗曼·施韦策(Roman Schweizer)表示，如果国防部希望快速行动，尽管“构建、试验和快速失败”模式很重要，但频率也是有成本的——即使试验节奏加快，也需要推动降低成本。
编译自:
Pentagon racing to restore US superiority in hypersonics /
本文来源：战略前沿技术
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