快了!美高超音速「旋轉爆震發動機」只要再3年

旋轉爆震發動機 (RDE) 較傳統燃氣渦輪發動機發動機更緊湊、更有效率的方法,機械結構簡單沒有移動部件,因此成本更低製造也更簡單。(美國空軍實驗室)

美國在高超音速武器發展上十分坎坷,迄今雙錐體載具以及衝壓發動機(scramjet)都還沒有突破性的成果,然而在後者方面,美國選擇了另一條道路——旋轉爆震發動機(RDE)目前正要展開兩個階段的開發工作,預計時程爲36個月,所以最快可望在2026能看到成果。

據軍事專業媒體《歐洲安全與防務》(European Security & Defence)27日報導,高超音速速度被定義爲超過馬赫5(約時速6174公里)而「高超音速武器」這個武器類別通常適用大氣層內,能夠在高超音速速度下還能夠「進行機動」而難以攔截,高速和機動性的特點也使高超音速飛彈成爲一種出奇制勝的武器。

根據2023年9月16日《華爾街日報》(WSJ)的一篇由韋恩伯格(Sharon Weinberger)所撰寫的文章清楚指出:「高超音速飛彈改變遊戲規則,而美國卻沒有這種武器。」自2015年以來,俄羅斯一直在積極研發和測試不同的高超音速飛彈系統。

先鋒(Avangard)高超音速滑型載具(HGV)是一個廣爲人知的例子,據報導稱其最大速度在20到27馬赫之間,另一個俄羅斯高超音速武器的開發是由衝壓發動機(Scramjet)驅動的「鋯石」高超音速巡弋飛彈,可以從艦艇或潛艇發射,估計可達到約9馬赫的速度,兩者都具備攜帶核彈頭的能力,且都已經部署。

另一方面,中國大陸多年來也致力於部署高超音速飛彈,並在2020年部署了一種新型高超音速飛彈東風17(DF-17)是一種中程高超音速飛彈,搭載DF-ZF 高超音速滑行載具(又稱WU-14)也具備核打擊能力。

與中俄使用衝壓發動機的方向不同,美國國防高等研究計劃署(DARPA)押注旋轉爆震發動機(RDE)最早由蘇聯物理學家沃伊採霍夫斯基(Bogdan Vyacheslavovich Voitsekhovskii)在1960年的論文中提出,在現代技術和材料科學的好處以及明確的應用案例下,這個概念再次受到嚴肅關注,使用爆震而不是燃燒來驅動發動機有望是一個重大技術飛躍,旋轉爆震發動機具有更爲直觀的機械設計,但在動態上相當複雜,需要準確的時序和燃料供應速率。

2020年美國中央佛羅里達大學(UCF)的團隊與美國空軍研究實驗室合作,測試了世界上第一具可用的旋轉爆震發動機。2022年3月,普惠(Pratt & Whitney)和RTX(前雷神技術公司的子公司)的一家公司,獲得了美國空軍研究實驗室(AFRL)旋轉爆震發動機地面測試示範計劃的合約。而美國海軍研究實驗室(NRL)稱,它們將產生比傳統引擎多10%的動力,並且燃料效率將提高25%。在操作和戰略層面上,旋轉爆震發動機的燃料效率可能有助於美國海軍艦艇 在太平洋行動。

目前美國的發展的進度是,DARPA主導的「賭注」(Gambit)計劃正在推進中程飛彈的開發,目標是「開發和演示一種新型的旋轉爆震發動機推進系統,實現可大量生產、低成本、高超音速、長射程的空對地打擊武器,該計劃分爲2個階段。

第一階段預計將耗時18個月,在2022年8月,DARPA舉辦了提案者大會,讓產商參加,而今年10月4日,「賭注」計劃的開發合約由雷神(RTX)拿下。該由他們來執行第一階段計劃。

「賭注」計劃的第二階段將集中於全尺寸旋轉爆震發動機的詳細設計、製作和測試。這個測試引擎將被設計來展示RDE在模擬的空對地打擊環境中的性能。第二階段也預計將持續18個月,因此可預期最快2026年,可以看到美國的具體成果。