淺談高超聲速助推滑翔導彈的飛行原理

水漂是什麼原理

橫空出世的滑翔導彈

最近一款新亮相的導彈東風-17迅速成為網紅，以致於剛下水還沒到一個禮拜的075大平板瞬間由“小甜甜”變成了“牛夫人”，不由得讓人感嘆這個世界變化快啊！

助推滑翔導彈之所以令世人矚目，是因為它獨特的體型，據說擁有這樣外形的導彈你別說攔截，就連提前預警也是十分困難的。

與公眾的新鮮和好奇相比，這款導彈很早就被太平洋另一邊盯上了，它的第一次飛行試驗是在2014年1月9日，其後幾年陸陸續續進行的一系列飛行試驗也都被記錄在案並在媒體上公佈出來。當時對方為它起的名字是“WU-14”，這是為超音速導彈運載工具編的代號。

WU-14，與東風17是不是很像？

2014年1月27日，也就是“WU-14”首次飛行試驗的半個月後，美《航空週刊與太空技術》上發表了一篇文章，稱“

U.S. Navy Sees CN HGV As Part Of Wider Threat

”，大致意思也就是下面幾條：

這是一款反艦為主的導彈；

它高超聲速且彈道詭異，它以高於5馬赫機動，最快達10馬赫；

它無法被攔截，未來將成為美海軍的噩夢；

需要想辦法，定向能武器是防禦選項，但技術遠不成熟。

助推滑翔導彈為什麼無法攔截？

一種說法，它是“水漂彈”，它的飛行軌跡就像是在大氣層裡“打水漂”；另一種說法是它用了“錢彈道”，因此無法攔截。

什麼是“水漂彈”？這需要先從打水漂說起。

許多人都玩過打水漂的遊戲，你需要先挑一塊扁圓的石塊，將它側著投向湖面或平靜的河面。石塊會旋轉著在水面彈跳，如果你技術好，石塊可以飛到很遠的地方。

一塊正在水面彈跳前進的石頭

打水漂游戲的技巧是石塊必須是扁平形狀，你在投擲的瞬間需要用指讓它旋轉起來，同時擲出的角度要與水面平行，這樣你投出的速度越快，石塊滑行的距離就越遠。

石塊在接觸水面時會有一個上翹的角度

與水一樣，我們的大氣層也是流體，當飛行器在大氣層上方高速飛行時，受到下方空氣的影響，飛行器也會產生與打水漂類似的飛行軌跡。正因為飛行器擁有彈跳的彈道，你很難快速計算它的執行軌跡，自然無法在有限的時間裡判斷落點和計劃攔截了。相比之下彈道導彈的軌跡則要好算得多。

彈道導彈就是扔彈頭

相信大家都扔過石頭，或者拿水管子水槍泚水玩兒，受地心引力的影響，石頭和水走的都是拋物線。

公園噴泉水柱形成拋物線

子彈、炮彈和彈道導彈的飛行軌跡也是拋物線。與我們向空中扔石頭不同的是，彈道的拋物線更多地受到空氣阻力影響，它的下降段比上升軌跡更加陡峭一些。

相信很多讀過高中的朋友都曾經為計算這些複雜的曲線而頭疼過，你需要將各種要素代入公式來計算飛行高度、飛行距離等等，但這一切對於擁有超級計算機的軍事機構來說都不是問題。

不同初速度受空氣阻力影響的彈道曲線

彈道導彈在它的推進燃料消耗完之後，彈頭的飛行軌跡基本就固定了下來，因為它走的是拋物線。處於防禦的一方只需要利用衛星和雷達監測到導彈前半段運動軌跡中的幾個點的位置，基本就可以判斷導彈的落點，進而計算出彈頭中段和下降段的精確軌跡，這時候只需要在相應位置向上發射一枚或幾枚反導導彈就可以大機率地攔截它。

正在發射的“標準-3”反導攔截彈

由此我們知道，攔截彈道導彈其實並不困難，你只需要知道它是從哪裡發射的、探測到它中段之前的幾個點、加上一臺強大的計算機，就可以算出它後面的彈道，再發射反導導彈就可以把它打下來。而彈道導彈要想突破攔截，它需要更快的速度以縮短對方的反應時間、需要更多的彈頭和誘餌來迷惑對手，讓對方應接不暇顧此失彼。

LGM-118“和平衛士”多彈頭導彈8顆彈頭同時著地的照片

桑格爾彈道與“錢彈道”

助推滑翔的概念最早由德國炮兵發現，他們發現高彈道的火箭可以發射得更遠，其後德國科學家認為這是因為高層大氣稀薄，在這個區域超音速飛行的物體因為與空氣的迎角而產生額外的氣動升力，從而可以飛得更遠。這在當時被認為是不好的現象，因為它使彈道的計算變得複雜，導致導彈打不準。

奧地利科學家歐根·桑格爾（EugenSänger）1936年設想一架在大氣層邊緣飛行的轟炸機，利用“打水漂”的原理跳越前進很遠距離，飛到敵方上空實施轟炸。儘管這一設想在當時因過於科幻而被德國人否決，但他的這一理論卻以“桑格爾彈道”被保留了下來。

桑格爾彈道

1941年，德國科學家西爾貝格提出利用“桑格爾彈道”理論製造大型火箭，攜帶轟炸機從德國發射、在紐約上空投彈後再飛到日本降落。這種瘋狂的想法最終因為當時的技術限制而束之高閣。

二戰結束後，當時還在美國工作的錢先生提出修改“桑格爾彈道”，設想製造一種飛機，它再入大氣層後不再彈跳，而是在大氣層上方滑翔，這樣可以直接從紐約飛到法國巴黎。這就是著名的“錢彈道”。需要注意的是，錢彈道的提出首先是基於民用航空而非軍事目的。

需要指出的是，無論是桑格爾彈道還是錢彈道都需要先用助推器送出大氣層，而現在的助推滑翔導彈是不出大氣層的，它極大地改變了導彈上升段飛行的軌跡。

改變彈道是破解攔截的好辦法。

彈道導彈是用於攻擊遠方目標的武器，為了打得更遠，我們需要給導彈更大的推力，以使它獲得更快的速度，這樣導彈就飛出了大氣層。大氣層外面幾乎沒有空氣阻力，導彈可以飛得更遠。

民兵-3導彈的飛行過程

科學家們給導彈的彈頭加裝了主動雷達制導系統和一組控制鰭，這樣當它再入大氣層時，會因一定的升力作用稍微改變軌道。美國的潘興II導彈和咱們的DF-21D就是這樣的例子，潘興II導彈會在再入大氣層後進行25-G的上拉，然後滑行56公里再射向目標。

對於防禦的一方來說，彈道導彈在大氣層外的飛行軌跡是一個近乎完美的拋物線，它很容易計算，因此也更容易實施攔截。

潘興II導彈再入大氣層後的變軌運動

為了不被攔截，發射的導彈最好是不出大氣層，它在上升段就開始調整彈道。這就是現代助推滑翔導彈的設計思路：

一、導彈彈頭沒有整流罩，發射後，彈頭上的四個舵面會不斷調整角度，使其提前改變上升軌跡，這樣導彈會在大氣層與太空的邊界附近飛行並持續提高速度；

二、導彈在獲得5馬赫以上飛行速度後與助推器分離，就像在水面彈跳前進的石頭一樣，它透過下方大氣的激波產生升力做高超聲速飛行，在飛行的過程中透過舵面的調整改變飛行軌跡，這時候的導彈對於防禦方來說是不可琢磨的，你無法計算它的彈道，更不可能知道它的攻擊目標，因而無法預警和攔截。

X-43A在7馬赫飛行時的流體動力學影象，激波產生升力

三、當導彈飛行到目標上空時，它會向下俯衝並不斷加速，最終以高於10馬赫的速度攻擊目標。

總結：

高超聲速助推滑翔導彈在大氣層上方作機動滑翔飛行，它的彈道平滑且詭異多變。

對於防禦方來說，彈道導彈的運動軌跡是可監測可計算的，相對容易進行預警和防禦。而助推滑翔導彈不出大氣層，它隨時調整的彈道不可能被快速計算出來，因此不容易被攔截。

這是一組超音速激波，它可以產生升力讓導彈滑行

現代助推滑翔導彈不出大氣層，這是它與“桑格爾彈道”或“錢彈道”根本區別的地方，同時也最大幅度減小了在大氣層外被攔截的可能性。

從空氣動力學和計算流體力學的角度，助推滑翔導彈與我們“打水漂”遊戲擁有共同的原理。如果你關注科學，勤于思考，也許未來可以有更偉大的發明呢！