从HSTDV试验看印度高超声速导弹武器的发展

在2019年6月12日，印度高调宣布成功进行了第一次HSTDV（Hypersonic TechnologyDemonstrating Vehicle）高超声速飞行试验，但不久媒体即披露试验是失败的。不过，试验暴露出了印度在长期秘密发展高超声速导弹武器，这还是让外界大吃一惊。

印度HSTDV技术验证试验

测试基本情况这次试验是印度国防研究与发展组织（DRDO）在2019年6月12日进行的，是印度国产高超音速技术验证飞行器的首次飞行测试。当天搭载HSTDV的“烈火”1导弹在上午11点27分从奥里萨省外海的卡兰岛综合试验场发射，各种雷达、遥测站和光电跟踪传感器在飞行路线上进行了跟踪观测，收集相关数据并进行分析，以验证关键技术。HSTDV是DRDO于2005年开始研制的超燃冲压发动机验证器，是印度高超声速巡航导弹系统开发计划的重要组成部分。

按照原计划，HSTDV飞行至30-40千米高空后，将与“烈火”1导弹助推器分离，并启动以煤油为燃料的超燃冲压发动机，以马赫数6的飞行速度巡航。目前，DRDO拒绝透露试验最终结果，但媒体透露由于助推器失控，未能将HSTDV送至预定高度，试验未达到预期目标。

失败原因分析此次试验采用了与印度现役“烈火”1导弹相同的固体火箭助推器，导弹最大速度只有7.3马赫。从性能上看，其勉强可以作为高超声速飞行器的助推器，因为要达到HSTDV点火条件，飞行器速度必须达到5马赫以上。但为了给释放速度和角度留有余地，助推器应该具备足够大的释放速度裕量，而且由于“烈火”1为印度第一代固体燃料导弹，其飞行姿态控制能力较弱，因此为HSTDV提供足够的释放速度和姿态角度的能力十分勉强。从透露的情况看，此次试验并未将飞行器加速到高超音速（5马赫以上），超燃冲压发动机未点火，回收的飞行器表面没有灼烧痕迹也间接证实速度未达到5马赫以上。也就是说，此次试验根本就没有实现最关键的点火和稳定飞行控制，超燃冲压发动机未受检验，但很可能完成了助推器的分离和短时间的高超声速的滑翔飞行。

HSTDV外观分析此次试验虽然失败，但从相关情况来看，这款高超音速技术验证飞行器是一种配备了超燃冲压发动机的无人飞行器，能够借助固体燃料起飞发动机，以6马赫的速度巡航飞行，并能在超燃冲压发动机推动下在20秒内上升到32.5千米的高度。从公布的外观图片看（题图为HSTDV在展会上的模型），HSTDV采用了常见的乘波体结构设计，但又不同于助推滑翔常用的梭形或三角形乘波体外形，其船型乘波体结构中设计了非机身融合的侧翼和后操纵舵。这种设计表明HSTDV主要用于超燃冲压发动机的初步试验，其飞行速度也大致限制在8马赫以内。现在的HSTDV设计沿用了其前身AVATAR验证器中的CV设计。该验证飞行器长5.6米，质量为1000千克，其横截面为扁平八角形，机体中部装有一对短翼，机体后部装有倾斜垂直尾翼。进气道长度为3.7米，横截面形状为矩形。超燃冲压发动机位于机体中下部，机体尾部作为排气喷管的一部分。机体前部有两个平行的挡板，用于增加推力。机翼后缘的襟翼用于飞行器滚转控制。可偏转的喷管位于燃烧室后端，偏转角可达25。，以确保在发动机开启和关闭阶段具有令人满意的性能。

现在的HSTDV略有变化，但基本沿用了原来的设计框架，这从超燃冲压发动机的外观设计也可以看出来。该发动机采用了所谓“三维侧压式进气道”，这种进气道的优点是设计简单，缺点是基本没办法和飞行器的总体设计进行配合。从照片也可以看出，HSTDV在升力体机身下方设置进气道，进气口内有喷油和燃烧室，后面连接扩散段，这基本就是一台前后直通的发动机，载荷和控制部分都设计在了背部有限的空间内，这种进气道通常只能适应6马赫以下的飞行速度，因此主要用于超燃冲压发动机的最初验证。HSTDV采用国际上通行的碳氢化合物燃料，由于工作时燃烧室的温度很高，因此发动机采用双壁结构，朝向燃烧区的内壁使用的是一种特殊的铌合金，而外壁使用nimonic合金（英國人研制的一种特种合金）以提供结构强度。另外，为了克服飞行时的气动加热，HSTDV的弹翼和尾翼表面使用了钛合金，高温区域采用的是碳复合材料。DRDO称，热障涂层（TBC）可以将表面温度降低到材料的承受范围以内。他们对许多热障涂层进行了高温和腐蚀试验，发现所研制的陶瓷涂料最适合这一用途。此外，印度工程人员在试验中将HSTDV置于“烈火”1的头部，外部使用整流罩包裹。应该说，无论是乘波体设计还是采用超燃冲压发动机都表明，印度高超声速飞行器设计从一开始就站在了较高水平上。

印度HSTDV发展计划

滑翔再入载具印度早期为提高导弹射程和突防能力，在其弹道导弹发展项目中曾广泛应用高速滑翔技术，这使其积累了较多的高速滑翔设计和应用经验。最早使用高速滑翔技术的是其第一种导弹“大地”短程单级弹道导弹。该型导弹射程不到300千米，但可以改变弹道导弹简单的抛物线飞行轨迹，借助空气升力改变并延伸末段弹道，在30-35千米的高度上可“滑翔”约60-70千米，这在一定程度上延长了导弹的射程，也提高了弹头末段的拦截难度。以后印度为“烈火”系列导弹也设计了众多的弹道式滑翔再入载具（BGRV），据称从“烈火”1到“烈火”5几乎都配置了不同的BGRV，滑翔速度和距离持续提高。该技术还应用在了印度目前唯一的潜射弹道导弹K-15上。虽然这一阶段的高速滑翔技术与高超声速技术相差很远，但上述应用使印度初步掌握了高速飞行器的控制与气动原理等基础技术。

超燃冲压发动机2005年，印度在维克拉姆·萨拉巴伊空间中心修建了第一座高超声速风洞（HWT）。普通超声速风洞仅能产生相当于5倍声速的风速，但在高超声速风洞中，风速却能达到5-25倍声速。据称当时印度利用该风洞测试了国产“高超声速飞行器”样机，并进行了发动机地面试验。2007年6月，印度DRDO宣布了“高超声速吸气式空天运输飞行器”（AVATAR）发展计划，这是一种可重复使用、水平起飞的吸气式单级入轨飞机，采用涡轮冲压/超燃冲压/火箭组合循环发动机，总重25吨（其中60%是液氢燃料），每次可将1吨重的有效载荷送入太空，还可作为高超声速飞机，用于对地攻击或侦察。印度还将其称为“梦之计划”。AVATAR计划大大刺激了印度高超声速基础设施的建设。2014年，印度DRDO在班加罗尔又建成了新的高超声速风洞，并完成了8.4马赫测试，DRDO官员宣称“布拉莫斯”2导弹将在该风洞进行测试。2016年，印度空间研究组织（ISRO）也宣称完成超燃冲压发动机测试，试验中超燃冲压发动机被置于上世纪70年代发展的RH-560探空火箭顶端，一级火箭燃烧完后，二级火箭点火继续加速，在约20千米时达到6马赫速度。这时超燃;中压发动机点火，并持续燃烧5秒钟。这次试验的目的主要是验证吸气式发动机保持超声速燃烧的时间，这是目前所知印度高超声速技术最成功的试验。

高超声速导弹目前所知印度真正的吸气式高超声速导弹项目有两个，分别是“布拉莫斯”2（K）和HSTDV。“布拉莫斯”2（K）是印度与俄罗斯联合研发的高超声速导弹，印度DRDO正在研制高超声速冲压式喷气发动机，其地面试验已经顺利完成，高超声速专用火箭燃料则是在俄罗斯的帮助下完成开发的。该计划仍处于初步设计阶段，导弹投入使用至少需10年。据称，“布拉莫斯”2导弹与俄罗斯“锆石”导弹使用同样的发动机和推进技术，制导和导航系统、软件、弹体及控制系统由印度研制。该导弹预计作战半径达到450千米，飞行速度为7马赫，并可能进一步发展空射和海射型。

真正让印度掌握高超声速导弹技术的应该是HSTDV项目，目前虽然是技术演示项目，但最终目标是发展为一种导弹武器。该项目最初是为前面提到的AVATAR计划提供技术验证，其包括运载火箭（LV）和一个巡航飞行器（CV）。验证飞行器通过飞行试验要达到的目的是，验证超声速燃烧冲压发动机的性能，以及高超声速飞行器的空气动力性能、防热系统和热结构等。该计划有俄罗斯、以色列和英國陆续参与。2005年HSTDV完成了弹体和发动机框架构造设计，以后由国家航空航天试验室（NAL）对其空气动力设计进行了试验，完成了多次缩比模型的进气（空气）和排气（废气）试验，以及较大超声速的风洞测试。DRDO负责新材料开发、电气与机械部件的整合、冲压发动机研制工作。2010年首次公开样品模型，2011年在印度国际航展上公开亮相。此后由于资金和场地问题，该项目进度严重滞后。2019年6月的飞行试验目的主要是验证高超声速条件下的发动机点火技术。由于此次试验没有完全达到预期目的，因此预计印度近期将再次进行类似发射试验。

印度高超声速武器技术发展水平分析

技术起点高，但积累不扎实从透露的情况看，此次试验主要测试超燃发动机点火技术。超燃发动机是一种吸气式高速大推力发动机，其启动点火就像在7级大风中划燃火柴并保持稳定燃烧，难度可想而知，因此世界上只有美俄等少数国家在研制，而且均未有大的突破。印度虽然进行过地面测试，但从一开始飞行测试就将目标瞄准超燃发动机的启动和稳定工作上，而不像其它国家在进行多次实体滑翔试验后，才开始发动机的启动测试。虽然印度在高超声速飞行器和动力技术上采用了较为先进的概念，但也应该看到，印度实际缺乏较为扎实的技术积累。其超燃发动机地面测试次数有限，且印度利用RH-560探空火箭進行的超燃冲压发动机测试条件只有6马赫，刚刚满足基本要求，且时间非常短。而且，前几次试验印度实际掌握的数据非常有限，因此此次测试失败并不出人意料。

参与单位多，但基础设施建设差从印度高超声速技术发展可以看出，HSTDV项目有印、俄、以、英等多个国家的技术实验室和团队参与，仅印度国内就有DRDO、NAL和ISRO旗下的多个实验室和公司、部门参与，这使HSTDV项目集成了世界最先进的高超声速技术成果，以及印度国内最强大的技术研发力量，这也是HSTDV项目从一开始就采用世界最先进设计理念，且在资金恢复后可以很快拿出试验样机的根本原因。但由于印度在高超声速领域和航空动力设计与测试方面起步较晚，其在2014年前后才具备自主的高超声速风洞测试能力，而且由于印度在高超声速飞行器制造所需的高性能基础材料和超燃发动机动力所需燃料等方面没有自主生产能力，导致该项目缺乏试验和制造的基础配套设施，这是该项目投入较大技术力量和巨额资金，但仍进展缓慢的根本原因。

发展时间较长，但实际掌握技术少正如前面所说，由于基础设施建设缓慢，印度以HSTDV为核心的高超声速项目发展时间较长，从2005年启动至今已经有近15个年头，但成果寥寥，对外值得公布宣扬的成功试验次数也十分有限。从国外同类技术发展看，高超声速项目包括了计算机模拟、风洞试验、飞行器整流罩构造、智能材料、高速发动机原理、飞行器再入大气层的动力学和专用软件等众多领域技术，这需要循序渐进的技术突破和积累。例如，美国现代高超声速动力技术是在Hyfly超燃冲压发动机试验平台上经过近10年的摸索才实现突破，并最终转到侧压式进气道的技术路线上。而印度利用俄、以等国现成技术成果直接进入了此类技术路线，实际并没有完全自主进行过超燃冲压技术基本概念的试验与验证。例如，此次试验失利后外界认为，有可能根本性的助推器就没有给验证飞行器提供足够的速度和适宜的姿态，因此更不可能有后面的点火测试了。可见，在高超声速技术发展上印度还有许多基础课需要补。

印度HSTDV高超声速技术应用分析

印度HSTDV项目的目标是使其跻身该技术的精英国家俱乐部之列，因此其下一步以HSTDV项目为基础加快高超声速技术应用与发展是毋庸置疑的。

再次试验，发展为导弹武器虽然印度宣称此次试验成功，但从透露情况看此次试验并未实际启动超燃冲压发动机点火，试验目标并未达成。而启动超燃;中压发动机是测试的最基本条件，不可能回避，否则后续科目无法展开，因此印度很可能近期会再次组织同类试验，和进行多次飞行测试，才可能拿到足够的数据来修订设计。由于HSTDV为演示验证项目，因此在完成项目后，印度很可能很快启动武器化型号项目，以发展可用于实战的高超声速导弹。印度很可能走与俄罗斯近似的陆基火箭助推的吸气式巡航导弹路线，尔后再发展空射或海射高超声速导弹，而不像美国一开始就优先发展空射高超声速导弹。

终止项目。由“布拉莫斯”代替从印度高超声速武器发展来看，与HSTDV项目并列的还有一项同为吸气式高超声速导弹的“布拉莫斯”2（K）项目。虽然该项目还需至少10年，但其基础技术和投入都要比HSTDV项目成熟。而印度同时发展两项风险较大的高超声速项目除了技术探索外，很可能是互为备份，降低发展风险。由于“布拉莫斯”2导弹与俄罗斯“锆石”导弹使用同样的发动机和推进技术，而且也可能进一步发展为空射和海射型，因此其武器化的可能都要比HSTDV项目大。一旦HSTDV项目遭遇障碍，印度很可能会用“布拉莫斯”2项目最终取代HSTDV的武器化项目。

更新项目。采用新技术路线HSTDV项目是技术验证项目，还存在诸多基础技术不成熟和总体技术不完善的地方，因此在HSTDV项目一再挫折或完成验证后，印度也有可能再次启动建立在新技术框架内的吸气式高超声速平台项目。从印度发展同类武器的作风来看，新的项目很可能采用更加先进的技术思路，建立全新的技术框架。但如果采用新路线，印度高超声速武器项目的研发时间将再次推迟10余年，这可能是印度不得已的路线选择。

【编辑/山水】

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