(ZT)美军的HTV-2飞行试验为何失败---转自黄志澄先生的博客


2001年,NASA和美国国防部联合提出了“国家航空航天倡议”(NAI),要求将高超声速技术和确保太空进入能力结合起来。为此,2002年,DARPA提出了“兵力运用与从本土发射(FALCON)”计划,也称猎鹰计划。猎鹰计划近期目标是研制一次性小型运载火箭(SLV)和通用气动飞行器(CAV),使用SLV把CAV发射到亚轨道后,CAV在再入大气层后,通过高升阻比的气动外形,进行长时间的大距离滑翔,同时具备大范围机动的能力,以规避各种可能的拦截火力。CAV在到达目标附近时,可释放携带的制导弹药,对目标进行精确打击。(近期之内,猎鹰计划的目标是发展一种快速常规精确打击武器SLV+CAV-----计划本身已经终止)

2004年美国国会审议猎鹰计划时,美国参议院极力要求取消CAV的预算,不过众议院则对CAV情有独钟,要求加大拨款。最终两院达成妥协,通过了预算拨款但取消了猎鹰计划中的武器部分,规定不能用于武器化的CAV开发,也禁止使用陆基或是潜射弹道导弹发射CAV。在这之后,CAV改名为高超声速技术飞行器(HTV)。HTV作为高超音速技术演示和验证计划的一部分,着眼于进行在较高的高空,验证与高超声速飞行相关的技术,如高超声速空气动力学、长时间高超声速飞行的防热技术、高超声飞行下的制导、导航与控制技术等。在计划的执行过程中,HTV-1、HTV-3相继被撤消,只有由洛克希德马丁公司的臭鼬团队研制的HTV-2飞行器,进行了两次飞行试验。

HTV-2使用优化设计的乘波外形,以提高升阻比。它在防热上在其外部采用了低烧蚀的碳-碳复合材料,配合一系列隔热措施,来确保内部的常温环境。虽然HTV-2的速度在再入后随着滑翔不断降低,但其最终的飞行马赫数也在4左右。由于高超声速飞行的时间较长,必须进行防热、气动和控制的一体化设计,其难度就远远高于一般的再入飞行器。高超声速飞行也意味着要求更快反应的控制,而困难在于目前还未全面掌握高超声速下实现空气动力控制的规律。(技术难点和技术障碍----高超声速下的控制仍然缺乏)

2010年4月,在加州范登堡空军基地,进行了猎鹰HTV-2首次飞行试验,用“弥诺陶洛斯-4”运载火箭将HTV-2送至预定分离点,HTV-2在飞行M数超过20的情况下与火箭上面级分离,但在发射9分钟后,与地面控制站就失去了联系,试验宣告失败。2010年末,DARPA公布了独立的工程审查委员会对HTV-2的调查结果,指出首飞失控最可能的原因是偏航超出预期,它同时伴耦合滚转,这些异常现象,超出了姿态控制系统的调节能力,触发了飞行器坠毁。2011年8月13日凌晨,又进行了HTV-2的第二次试飞,但HTV-2在升空大约半小时后,便与地面失去联系,试飞再次宣告失败。DARPA对事故分析后表示,高超声速飞行导致飞行器大部分外壳损毁。研制者推测,部分外壳因局部烧蚀损坏后,快速形成的损伤区在飞行器周围,产生了意料之外的强大激波,导致飞行器的飞行迅速终止。

总之,导致HTV-2飞行试验失败的原因很多。

一是美国军方对这些计划的期望值过高,再加上媒体的炒作,使管理和科技人员肩负太大的压力。实际上,这些计划都是一些技术试验,离开实用的武器相距甚远,但媒体却大大跨大其性能,说什么“一小时内可以打击全球的目标”之类,从而助长了管理和科技人员的急躁情绪,急于求成,则欲速而不达. (在新技术研究面前必须要走稳脚步,不能够急功近利)

二是美国从2008年发生金融危机以来,政府的债务日益增加,目前已达GDP的70%左右,这就要求大大缩减国防预算。与过去类似的项目相比,美国对这个飞行试验的投入较少。由于经费有限,在设计这些试验飞行器时,对安全性和可靠性的考虑,就明显不足,例如没有进行较充分的地面试验。(投入不足,没有完成足够的地面试验,其实大陆航空发动机也有类似的问题)

三是在技术上存在盲区。在HTV-2第一次飞行试验失败后,其项目主管克里斯•舒尔兹(ChriesSchulz)就表示:“在M数为20的飞行条件下,我们对飞行器的空气动力学现象还存在认识上的盲区。”盲区之一就是高超声速边界层转捩。目前应用不同的地面试验和预测方法的边界层转捩结果,差异很大。 (存在理论盲区)

估计美军会选择新的总体方案,以避开这些难题,并加强鲁捧控制研究,开展新的飞行试验计划。

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