“匕首”“先锋”这两种导弹，采用的都是助推滑翔技术，必须借助火箭动力系统，才能达到较高速度，这与弹道导弹类似。而“锆石”使用的是吸气式推进系统，与巡航导弹类似。它的动力系统不像火箭一样必须携带燃烧剂和氧化剂这两种推进剂，而是像飞机一样只携带燃料。这样导弹的体积和自重也能大幅缩小，非常适合空间狭小的舰艇和飞机装载使用。因此有人认为：这才是真正意义的高超音速巡航导弹，也是高超音速技术发展的主要方向；“锆石”作为首个采用这项技术的实用性武器，其服役的意义可谓十分巨大。
“锆石”高超音速导弹（Zircon，代号3M22，北约代号SS-N-33）由俄罗斯机械制造科研生产联合体（隶属于战术导弹集团）研制，用以打击海上陆上目标。
普遍报道，“锆石”的飞行速度为5～6马赫，最大射程约500千米，安装主动雷达+红外导引头，采用固体火箭发动机+超燃冲压发动机。
对于其飞行速度和射程，众说纷纭，甚至前后矛盾。例如2017年4月15日，俄罗斯塔斯社报道称：“锆石”导弹在近期飞行试验中最大速度达到8马赫。2019年2月，俄总统普京发表国情咨文称：“锆石”高超音速导弹飞行速度可达9马赫，射程将超过1000千米。
▲ 外界流传的“锆石”导弹设想图，但通过下方黑色区域的图案看，该图是用美国X-51A高超音速飞行器的照片PS的（参见下图）
▲ 挂在B-52机翼下，准备进行飞行试验的X-51A高超音速飞行器
那么决定这种吸气式高超声巡航导弹速度和射程的关键是什么呢？
从导弹技术的角度看，限制“先锋”和“匕首”这类助推滑翔型高超音速导弹速度和射程的，主要是气动外形设计、材料结构技术。而对于“锆石”这种吸气式高超音速导弹，除了以上两点，最大的要求就是“吸气”的发动机。
不同种类的高超音速飞行器（包括巡航导弹、飞机、跨大气层飞机和空天飞机等）需要采用不同的推进系统，目前吸气式高超音速技术主要选用的是超燃冲压发动机。
超燃冲压发动机的主要特点是，实现燃料在高超音速内流中的稳定燃烧。高超音速飞行时，空气在飞行器体内流过的滞留时间很短，通常只有几毫秒，要想在这么短的时间内将其压缩、增压，与燃料均匀稳定、低损失、高效率地混合与燃烧，十分困难。理论和试验研究结果表明，燃料在超音速燃烧室中的停留时间不足1.5毫秒时，碳氢燃料的释热效率只能达到85%，和普通冲压发动机或火箭冲压发动机相比，其燃烧效率是比较低的，有很大一部分燃料还没有来得及与空气混合与燃烧，就流出了燃烧室。因此要对发动机的尺寸和形状，燃料种类、喷注器设计、燃烧机理等多方面的因素，进行综合性理论和试验研究。
超燃冲压发动机设计的另一个困难是，飞行器必须达到一定速度才能启动（双模态超燃冲压发动机也是如此），因此需要火箭发动机来完成助推段的接力飞行。对于高超音速巡航导弹而言，由于其尺寸和起飞质量受到限制，加装固体火箭发动机会给导弹的总体设计带来很大困难。因此对于“锆石”这样的吸气式巡航导弹而言，如何实现固体火箭与超燃冲压发动机的一体化，也是一个很大的难题。
▲ X-51A成功的关键就是超燃冲压发动机
在2020年10月“锆石”导弹的飞行试验中，导弹射程达到450千米，最高飞行高度2.8万米，飞行时间4分钟，速度超过了8马赫。可见，“锆石”是一种典型和成功的高超音速飞航式导弹，从此也可以看出，俄已解决了超燃冲压发动机的一系列关键技术问题，“锆石”也正是借此成为世界上飞的最快的反舰导弹。
李文盛：电子工程学士及军事学硕士，原总参某部高级工程师，从事军事信息与军事战略研究，以及远程作战问题研究，长期参加中国军控学会《年度国际军备控制与裁军报告》及中国国际问题研究所《全球核态势评估（年度）报告》的撰写，在军内外十余家刊物发表学术及军事科普论文400余篇，参与《俄罗新军事基本情况》、《美国未来作战系统》等多部论著撰写，主持或参加了多项国家及军队科研项目，获得军队科技进步奖多项，为核战略与核武器发展、作战使用专家，在防空与反导，以及常规远程作战方面也有较深研究。
出品：科普中国
作者：李文盛
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