美国十几年研究一场空？ 俄罗斯锆石导弹： 与美国X-51A一模一样！

　　1月29日，央视军事报道官方微博发布了俄罗斯宣布海基“锆石”高超声速导弹批量生产的新闻，其中还有这种导弹发射与空中巡航的CG视频，眼尖的朋友发现这种导弹似乎与美国在十几年以前放弃的X-51A一模一样，为何会有这样的情况，美国放弃的型号怎么会出现在俄罗斯现役海军装备中？

　　锆石导弹的型号是3M22Zircon或者3M22 Tsirkon，北约报告中的型号为SS-N-33，这是俄罗斯最近装备的吸气式高超音速反舰巡航导弹，装备的是超燃冲压发动机，目前已确定进入俄罗斯海军现役。

　　设计这款导弹的是俄罗斯著名的“NPO Mashinostroyeniya”，这是一家位于俄罗斯列乌托夫的货架设计局，冷战时期曾负责俄罗斯UR-100N洲际导弹以及军用Almaz空间站的设计，鼎盛时期曾有1000多名设计师，当年是谢尔盖·科罗廖夫设计局的这主要竞争对手。

　　俄罗斯并没有公开“锆石”导弹的研制计划时间表，这种导弹的说法第一次出现在公众面前是在2016年3月，俄新社当时对一名不愿透露姓名的“军工联合体高级代表”采访是意外的暴露了这种导弹，这名高级代表称他们即将测试一种名为“锆石”的全新武器。

　　2017年2月，国际文传电讯社报道“锆石”将在春季测试；4月份报道发射成功，有报道提及这次测试的“锆石”导弹达到了8马赫（2700米/秒）的超高速；

　　2017年11月和2018年12月的两次测试表明，这种导弹的速度已能稳定飞行，飞行速度在8马赫左右；

　　2019年2月20日，普京表示这种导弹的最高速可达9马赫，并能摧毁1000公里外的海上以及陆地目标；

　　2020年10月7日，俄罗斯总参谋长瓦列里·格拉西莫夫 ( Valery Gerasimov ) 表示，一枚锆石从白海的戈尔什科夫海军上将号发射升空，成功击中450公里外的目标，公开报道中这种导弹的速度为8马赫，最高飞行高度可达28千米；

　　从2020年11月到2022年2月，俄罗斯公开报道称总共进行了十几次发射，都成功命中了目标，并且还从40米的深度进行了潜射，也获得了成功；

　　2022年12月23日，俄罗斯国防部长谢尔盖绍伊古宣布戈尔什科夫海军上将号护卫舰接收了一批锆石导弹；

　　2023年1月27日，俄媒报道称，俄罗斯机械制造科学生产联合体总经理兼总设计师列昂诺夫表示，海基“锆石”高超声速导弹已经在批量生产，俄海军将于2023年接收“锆石”导弹。

　　俄罗斯到现在也没有公布这种导弹的详细照片，但根据发射装具以及CG的图片，锆石导弹的长度大约在8~9.5米左右，其重量大约是战斧的2倍（2.88吨），最高速度在8马赫（公开）~9马赫（普京说法）之间，射程从低空的250~500千米到半弹道射程700千米，平均射程为450千米，最高射程为1000千米，这个数据有限混乱，据坊间估计，300~450千米比较靠谱。

　　锆石的弹头重量在300~400千克之间，不过锆石的速度高达8马赫以上，并且弹体和弹头是一体的，后半部分是助推器，分离后前半生的总质量仍然可能超过1吨，据此计算，其动能相当于867.8千克TNT，加上高爆炸药，总当量可达1.2~1.3吨，这个数据有点可怕，要是航母被其命中的话，就算不沉没也半身不遂了。

　　俄罗斯列装“锆石”的意义是非常重大的，如果目前公开的消息为真的话，那么俄罗斯已经实现了超燃冲压发动机的稳定燃烧技术，并且还实现了正推力，另外导弹的热防护也达到了相当高的水准，因为8~9马赫下，弹体表面温度可达上千度。

　　另外俄罗斯官方有数据表明这种导弹是可以中途制导的，这表示俄罗斯也已经解决了耐高温外壳的通信问题，而就在2022年10月份，美国还在测试高超音速下的导弹壳体透波技术问题，这表示俄罗斯走到了美国的前面。

　　不过也有专家觉得“锆石”可能达不到8~9马赫的速度，其理由是“锆石”的燃料为碳氢燃料，尽管其使用了特殊配方的“Decsilin-M”燃料，俄媒VESTI报道称，这是一种高能合成航空燃料，是R95-300系列巡航和反舰小型涡喷发动机使用的Decilin（T-10）燃料的改进版。

　　一般认为，碳氢燃料在超燃冲压发动机中燃烧速度限制，因此其速度的上限在7马赫左右，而氢燃料的超燃冲压发动机可达10马赫左右，因此外界猜测速度可能在6~7马赫左右，而射程估计则在300~450千米之间。

　　不过即使如此也是够可以了，这个距离加上如此高的速度，足以让“锆石”突破任何防空武器的拦截，被它盯上的目标将很难逃脱被击中的命运。

　　俄罗斯的锆石导弹已确定进入现役，到现在俄方也没有公开过这种武器的近距离照片或视频，只有俄罗斯官方公布的CG图片，很多熟悉高超音速武器的朋友一眼就认出，这与美国十几年前曾经测试过的X-51A几乎一模一样！

　　与上图中的俄罗斯“锆石”导弹相比，无论是鼻锥还是进气道，又或者是尾部助推器等，几乎就是翻版的X-51，美国空军研究实验室（AFRL）在2010年就完成了这种飞行器的测试，但是为何会出现俄罗斯已经装备，美国却放弃了的诡异结果呢？

　　要介绍X-51A，必须先从美军的X-43开始说起，因为这两种飞行器是有传承的，从X-43A改进才诞生了X-51A：

　　X-43是NASA下属的德莱顿飞行研究中心（Dryden Flight Research Center）所开发高超音速飞行器，这种飞行器相当有特色，侧面看是一架飞机，但从上方看则像一块滑板，不过它的尺寸只有3.6米，完全是一种缩小版的测试模型。

　　其使用的是一体式超燃冲压发动机，燃料为液氢。亚燃与超燃都属于冲压发动机一类，两者都需要助推器加速到足够高速度才能点燃超燃冲压发动机，前者启动速度在0.5~3马赫（发动机进气道结构决定启动速度），后者需要4~5马赫才能点燃。

　　两者的另一个区别是亚燃冲压的燃烧室气流速度低于音速，而超燃冲压发动机燃烧室速度大于音速，这就是亚燃与超燃的名称的来历，因此X-43也需要一枚助推器将其推进到高速点燃发动机：

　　此前的最高速是1967年时由威廉·J·耐特（William J. Pete Knight）驾驶的X-15实验机创下，为6.7马赫，不过当时的动力是火箭，之后是SR-71黑鸟式超音速侦察机创下约为3.2马赫，动力为J58变循环发动机。

　　X-43A速度已经接近10马赫，与《壮志凌云2》中的DarkStar有得一拼，但NASA没有继续发展，因为这种发动机有非常难解决的飞控问题：

　　1、X-43A为激波进气道服务的下颌产生的正升力过大（发动机开启前为整机升力的70%），易产生抬头力矩，NASA不得不在头部配重以解决抬头问题；

　　2、X-43A的尾部在发动机开启后又因为高压产生正升力，造成低头力矩，而且与发动机在工作过程中的推力高低有关，飞行过程中必须不断配平，这是个超级麻烦的事情；

　　X-43A的这种喷管叫做单边膨胀喷管（SERN），具有不一样高度（大气密度不一样）的自适应能力，这里必须得解释下，火箭发动机在海平面状态工作的一级和这空工作的三级喷管膨胀比是不一样的，为的就是适应不一样的气压并获得最大的推力。

　　但要是一种飞行器要工作在0高度到60千米高度呢？这种单边膨胀喷管就能部分适应，一侧是形状固定的机尾，另一侧是大气，高密度低层大气就少膨胀一点，高空稀薄大气就多膨胀一点，有部分自适应能力。

　　它带来的好处是可以在大范围垂直高度机动时获得最大推力，而存在的问题则是单边膨胀的机体一侧会获得额外的升力，导致低头力矩，所以这种结构的飞行器用在高超音速飞行器上似乎问题不大，但美军迫切需求的是高超音速导弹，要是一枚导弹在飞行过程中还忙着配平，这是美军一定不可以接受的。

　　X-51是的发动机技术前身是X-43C，在X-41A上取得的经验打算重新设计X-43C，但后期X-43下马，技术便应用到了X-51上，与X-43相比，X-51有了很大的改变：

　　X-51A的尺寸为7.6米，空重为1.8吨，无论从哪个角度看都像是一种科幻武器，并且“长径比”看起来更像是导弹类武器而距离常规飞行器则大相径庭。

　　X-51A使用的是碳氢燃料，实用化前进了一步。测试总共进行了4次，第一次成功将飞行器推到了5.1马赫的速度，第二次和第三次失败，第四次成功，飞行持续了3分30秒，速度为5.1马赫，这个长时间工作相当成功，除了速度上略低（原定6.5马赫）达到了X-51A计划定下的所有目标。

　　在所有目标实现后，美军进一步将其武器化，2016年，DARPA授予了雷声公司3.75亿美元的HAWC的项目合同，比较讽刺的是后来X-51A的主承包商波音反而被踢掉了，因为美国军方最后选择了轴对称高超音速巡航导弹。

　　X-51A的这种进气方式对飞行器姿态要求很高，因为超燃冲压发动机为了保持燃料的燃烧率恒定，发动机中的压力和温度也需保持恒定，但随着超燃冲压发动机点燃后会因为速度导致气流增加，导致压力改变，为了保持压力恒定，飞行器必须有一定的角度爬升。

　　而像X-51A这种气动布局对姿态要求就更高了，这种四平八稳的飞行不太适合武器，无论朝哪个方向飞行都会改变气流进入进气道的方式并且还不均匀，但轴对称超燃冲压发动机不存在这样的一个问题。虽然机动角度非常有限，但至少能解决不均匀这个问题。

　　轴对称超燃与轴对称冲压发动机外观上区别并不大，也是有进气锥和进气道构成，两者之间有一条狭缝，并且轴对称还方便调节进气锥方便在不同速度下耦合激波，以达到更高的进气效率和压缩比例，但轴对称比较麻烦的问题是不适合乘波，不过这个不是什么样的问题，可以在机体设计机翼来解决这一个问题。

　　所以美军未解决姿态与机动的问题放弃了研究十几年的乘波体，选择了轴对称高超音速超燃冲压发动机，但为什么俄罗斯军方仍然选择了X-51A的模式呢，难道线A的全套资料？当然这个可能性非常小的，虽然克格勃的能力大家有目共睹，但要从外观上相似度来肯定美军已经泄密似乎太武断了

　　各位也要注意下，因为俄罗斯到目前为止公开的都是CG图片，并不排除这只是个烟雾弹，当然也不排除这是真实的。两者都有优势，比如乘波体结构，它的机动性可能会比轴对称要差很多，但就目前而言也是一个无法拦截的存在，所以俄罗斯用这个结构先上马不是没有道理。

　　如果俄罗斯深入研究后才发现这样的一个问题，但回头重来需要消耗大量资金，那么经费紧张的俄罗斯非常有可能会选择降低要求，毕竟速度还是第一位的。但如果俄罗斯选择轴对称，也能说得过去，之前放出来的大量图片只是当年曾经验证的乘波体结构，既利用了资料，又忽悠了美国，这不是很好么?

　　在国外的Quora上也有很多朋友问这样的一个问题，而第一个答案就是俄军方的锆石导弹气动设计很可能和X-51A是一样的，但回答者同时表示俄罗斯军方并没有公开，所以这个无法确定！

　　目前的超燃冲压发动机用的是液体和气体燃料，和当年冲压发动机发展路子有些相似，早期用的是液体冲压发动机，最新用的则是固体冲压发动机，原理是使用贫氧燃料缓燃的可燃性气体混入气流在冲压发动机燃烧室点燃后从尾喷口排气，产生推动力。

　　固冲很有优势，因为固体燃料单位体积内的包含的能量高，体积小，导弹可以大幅度缩小体积。超燃冲压发动机可以用固体燃料吗？从理论角度来看并没什么大问题，但就目前而言还存在相当大的难度，短期内想要解决似乎还不可能，相信这种超燃固冲一定会成为未来超燃冲压发动机为动力的武器主流。