攻克世界级难题造出全球首款高超音速武器的导弹女神祝学军多牛

  2019年中国科学院院士增选当选院士名单公布，其中，祝学军的名字显得格外亮眼，作为中国首款高超音速武器的总设计师，她成功让中国掌握了美国花费24年都没有掌握的高超音速武器，让中国导弹领先世界。

  祝学军1962年12月出生于沈阳，她是纯国产的科学家，1984年毕业于国防科技大学自动控制系，研究生毕业后的祝学军被分配到总体部总体室工作。年仅25岁的祝学军开始承担自己第一个重任——负责某型号电气系统软件的总体协调和设计工作。

  难懂的汇编语言、枯燥的数据、复杂的算式，一本厚厚的源程序，这些都是祝学军需要攻克的难题，她每天跟在那些老同志身后，向他们请教技术问题，最终，她编写的报告十分出色，不仅对其他同志学习和掌握飞行控制系统软件提供了便利条件，而且还发现了原设计中存在的问题，对完善飞行控制软件起到了重要的作用。

  经过了12年的磨练，37岁的祝学军开始挑大梁，她组织论证了某型号的总体设计的具体方案。1999年全面负责其改进型号研制的技术工作，并成功完成。

  此后，她一直负责地地战术弹道导弹技术探讨研究，是我国导弹技术领域专家，因此也被人形象成为“导弹女神”，比如采用1553B总线技术实现运载火箭电气系统的信息一体化设计已成为运载火箭电气系统的设计方向。作为运载火箭电气系统的核心组成部分,控制管理系统采用1553B总线互联在设计上将具有许多新的特点。祝学军从系统的功能组成、拓扑结构设计、数据流分析和总线B总线的运载火箭控制管理系统进行了研究分析，提出了改进方案。

  她还研究了一种对滚转导弹进行耦合性分析的方法.在定义准弹体坐标系和准速度坐标系的前提下,建立滚转弹体的数学模型.在此基础上,运用多变量频域理论对一实例进行耦合性分析,并用Matlab进行了仿真验证。

  祝学军在导弹总体设计理论方法和工程研究等方面取得了多项重大开创性成果；建立了助推滑翔战术导弹设计理论方法体系；先后担任我国三代、七型地地战术导弹武器系统总设计师，主持研制五个新型导弹武器，实现了我国地地战术弹道导弹从威慑到实战、从火力打击到侦打一体、从传统弹道式飞行到助推滑翔式机动飞行的重大技术跨越，以此来实现了由打击单一种类地面目标向自主精确打击多种类和地下坚固防护目标的里程碑式发展。为开创我国地地战术弹道导弹技术领域和我国常规导弹武器装备建设发挥了重要作用。

  祝学军也因此获得了2009年武器装备阅兵先进个人、2016年获得国防科学技术进步一等奖（第一完成人）

  而她最瞩目的成就就是高超音速武器，她院士的专业一栏上也写着“导弹与高超声速飞行器设计理论与工程”。

  高超音速武器在军事上具有很重要的意义，高超音速武器航程远、速度快、结构相对比较简单、性能超卓，能快速打击远程目标，被军事专家称为继螺旋桨、喷气推进器之后航空史上的第三次革命性成果。

  由于其高空高速的同时相比于弹道导弹有着更强的机动能力，这将使得目前所有的防空武器等同失效。的确，高超音速武器的末端无论雷达还是红外信号特征都是极大的，无法隐藏，但是人类目前并没有有效拦截此类武器的手段，这使得使用该种武器对敌方机动部署的防空导弹和雷达阵地的打击将极为高效和充满了侮辱，对方的防空反导单位将只能看见导弹来袭而没有反击能力。

  美国从1996年开始X-43A进行了飞行试验，使用氢燃料超燃冲压发动机，最大速度突破了 9.8 马赫。X-43A使美国成为是人类第一个实现超燃冲压发动机高超音速飞行器飞的自主飞行的国家，称为“自1903年莱特兄弟首次飞行以来航空技术的最大突破”。

  但是到目前为止，美国因为种种原因，高超音速武器并没取得最终的胜利，目前美国对外回应：

  “我们已经在努力研制高超音速武器了。我们空军有两个项目，分别是高超音速常规打击武器（HCSW）和空射快速反应武器（ARRW），可以简称为‘钢锯’和‘箭’。我们正与美国国防高级研究计划局（DARPA）开展合作进行一同研究。，两种正由空军研制的高超音速武器预计将在2022年具备初步作战能力。”

  创新是做之前没人做过的事，本身就带有许多不确定因素，肯定会有风险。——祝学军

  祝学军在研究论文《固体火箭冲压发动机燃气流量-喷管喉部面积双变量调节特性研究》中表示：采用双变量调节的固体火箭冲压发动机比冲性能显著优于采用单变量调节的固体火箭冲压发动机,且双变量调节可改善发动机在高空下的喘振等不稳定工作状态,有效拓宽固体火箭冲压发动机的稳定工作范围。

  在此基础上，她巧妙利用了钱学森留下来的成果——钱学森弹道。1943年还在美国加州理工大学古根海姆航空实验室的钱学森跟他的两个同学一起，在起草的一份火箭喷气推进实验计划中构建了一种设想。基础原理就是让弹头在“临近空间”（距地面20—100km）进行增程滑翔，然后再进入稠密大气。为什么弹头会在这个高度滑翔而不是“一头栽下来”呢？因为在“临近空间”存在着较为稀薄的大气，当高速物体由真空进入密度介质时，会产生反压，所以，“钱学森弹道”又被称为“助推滑翔弹道”。

  钱学森弹道的精髓在于是利用火箭为动力把飞行器发射入高空，突破大气层，然后飞行器从太空再度返回大气层，当角度合适的时候，飞行器会如同瓦片在水面上打水漂一样被弹起，然后再落下，通过这样一系列的弹起——落下的运动轨迹，飞行器就能够以高速抵达目标。这也被称为助推-滑翔式弹道，即半弹道式再入航天器或升力体式航天器的再入弹道的基本设计思想。

  在钱学森弹道提出了几十年的时间里，很多国家都想百分百地消化这份钱学森留下来的遗产，美俄等强国纷纷推出新概念飞航导弹方案，很多都基于钱学森弹道。

  超高音速导弹之所以难以拦截，一是其速度超快，防空系统压根没时间来得及反应以及应对；二是其位于大气层内飞行，机动变轨的性能更出色，无法按照既定的弹道轨道进行拦截。如果再利用钱学森弹道来“打水漂”，那么就能轻松实现百分百的突防成功，命中目标，敌方反导拦截的概率无限接近于0。

  祝学军成功攻克了这项困扰各国近70年的世界性难题，将其运用于高超音速武器之上，从而在世界首创助推-滑翔高超音速设计。

  祝学军还采用了承波体设计，这并非是高超音速的唯一设计的具体方案，像俄罗斯的“匕首”导弹就是想通过高抛弹道+高速度载机（TU-22M，MIG-31高空高音速投放）+大弹体（伊斯坎德尔的弹体，燃料有保障）来实现最大末端10马赫的高速和上千公里的巨大射程，但是目前俄罗斯“匕首“水漂弹”有一定的缺陷，目前俄罗斯也并没有成功将其成功列装。

  因为高超音速飞行器具有速度快、高度高、巡航距离远、突防能力强等特点，所以一定要采用一种高升阻比和强机动性的气动外形。适合高超声速飞行器的外形有升力体、翼身融合体、轴对称旋成体、乘波体等。

  乘波体是一种适宜高超音速飞行的外形，其所有的前缘都具有附体激波。乘波构型飞行时其前缘平面与激波的上表面重合，就像骑在激波的波面上，依靠激波的压力产生升力，所以叫乘波体。

  如果把大气层边缘看作水面，乘波体飞行时就像是在水面上打水漂。乘波体飞行器不用机翼产生升力，而是靠压缩升力和激波升力飞行，像水面由快艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。超音速飞行形成的激波不仅是阻力的源泉，也是飞行器“踩”在激波的锋面背后“冲浪”的载体。

  可以说，中国高超音速武器的诞生，标志着我国从传统弹道式飞行到助推滑翔式机动飞行的重大技术跨越，有力地增加了我国的战略威慑力。

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