紀永添專欄：黑鳥之子誕生—高超音速無人機將掀起空權革命

美國航空巨擘洛克希德．馬丁公司，日前宣布傳奇的SR-71黑鳥偵察機已經後繼有人，他們正在研發新一代的SR-72高超音速無人偵察機，預計會在2025年的年底，完成原型機設計，並在2030年代開始服役。SR-72號稱擁有6倍音速的飛行能力，比過去的SR-71飛的更快也更遠，因此被外界暱稱為黑鳥之子，未來若能順利服役，無疑將再次掀起空權革命，改變這個世界。不過，當年冷戰結束後不久，SR-71就很快退役，研發新一代高空高速偵察機的計畫，一直被認為浪費資源，又沒太大意義。畢竟間諜衛星的技術已成熟，偵照範圍變的更廣，隨後無人機時代來臨，不只操作成本便宜，還能長時間滯空，又不會有飛行員被擊落的風險。在衛星與無人機的夾擊下，高空高速偵察機已無用武之地，然而高超音速載具的出現，卻徹底改變了這一切。

高超音速指的是5倍音速以上的速度，是過去難以企及的領域，但隨著航空科技的進步，科學家終於研發出高超音速載具，能夠搭載各式彈頭，並具備快速打擊能力。由於速度極快，一般的防禦系統很難有效攔截，因此成為各國競相發展的新型武器。不過目前的高超音速載具，有個很大缺點，就是無法重複使用。這些已服役或研發中的高超音速載具，主要用兩種方式來加速。一種是以火箭，先將高超音速載具送到大氣層邊緣，再釋出內含彈頭的高超音速載具，使其高速滑翔而下，因此又被稱為超高音速滑翔載具（Hypersonic Glide Vehicle , HGV），在俯衝的過程中會不斷加速，最後突破5倍音速。但這種超高音速載具本身並沒有動力來源，酬載彈頭來攻擊目標時，只能同歸於盡，無法回收使用，因此成本算起來較為昂貴，用途也受到很大的限制。

另一種高超音速載具，則比較像是巡弋飛彈，擁有自身的動力來源，使用特殊的衝壓引擎（Ramjet）或超音速衝壓引擎（Scramjet）。這種引擎雖然可以提供強大的推力，讓載具本身能加速到5倍音速以上，卻有一個很大的問題，引擎本身必需先達到一定的速度，才能開始運作。所以一般採用衝壓引擎或超音速衝壓引擎的飛彈，都會用助推火箭，讓彈體先達到引擎能啟動的速度。只是在飛彈達到所需的速度後，通常都會拋棄助推火箭，一方面助推火箭已差不多燒光燃料，另一方面也能降低飛彈在高超音速飛行下的風阻。這會導致一個結果，安裝這種引擎的高超音速載具，無法減速，一旦降低到引擎無法工作的速度，就會墜毀。因此這兩種高超音速載具，都難以回收重復使用，讓高超音速載具的發展，受到很大的限制，但最新的技術已有了突破。

過去科學家一直希望發展一款，在低速、亞音速、超音速與高超音速，都能使用的引擎，並嘗試了各種方法。包括整合衝壓引擎與可循環使用的助推火箭，讓搭載這具引擎的飛行器，可以靠啟動助推火箭，達到衝壓引擎能運作的速度，並在減速後，再次打開助推火箭，使飛行器安全降落。另一種思路則是以目前最常用的渦輪噴射引擎為基礎，融合經過特殊設計的衝壓引擎，讓這具引擎在還未達到所需的速度時，先以渦輪噴射引擎的模式運作，等到速度足夠以後，再改以衝壓引擎、甚至是超音速衝壓引擎的模式運作。反之，當速度開始下降，衝壓引擎的模式無法運作時，再啟動渦輪引擎模式，讓飛行器能減速降落。這種新技術被稱為渦輪基礎組合循環引擎（Turbine-Based Combined Cycle , TBCC），已發展了很長一段時間，在近幾年開始逐漸成熟。

洛克希德．馬丁公司就選擇了TBCC，做為SR-72的動力來源，讓SR-72成為可以重復使用的高超音速無人機。SR-72能從普通機場飛起，在達到高空高速的條件後，再開啟超音速衝壓引擎模式，以5倍音速以上的高速，飛入戰區，執行偵察任務，結束後再自行返回，降落在一般跑道上。由於高超音速無人機的最高速度，可能高達6倍音速，這也代表SR-72能在數小時內，飛抵全球任何一個地方，其運用靈活性，遠勝間諜衛星。雖然在這樣的高速下，機身會與空氣不斷的摩擦，產生高溫，形成巨大的紅外線熱源，成為非常明顯的目標。但一般的高速攔截機或防空飛彈，速度都不夠快，無法有效攔截，甚至最新型的中長程空對空飛彈，也難以追上SR-72。這讓SR-72的存活能力，遠勝過一般的無人機，使SR-72能擊敗間諜衛星與無人機，擁有發展價值。

除此之外，無人機技術的快速發展，也讓SR-72擺脫過去SR-71的瓶頸，與操作成本居高不下的問題。SR-71的最大弱點，在於必需保護飛行員，避免高溫讓飛行員死亡，所以設計了非常多的隔熱裝置與安全措施，還為了避免機體在高溫下空中解體，採用了相當昂貴的鈦合金。但當時鈦礦的最大生產國是蘇聯，這讓美國傷透腦筋，用盡各種方法才從蘇聯進口了足夠的鈦金屬，進行加工。這些問題都讓SR-71的生產製造，變的非常困難，每一趟偵察飛行，飛行員都要冒著相當大的風險，花費更是驚人。然而未來的SR-72將是無人操控，不用再安裝複雜的維生系統，並採用更輕又更耐熱的全新複合材料取代鈦合金，即使SR-72的飛行速度達到6倍音速以上，整體的風險反而更低。這也讓SR-72的未來運用，變的更為容易，成為新的戰術偵察利器。

雖然高超音速載具的發展競賽，是在這幾年才開始，但相關技術的研究，遠在冷戰時期就已出現。以美國為例，在一系列的X試驗機中，有不少是用於高超音速飛行實驗。如早期的X-7首度成功測試衝壓引擎，1959年首飛的X-15，已創下超越6倍音速的飛行速度，突破高超音速飛行的門檻，也讓美國搜集到許多關鍵數據。後來的X-43A無人機，更創下接近10倍音速的記錄，近期的X-51A則測試了許多複合材料在高速飛行下的耐用性，也配備了新型冷卻系統，以降低機身溫度，保護敏感的電子儀器。這些基礎的研究計畫，為美國奠定了深厚的航空技術基礎，即使中國與俄羅斯搶先發展高超音飛彈，曾一度領先，美國近幾年也能急起直追，發展出多款高超音速飛彈，已有部份服役或接近量產階段，還進一步發展可重復使用的高超音速無人機。

除了洛克希德．馬丁公司的SR-72，另一家平流層發射系統（Stratolaunch）公司也致力於發展能從空中發射的高超音速無人機。這家公司推出的Talon-A，是由一架超大型的雙體飛機掛載，在高空發射，使用火箭推進，並能重復使用，以節省成本。目前Talon-A已完成多次測試，未來除了做為高超音速武器，也很有商用潛力。而近幾年來在無人機領域大放異彩的克雷托斯（Kratos）公司，則反向思考，利用已成熟且相對便宜的商業技術，打造一款速度可達5倍音速，而且能快速生產，重複使用的HTB-1無人機。也有新創公司嘗試以3D列印技術，為高超音速無人機提供新的動力系統，如赫密士（Hermeus）公司，就研發了一款名為奇美拉（Chimera）的TBCC引擎，特點是成本低廉，以後如果能夠成功打入民用市場，高超音速無人機將更為普及。

未來高超音速無人機的飛行成本若能大幅下降，將有更多的用途，不再只侷限於高空偵察。比如美軍一直希望發展的全球打擊能力，就能真正實現。目前使用的洲際彈道飛彈或高超音速飛彈，雖然已有能力在任何時間發動攻擊，但這些飛彈的最大問題是昂貴，而且發射以後就無法取消。相較之下，如果能擁有高超音速轟炸機，不只航程更遠，打擊的速度更快，還能在最後一刻召回，甚至只是進行戰略巡弋，都能產生政治影響力。此外也能做為高速運輸使用，雖然初期的酬載能力可能很有限，但能在幾小時內，快速運送急需的零件或飛彈到前線，不用像以前，就算採取空運，也需要數天的時間才能跨洋運送。更不用說民用的商機有多大，美國才剛解禁多年來的超音速客機禁令，隨著飛行成本降低，高超音速客機的出現，應該也只是時間的問題。

在高超音速飛彈的快速發展後，應該很快就會進入高超音速無人機的競爭。台灣在航空技術與無人機領域，都較為薄弱，特別是最重要的引擎製造能力上，居於弱勢。過去騰雲一型無人機遇到的瓶頸，就是小型無人機引擎的推力不足，後來自製下一代戰機引擎的織女星計畫，也以失敗告終。只是這難以苛責，畢竟中國也耗費了極大的人力與物力，想讓軍機引擎國產化，雖然已見初步的成果，但整體來說還是差強人意，就說明了製造航空引擎的困難度。然而台灣曾經以外購的方式，取得衝壓引擎的技術，後來也陸續運用在雄風三型反艦飛彈與雲峰巡弋飛彈上，已取得一定的成果。或許可以在這個基礎上，進一步投資研發超音速衝壓引擎，會是比較有可能成功的方向。雖然台灣仍無法發展高超音速無人機，但還是有機會踏入高超音速飛彈的領域。