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美国高超顶级专家马克·刘易斯出任国防研究与工程现代化局局长，或提振美国吸气式高超声速技术发展
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来源：海鹰资讯
作者：胡冬冬 叶蕾 林旭斌
据美国防部发言人证实，2019年11月4日，前空军首席科学家马克·刘易斯（Mark Lewis）已正式履职，成为国防部国防研究与工程（现代化）局（DDRE（M））的负责人。作为一名高超声速技术领域的顶级专家，刘易斯的任职将对美国未来一段时期高超声速技术的发展方向产生重要影响。
▲ 马克·刘易斯（Mark Lewis）
2019年新成立的国防研究与工程现代化局（DDRE（M）），是2018年国防部新独立出来的研究与工程副部长办公室（OUSD R&E）的下属部门之一，与DARPA、MDA等机构平级，直接归属国防部。
▲ 美国国防部研究与工程副部长办公室（OUSD R&E）下的三个实体部门
目前，美国国防部研究与工程副部长办公室（OUSD R&E）负责全军科研管理，由三个实体部门组成，分别为国防部研究与工程（现代化）局（DDRE（M））、国防部研究与工程（研究与技术）局（DDRE（R&T））、国防部研究与工程（先期能力）局（DDRE（AC））。其中，DDRE（M）负责统筹推进国防部的投资和能力建设，使之保持与美国2018年新版《国防战略》中指出的现代化优先技术领域一致，确保国防部相关的基础设施建设、预先研究、样机开发以及型号研制等活动协调一致，通过目标聚焦的努力确保获得战略竞争优势。三个部门都直接向负责统管全军科研的国防部副部长迈克·格里芬汇报。
国防研究与工程现代化局（DDRE（M））目前设定了11个顶级优先技术领域，包括高超声速、人工智能/机器学习（AI/ML）、太空、5G、生物技术、自主技术、网络技术、定向能技术、网络化指挥控制通信技术、微电子技术和量子技术。每个优先技术领域都由一名助理主任牵头负责。作为国防研究与工程现代化局（DDRE（M））的局长，刘易斯将对上述11个优先技术领域的助理主任进行管理，对每个领域的发展路线图制订提供指导，同时负责综合战略的制订，为国防部顶层战略技术方向把舵。
马克·刘易斯生于1962年，于1984年在麻省理工学院获得了航空航天和地球与行星科学两个理学学士学位，1985年获得航空航天学硕士，1988年获得航空航天学博士学位，并于同年8月加入马里兰大学航空航天工程系。在2004—2008年期间，刘易斯担任美国空军首席科学家，是空军历史上任职时间最长的首席科学家。2009年到2019年11月，刘易斯一直担任美国国防分析学会（IDA）科技政策研究所所长。另外，2010-2011年曾担任美国航空航天学会（AIAA）主席，2010-2012年曾担任NASA顾问委员会副主席（航空领域），并且长期是空军科学顾问委员会（AFSAB）的成员。
表1. 马克·刘易斯（Mark Lewis）个人经历
通过梳理统计马克·刘易斯发表的关于高超声速领域的学术论文，可以判断，刘易斯从1985年以来一直从事吸气式高超声速技术领域的科研，有20多年的一线科研经历（主要学术论文发表于1987-2007年期间），研究领域涉及高超声速技术领域的基础科学、关键技术、飞行器设计（发动机-机身一体化）、试验技术等各个方面。2004年被任命为空军首席科学家后，涉足面扩展到战略政策、路线图论证等层面。
从1988年毕业进入马里兰大学任教开始，刘易斯就牵头该校高超声速领域的研究，早期的研究重点聚焦于乘波体构型高超声速飞行器的各种基础科学问题研究。从1993年开始，刘易斯带领的马里兰大学高超科研团队成为NASA资助的三大高超声速教育与研究中心之一，刘易斯任该中心主任。此后，刘易斯科研团队的研究范畴进一步扩展，从基础研究扩展到应用研究以及先期技术开发，这些应用研究主要贴合NASA、国防部的背景需求，涵盖吸气式高超声速导弹、高超声速飞机和单级入轨/双级入轨（SSTO/TSTO）飞行器等各类应用方向。基于前期在乘波体方面的科研积累，刘易斯参与了NASA的X-43A项目，并以空军首席科学家的身份深度参与了X-51A项目。
2008年8月，刘易斯从美空军首席科学家的位置卸任后，在高超声速领域仍然非常活跃，作为顶级专家和战略顾问，不仅积极参与国防部及NASA的战略规划论证，并在多种公开场合积极发表关于高超声速技术发展的观点。
近10年来，刘易斯在各种场合反复强调吸气式高超飞行器X-43A、X-51A取得的成就，并且始终看好吸气式高超声速导弹和可重复使用高超声速飞行器的应用前景。刘易斯在2013年接受采访时重点阐述了高超声速巡航导弹的军事作用，将其视为21世纪的远程打击技术，认为高超巡航导弹将大幅压缩战场空间，以速度取代隐身形成高突防能力；虽然成本会比超声速巡航导弹昂贵，但1枚高超声速巡航导弹可完成10~20枚低速导弹才能完成的任务（a high-speed system can do the job of ten or 20 low-speed systems）；并且认为，高超声速飞行器虽界定在Ma5以上，但现实中如果拥有一种速度稍低（如Ma4.5）的高速巡航导弹仍然非常好，因为更重要的是要实现的作战效果（The reality is if we had a cruise missile that “only” went mach 4.5, that would still be pretty darn good. More importantly, what I’m interested in is the effect that I want to enable……）——即能够快速介入、突破敌防空系统实现手术式精确打击。
2019年7月30日，马克•刘易斯发表了《高超声速飞行的发展态势报告》。这一报告代表了即将上位的刘易斯对美国高超声速技术过去、现在和未来的全面思考和最新主张。这些主张与其近10年来发表的观点保持一致。总结如下：
刘易斯肯定了过去30年美国高超声速技术取得的进展，但也指出目前美国吸气式高超声速路线已走偏
刘易斯回顾了从国家空天飞机（NASP）计划实施的高峰时期（1989年）到现在，美国在吸气式高超声速技术领域的进展。他指出，2019年和1989年相比，确认了超燃冲压发动机可以工作到马赫数10，解决了超燃冲压发动机的不启动问题，解决了燃料的注入和混合问题；解决了一体化推进的可控性问题；三维进气道的设计和前缘的防热问题。另外，在边界层转捩、高升阻比外形一体化设计和气动弹性等方面也取得了一定的进展，但尚待进一步深入研究。
▲ 2019年和1989年相比，美国在高超领域取得的进展
与此同时，刘易斯指出，与十年前相比，美国当前在基于超燃冲压发动机的高超声速发展路线上已越走越偏，而且偏离了实用化的路径（Today we are further away from scramjet flight than we were 10 years ago, and not on a path to operational use.）。刘易斯2018年9月在NASA兰利研究中心召开的座谈会上也曾指出，在X-51A项目之后，美国再未开展重要的高超飞行试验，试验成果和取得的数据一直在下滑；并认为近期取得进步的高超声速技术（即助推滑翔技术）并非新技术，而是已有70年历史技术（即弹道导弹技术）的延续（Despite the recent advancements in hypersonic flight, the technology is not new, as vehicles have been flying at hypersonic speeds – in excess of Mach 5 –for almost 70 years.）。
刘易斯针对美国高超声速技术发展曾经世界领先、但当前却落后于中俄这一现状进行了全面反思
刘易斯指出，21世纪的头10年，美国曾经在吸气式高超声速技术领域居于世界领先水平。2004年，NASA成功试飞了首个产生正推力（T>D）的超燃冲压发动机；2010年，美国空军试飞了首个碳氢燃料的超燃冲压发动机。然而，目前的现状与10年前相比，由于中国和俄罗斯在高超领域大力投入并取得快速进展，美国在高超这一航空航天技术制高点面临被超越的重大挑战。
那么，美国做错了什么？刘易斯总结了以下几方面原因。
1）过去几十年来美国在高超声速领域的努力断断续续，并未持之以恒
21世纪以来，美国启动了数量众多的高超声速预研项目，但努力是断断续续的，缺乏持之以恒的目标牵引——海军的Hyfly试飞三次失败后取消；HTV-2试飞两次失败后研究中断；NASA的Hybolt项目失败后被取消；X-43项目，两次成功试飞后因NASA战略转型而导致研究中断；X-51项目，4次试飞后研究中断；美澳合作的Hifire计划，总体上成功，但近年来放慢了进度。
刘易斯2018年9月在NASA兰利研究中心召开的座谈会上曾直白地指出，美国前期犯了“炒作”高超声速概念的错误（we tend to hype hypersonics）。由于缺乏目标聚焦且持之以恒的努力，导致美国在高超领域被竞争对手赶超。
2）近年来启动了数量众多的高超声速项目，但有“竖烟囱”之嫌
近两三年来，在中俄的刺激下，美国启动了数量众多的高超声速项目，包括海军和陆军的常规快速打击武器（CPS）、空军的空射快速响应武器（ARRW）和高超声速常规打击武器（HCSW）、DARPA主导的“作战火力”（OpFires）项目；同时空军和DARPA持续联合推进“高超声速吸气式武器方案”（HAWC）和“战术助推滑翔”（TBG）两个演示验证项目……此外，空军科学研究办公室（AFOSR）、海军研究局（ONR）等部门还在开展相关基础研究。但整体来看，各军兵种、以及国防部实验室和DARPA等机构在高超领域的努力并未协调一致，部分项目存在重复建设、“竖烟囱”的问题。
3）地面试验设施能力不足
高超声速技术的发展取决于地面试验、计算和飞行试验。NSAP计划开展时期，有人声称计算机仿真可以取代风洞试验，但现实答案是“NO”！地面试验设施是发展高超声速技术不可或缺的一部分，之前X-43、X-51之所以取得成功，部分也要归功于开展了充分的地面试验。
目前美国在吸气式高超声速飞行器试验条件建设上，少有新的投资。现有试验设施普遍老化，仅有2个吸气式发动机试验设施可用，且高超声速静音风洞仅在大学（普渡大学）才有。
4）飞行试验次数远远不够
上世纪60年代，美国曾采用3架X-15进行了高达199次的飞行试验，并实现了当时最高飞行速度纪录马赫数6.7。但是此后，高超声速领域的飞行试验变得稀疏。回顾美国进入21世纪以来开展的重要高超声速演示验证项目，DARPA 的HTV-2项目开展了两次试飞，尽管达到了高超声速但飞行器失控并最终失联；海军的Hyfly项目开展了3次试飞，均未达到高超声速飞行速度；空军的X-51开展了4次试飞，两次成功；AHW仅开展了两次试飞，1次成功。总体而言，近几十年来美国在高超领域开展的飞行试验次数太少，因此无法实现技术的快速进展。
刘易斯一直强调飞行试验对发展高超声速技术的重要性，认为地面试验与仿真尚无法代替飞行试验，飞行试验的缺乏已经影响了美国对高超领域的认识、使美国未能与其他国家的高超发展保持同步，进而损害了美国高超技术的发展水平。
刘易斯关于推动美国未来高超声速技术发展的主张
关于美国高超声速技术的发展，未来向何处去？刘易斯提出了如下建议：
1）美国要在国家层面就高超声速技术的发展达成共识，加强美国国防部和航空航天局（NASA）之间的协调。要平衡好近期和中长期的资源投入，而不仅仅是针对中俄的被动反应；同时充分利用好国际伙伴关系(特别是澳大利亚)。
2）维持地面试验设施和飞行试验能力，将其视为国家资产；
3）根据兵棋推演结果，在当前的高超声速打击武器方案中，吸气式方案必须是一种选择；
4）要想使高超声速飞行器飞得更快更高，要加强对科研力量的投资（包括大学在内）；
5）通过发展可回收或可重复使用的X系列飞行试验台，逐渐提升飞行马赫数，扩大发动机的质量流量(就是更大尺寸的超燃冲压发动机)，最终实现组合循环动力系统。
6）对远期目标方案开展论证，包括无人/有人高超声速飞机以及空天飞行器。
当前，美国国防部层面对高超的关注度几近白热化。马克•刘易斯在一次研讨会上表示，“当前，在国防部五角大楼，几乎每隔10米就能听到关于高超声速的谈话。”
根据职级关系，马克•刘易斯直接向负责统管全军科研的国防部副部长迈克·格里芬汇报。格里芬作为刘易斯的直接上司，一直高度重视高超声速技术的发展（曾经参与过上世纪NASP计划），并在2018年3月的一次研讨会上声称，“如果要（在优先事项中）选出个第一，我的最高优先级就是高超！”。高层决策者的战略能否得到很好地落实，很大程度上取决于与其搭配的班子是否具有统一的思想和认识。作为一名在高超领域具有30多年丰富科研经历、并且长期以来对高超声速技术发展保持一以贯之坚定信念的顶级科学家，刘易斯被任命为国防研究与工程现代化局（DDRE（M））的负责人，彰显了美国国防部从人事层面大力推动高超声速技术发展的决心。
从刘易斯的基本观点来看，他始终看好吸气式高超声速导弹和可重复使用高超声速飞行器的应用前景，并且一直坚定地支持吸气式高超声速技术的发展。近年来，美国因与中俄竞争，以“先解决有无”为目标导向，资源投入重心偏向于基于弹道导弹技术的助推滑翔高超声速武器，在吸气式高超声速技术方面的预研投入偏少。刘易斯上任后，极有可能会改变这一现状。
从整体上看，刘易斯针对未来美国高超声速技术发展方向的主张仍然遵循着2001年国家航空航天倡议（NAI）的总体框架——即先发展吸气式高超声速导弹技术并实现武器化；在此基础上，循序渐进地发展高超声速飞机以及空天飞行器。考虑到多方力量的复杂博弈，刘易斯的上任并不致于会颠覆目前美国高超声速技术的发展路线，但很大概率上，刘易斯或将逐渐对美国当前高超声速技术的发展路线进行纠偏，并提振美国吸气式高超声速技术的发展。未来美国高超声速技术的整体走向如何，值得我们拭目以待。
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