中美俄高超声速武器大比武（下）

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远望智库高级研究员 黄志澄

四、助推滑翔的情况

美国在继续追求吸气式高超声速飞行器之外，同时加大了对助推滑翔飞行器的关注。

NexGen 航天咨询公司总裁查尔斯·米勒，一位前美国宇航局商业航天高级顾问表示，美国政府应该将在火箭推进方面投入巨资的领先的私人航天产业的经验，引入到吸气式高超声速概念中来。

米勒说：“自由市场正在表明, 火箭是这样做的，超燃冲压发动机却不是。”Scramjets是超声速燃烧冲压发动机的缩写词，它是吸气式的概念。说到吸气式高超声速，米勒说：“其中一种拥有庞大的商业市场，将推动私人投资，使之可持续发展；其他则不然。”“公司不会将私人钱财放在赌博之中。他们认为在这方面没有长期的商业市场机会。这意味着，这一切都将是政府必须支付的成本加上利润的合同。”

DARPA高超声速 XS-1前项目经理杰西·斯庞埃勃尔说：美国应该看看私人航天发射公司的技术进步及其潜在的军事能力。火箭动力的 XS-1 实验航天飞机将起飞，并在火箭动力下加速到接近轨道高度以发射卫星， 然后滑翔回地球。计划在2020年之前进行飞行试验。

 “我认为, 我们应该充分利用亿万富翁企业家投资于以火箭为动力的可重复使用高超声速发射系统的公司，我们应该找出如何利用人们名义上花费了亿万美元而获得的这种能力的好处。”他并告诫说，这并不意味着要放弃吸气式。

图5  2013年从美国空军 B-52H 发射后达到马赫5.1的X-51A 乘波体

国防分析研究所的刘易斯说：助推滑翔的好处是使用火箭发动机技术，如何建造它们以及它们的性能是众所周知的。助推滑翔的关键设计极限不是推进，面是空气动力学和机动能力。

斯庞埃勃尔说：助推滑翔的另一个好处是，它通常是穿过它在加速阶段的空间飞行，因而在这一阶段可以避免由于穿过大气层内造成的极端热环境和激波。

五、吸气式的吸引力

虽然两种飞行模式都面临着严重的工程挑战，但吸气式高超声速飞行是最难和发展最少的选择。一种吸气式高超声速发动机，即超燃冲压发动机，它没有移动部件。进气口压缩超音速气流，并将氧气与燃料混合在一起燃烧, 发动机后端的喷管会加速燃烧室内的高温空气而产生推力。

当空气在发动机中以每秒1.6 公里的速度流动时，其点火和维持燃烧是很有挑战性的。前XS-1 项目经理斯庞埃勃尔表示：“这就像在飓风中点燃火柴, 维持燃烧室稳定燃烧。高超声速气流使得飞行器的一部分达到极高的温度，超过1500摄氏度 (2732 华氏度)；同时激波位置的变化，使得飞行器产生颤振，进一步增加挑战。到目前为止, 最长的吸气式高超声速飞行记录是X-51 乘波体飞行的210秒。

吸气式发动机的潜在优势将是，在高超声速时, 他们的比冲将是推动助推滑翔飞行器的火箭发动机的三倍。这将对提高武器射程很有好处。

六、研究团队

在美国，最基础的高超声速研究由大学负责，而应用研究主要是通过 DARPA，部分通过空军研究实验室（AFRL）和 NASA。虽然空军、海军和陆军都为DARPA的高超声速研究提供资金，但它们没有自己的实验室，只能将研究活动外包给私营工业承包商。博伊德说：在大学方面大约有300名教员、研究生和博士后研究人员，投身于高超声速研究，每年的研究经费约2000万美元。他说：从公开的研究报告看，从事高超声速研究人员的总数，大约是中国的一半。

博伊德说：中国似乎在致力于采用更加集成的研究，将更多的大学研究人员集中在一个地方工作。博伊德说：在美国, 大学中最大的高超声速项目的研究团队可能只有25人，通常单独工作或分成两个小组，从而难于协调。可以发现，中国在高超声速方面，投资了许多新的研究设备，而美国却相反，虽有“许多伟大的设备”，但许多都在老旧的建筑之中而“吱吱作响”。

七、基础研究的重要性

为了赶上中国，美国将不得不做更多的事，首先要从增加其基础研究的投入开始。博伊德说：“必须有更多的投资, 因为当前，中国正在比我们投入更多的人和新的设备。我们没有任何真正的秘密，我不认为，在很大范围内，不增加我们在这方面的努力，就能允许我们赶上”。

博伊德说：如果美国决定将高超声速成为其国家安全战略的一个重要组成部分, 那么不得不将它发展为一个重点领域。提高基础研究支出将有助于实现这一点: 在一个具有挑战性的领域中，教育和培训工程师，以及培育下一代新的技术想法，显得十分重要。

博伊德说：在美国的大学，60%到70%高超声速研究集中在空气动力学和气动热力学：观察高超声速飞行器周围的气体如何流动。在中国，在期刊文章中所描述的研究表明，他们在空气动力学、推进、材料和控制方面的努力显得更加平衡。由于高超声速飞行器的每一个方面都会影响到其他方面，美国需要采取一种更平衡、多学科的方法来进行高超声速研究。

博伊德说： 美国还需要更好的协调， 通过卓越的中心或类似的集中式方法，促进学科间的交融。在应用研究方面，美国关键的改变是需要增加试飞的次数。博伊德说：为了研发可运行的系统，仅试飞一次到四次的演示飞行计划，显然是不够的，尤其与美国其他导弹项目相比。

他说：“这很贵，而且很困难, 但它就像做任何东西一样，你必须去试。”“这就像是自己驾驶汽车，你必须把它们放在实际的环境中，并学习一些艰难的课程， 也许，你就可以到达想去的地方。”斯庞埃勃尔说：由于火箭技术相对于超燃冲压发动机的发展来说要更快些，因此，高超声速的最容易的收获可能最初来自助推滑翔的概念。从长远来看，最好的高超声速推进模式，将是以最低的重复运行成本和可接受的环境影响来进行高速飞行。

他说：“如果你能使这些装置工作起来，你将获得回报。如果你做不到，那只是一种无休止的模型商店。”“我们必须弄明白那些用最少的精力就能轻易实现的目标，追求那些我们可以做的高超声速系统。这些领域的成功将证明那些在高超声速更困难的领域长期投资是正确的。”

博伊德说：根据高超声速研究的现状，美国是否应该同时追求助推滑翔和吸气式两种概念，仍是一个公开的问题。“继续研究两者的动机是，他们最终可能提供不同的、独特和重要的能力。在某种程度上，如果确定一个系统不能比另一系统提供足够的增值, 那么它可能就会被放弃。”