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标  题: 人类再次挑战飞行极速 高超声速技术任重道远
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年04月08日13:26:30 星期四), 站内信件

http://www.china-spacenews.com 航天科技  2004年4月7日
 
　　飞得更快、更高、更远，是人类不懈的追求。很久以来，为了实现首次有动力持续可
操纵飞行，人类做出了艰苦卓绝的努力。终于，美国莱特兄弟在1903年12月17日，实现了
这个追求。 至今，协和号旅客机的最大飞行马赫数是2，美国的高空侦察机SR－71的最大
飞行马赫数是3.2。上世纪60年代初，美国X－15验证机用火箭发动机实现了首次高超声速
飞行(飞行马赫数大于5.3)。今年3月27日，在加州爱德华兹空军基地进行的X－43A的试飞
，X－43A的最高飞行时速达到了8000千米(约7倍声速)，从而，为人类实现高超声飞行，跨
出了艰难的第一步。

　　上世纪60年代，国际上广泛开展了燃烧室内气流超过声速的超声速燃烧冲压发动机等
一批关键技术的研究，但由于技术还不成熟，在美国航天飞机设计时，不得不仍然使用风
险小得多的火箭发动机。1986年美国的空天飞机计划上马，被人们称之谓“高超声速技术
的复苏”。1995年这个耗资超过30亿美元的计划，因种种原因而下马。在这之后，美国宇
航局继续执行了一项规模较小的高超声速X 计划，其目的是扩展将来可以军民两用的高超
声速飞行的技术基础。它的第一个无人高超声速验证机就是X－43A。美国宇航局早在2001
年6月2日就进行过X－ 43A的首次试飞，但是由于助推X－43A的火箭偏航自爆，那次试验宣
告失败。
　　
引领航天运载器的革命

　　众所周知，不论是有效地利用卫星和空间站开发近地轨道的太空资源，还是探索和开
发月球与火星，都要以大规模降低航天运输费用为前提。目前的航天运载器，明显存在下
列不足：

　　其一，高额的运输费用。目前的一次性运载火箭运送1千克有效载荷到低地球轨道的费
用高达3500美元～13300美元，美国航天飞机费用也高达1万美元以上。这么高的运输费用
已经成为人类进一步开发太空资源的瓶颈。如在卫星通信领域，著名的全球个人通信系统
“铱”星系统，在开始运营后惨遭失败，发射费用太高，也是一个重要原因。

　　其二，低的安全性和可靠性。一次性使用的火箭，每次使用都是新的产品。在使用前
无法考验，在使用后也无法完全了解可能发生的故障实情，从而难于大幅度提高可靠性。
重复使用的飞机经过千万次飞行的考验，其可靠性可高达0.999999。重复使用能降低成本
的原因是每次飞行分担了贵重材料和设备的成本，每次飞行主要消耗的是便宜得多的燃料
，从而大大降低了运输成本，提高了可靠性实际上也降低了成本。

　　其三，差的使用性能。包括对任务的适应性差，维护性能不好，地面准备时间和周转
时间太长，发射和回收时需要的大量辅助设备等。从长远来看，必须进一步发展水平起降
使用吸气式组合发动机的航天运载器，才能满足未来按需发射的要求。

　　使用吸气式组合发动机的航天运载器，也叫做空天飞机，其优点是可从大气中获得氧
气，不需要像火箭发动机那样必须带有沉重的氧气贮箱，从而降低了航天运输的成本；由
于水平起飞和利用升力，允许在每个任务阶段都可以安全救生，所以增加了安全性；由于
简单的地面操作和具有巡航能力，增加了运行的适应性。特别是它可以快速发射，具有重
要的军事价值。

　　空天飞机的发展也将推动其他高超声速飞行器的发展。这些高超声速飞行器包括高超
声速军用飞机和高超声速导弹、民用的高超声速客机等。民用的高超声速客机在21世纪也
有广阔的前景。21世纪跨太平洋的客运会大幅度增加，由于高超声速客机飞行时间短，对
于这样远距离的运行就很有吸引力。

助推大国的军事转型

　　世界军事强国都在积极推进军事转型，力图将工业时代的军队转型为信息时代的军队
，从冷战前的军队转型为冷战后的军队。高超声速技术的军事用途十分明显。在这些大国
的军事转型计划中，都将高超声速技术列在重要地位。高超声速飞行器在军事上有以下几
个特点：

　　一是它有很高的速度，从而具有很大的动能，使其效能倍增，可以采用很小的弹药，
并能同时打击多个目标。同时，也由于它有很高的速度，可以在很短时间内，攻击世界上
任何地方的目标。高超声速飞行器可以入轨，也可以在大气层内飞行。若采用亚轨道飞行
或在大气层内飞行，可以在政治上躲开太空军事化的敏感问题。

　　二是它具有出其不意的优点。在战略上，可以出其不意地打击敌人几乎没有防备的纵
深目标；在战役上，可以出其不意地选择最佳的攻击时间；在战术上，可以出其不意地使
用多种飞行路线，攻击敌方防空的薄弱环节。

　　三是它可以在执行完任务后，快速回收、快速装备、重新起飞。它与远程弹道式导弹
相比，可以在威慑对方后回收，避免了立即引发战争的危险。

　　四是它除了担负攻击任务外，还可用于侦察。它既可作为发射卫星与回收、维修卫星
的平台，又可作为发射反卫星武器的平台。

　　航天运载器代表了进入太空的能力，它不仅是开发太空资源的基础，而且是军队战斗
力的一个重要组成部分。

　　美军设想的太空作战飞行器就是一种快速发射的航天运载器，首选方案就是空天飞机
。它可以运载太空机动飞行器、通用航空飞行器和将有效载荷助推到高轨道的上面级，实
现对地攻击。

　　2003年6月17日，美国空军和国防部高级研究计划局联合对"猎鹰 "（从美国本土发射
和力量应用）计划招标。其远期目标是在2025年研制成功高超声速巡航飞行器，能在2小时
内打击16700千米外的目标。

　　美国空军还有一个高超声速技术计划。它以可攻击运动目标的机载远程高超声速导弹
为任务目标，巡航马赫数为7～8，射程为1400千米。

　　美国国防部和宇航局为了加速高超声速技术的发展，提出了一个国家“航空航天倡议
”，目的是发展廉价的远程高超声速战术导弹，可在飞机、舰艇和潜艇上发射以攻击地面
目标。其中将进行一项为期4年的高超声速飞行验证科学技术计划，验证的目标是：巡航高
度为27400米，到达最大航程的时间小于10分钟。在航程为1100千米时保持马赫数6.5巡航
，或在航程为1480千米时，保持马赫数4巡航。前弹体采用全尺寸铸造钛结构，推进系统采
用双燃烧室超声速燃烧冲压发动机。 

高超声速技术任重道远

　　无疑，X－43A的成功试飞，大大鼓舞了人类实现高超声速飞行的信心，不过这仅仅是
以此起步。从试验飞行器到实用的飞行器，还要有相当长的一个发展过程。高超声速技术
的发展，任重道远。

　　为了能研制成功高超声速飞行器，需要攻克许多关键技术。主要的关键技术有推进技
术、材料与结构、空气动力学和控制等。马赫数在0～6之间推进系统的比冲要提高一个量
级，只有采用先进的吸气式组合发动机。在这方面，各国正在从过去进行冲压发动机和涡
轮发动机的组合研究，扩展到冲压发动机和火箭发动机的组合研究。为了使发动机的推力
足以克服阻力、并减轻飞行器的质量和节省燃料，必须从“一体化”的要求来设计高超声
速吸气式组合发动机的每个部件如进气道、燃烧室和尾喷管等。这时从单个部件性能出发
的优化措施，往往与从飞行器总体性能出发的优化措施相互矛盾。此时，部件优化必须服
从总体优化。当然，为了研制军用的高超声速飞行器，既要进行深入的任务分析，还要解
决一系列制导、隐身和有效载荷等技术问题。

　　高超声速技术的应用目标是实现低成本进入太空、研制成功适应未来高技术战争的高
超声速武器。由于高超声速技术广泛的应用价值，已引起世界各大国的重视。除美国外，
俄、法、德、日、印度和澳大利亚等国，都有相应的发展计划。

　　我国为了在高超声速技术领域能有所突破，应该集中各方面的力量，在认真总结国外
经验教训的基础上，大力创新，研究和提出结合国情的发展战略和具有中国特色的高超声
速飞行器和其发动机的概念，并根据我国的条件，充分利用模拟和仿真、地面试验和飞行
试验等三种手段，尽可能开展各种先期的演示验证，为人类在本世纪实现高超声飞行的不
懈追求，做出自己的贡献。 
（黄志澄）


相关链接

高超声速一词来自钱学森

　　我国著名科学家钱学森先生是高超声速技术的最早倡导者之一。他在1945年发表的一
篇论文“论高超声速相似律”中，首先采用“Hypersonic”这个词，来表示高超声速，即
飞行马赫数大于5的飞行，后来这个词就在全世界流行开来。

　　钱学森在1962年出版的《星际航行概论》一书中，还提出了用一架装有喷气发动机的
大飞机,作为第一级运载工具，用一架装有火箭发动机的飞机,作为第二级运载工具的航天
运载器概念。而关于喷气发动机他提出要“以涡轮喷气发动机起飞，当高度超过10千米及
飞行速度达到两倍声速以上时再把冲压发动机开动，继续爬高和加速，直到极限，然后第
二级火箭脱离第一级起飞。”

为何要空中发射？

　　X－43A采用氢燃料的超声速燃烧冲压式发动机。该发动机的助燃剂为空气中的氧，在
地面静止状态下它无法获得足够的氧，因此X－43A飞机不能像战斗机或民航客机那样靠自
身的动力自行从地面起飞，只能借助B－52型轰炸机和飞马座助推火箭从空中发射。 
 

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