重磅！國產乘波飛行器實現世界第一飛行速度：領先就領先美國

近日，由我國航天科技集團公司空氣動力技術研究院（又稱航天11院）研製的高超音速飛行器系統星空-2火箭，在西北某靶場成功發射，在經過近10分鐘飛行試驗，火箭完成主動段程序轉彎、拋整流罩、級間分離、釋放高超試飛器自主飛行、飛行器彈道大機動轉彎等試驗程序，最終按預定彈道進入落區。該文稱，航天科工四院某款火箭作為高超音速飛行器的助推系統，將其投送到預定高度，高超音速飛行器成功實現與火箭的分離後，在高度為30公里，馬赫數為5.5至6倍音速的飛行窗口自主飛行400秒以上，完成了氣動力/熱、分離干擾、自然轉捩/人工轉捩等8項科學問題數據測量。據介紹，星空-2飛行試驗項目創新性強，技術難度大，挑戰了多項國際前沿創新技術難題。本文根據國內外公開資料，對其採用的前沿創新技術做一背景解讀。

據新聞披露，「星空-2」火箭搭載的是國內首款乘波體氣動布局的高超聲速試驗飛行器。當飛行器速度超過音速的時候，在飛行器的周圍會產生一個很薄的激波層，激波層內的空氣密度，速度，溫度等性質都會發生劇烈的變化，例如飛行速度2倍音速的的時候，激波層內的空氣靜壓上升為1.7倍，溫度上升為1.17倍，密度變為1.46倍。科研人員在試驗中發現，採用普通氣動外形的飛行器在高超音速飛行時遇到了困難，最大升阻比從亞音速和低超音速區的典型值12至15下降到高超音速的5至6，飛行距離大大縮短，油耗和所需發動機推力大大增加。為了解決這一難題，以前一般採用簡單的旋成組合體（大家常見的火箭外形），飛出大氣層避開大氣阻力，然後彈道式再入。

這種外形的缺點是大氣層外飛行段或再入段機動能力有限，容易被對方導彈攔截。後來科學家又提出了能否利用激波里的壓縮空氣提高飛行器升力，即所謂乘波體構型，將飛行器設計成只有下表面會產生貼在表面的激波，下表面的氣體的壓強會急劇上升，從而提高升力，就好像飛行器把產生的空氣激波騎乘在自身下面。乘波體的優勢是依靠激波產生的高升力可長時間在大氣層內做高超音速機動，一般的防空導彈很難攔截。國外最著名的乘波體飛行器是美方的X-51A 飛行器，其機身是由美波音公司製造,採用截斷型乘波體，其超燃衝壓發動機由美普惠公司製造，其助推火箭由洛馬公司的戰術導彈改進而成。

X-51A從2010.5.26到2013.5.1總共進行了 4 次飛行試驗，其中前三次試驗均告失敗，直到2013年5月才終於成功，有效飛行時間為240 秒，最大飛行速度達到馬赫數 5.1，最大飛行高度22公里。美各界新聞媒體進行了大量報道，對其試驗評價很高，認為這次試驗展現出的超燃衝壓發動機的技術上的飛躍，相當於第二次世界大戰後期從活塞式發動機向噴氣式發動機的重大進步。從「星空-2」高超音速飛行器公布的數據和新聞分析，我國的這次乘波體飛行器試驗獲得了完全成功（「星空」1號試驗沒有公開），由於其飛行高度為30公里，還處於大氣層內，因此也和X-51A一樣，為吸氣式高超聲速飛行器。從公布的數據看，飛行馬赫數為5.5至6，自主飛行400秒以上，可換算出飛行距離達780至800公里以上，不僅飛行速度比美X-51A實際飛行速度要高得多，並且飛行時間還大大超過。

「星空-2」是目前公布的吸氣式高超聲速飛行器最長的飛行時間（目前我國和俄羅斯的其他吸氣式高超音速飛行器並沒有公布具體飛行時間）。「星空-2」高超音速飛行器的成功，為我國以後發展到尺寸較大的高超聲速導彈、高超聲速飛機或可重複使用的航天運載器，甚至最終發展成為空天飛機，滿足我國對全球快速響應及鄰近空間進入的要求，提供了堅強的技術儲備。另外值得一提的是，「星空-2」高超音速飛行器還在世界上首次成功應用了疏導式熱防護技術。該技術通俗的講，就是類似CPU散熱的熱管技術。 熱管被譽為「熱的超導體」，是最高效的傳熱技術之一。其可以將大量熱量通過很小的截面，遠距離地傳輸出去，而無需任何輔助動力。

據公開資料披露，航天十一院已在國內首次完成了1100℃以上高溫熱管的設計定型及工藝製備，可將1200℃以上的飛行器氣動加熱部位溫度降低到200℃以下，並能維持此溫度15分鐘以上，這也意味著星空2號乘波體飛行器飛行時間還有很大提升的空間,初步滿足了吸氣式巡航高超聲速飛行器在臨近空間內長時間高速飛行熱防護和減重的需要。目前美方的X-51A熱防護主要還是防熱陶瓷瓦，耐高溫重金屬，二氧化硅類燒蝕性防熱材料，還沒有疏導式熱防護技術已實際應用於高超音速飛行器的公開報道。

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