國外高超聲速飛行器發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

國外高超聲速飛行器發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

高超聲速航天器的發(fā)展歷程自21世紀(jì)以來，一些國家進(jìn)入了先進(jìn)的高超聲速武器和空天武器研究階段，并在hyper-x、hy羽毛、hifire、hy-v、布拉莫斯-2、lea、skyla等項(xiàng)目和計(jì)劃的實(shí)施方面取得了進(jìn)展。近年來,美國在前期研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量高超聲速飛行器試飛,對研究成果進(jìn)行了大量驗(yàn)證,收獲頗豐。俄羅斯在20世紀(jì)90年代前后進(jìn)行了一系列試飛后,隨著國力的衰退而罕有進(jìn)展。直至近年來國力復(fù)蘇,開始與印度合作進(jìn)行高超聲速武器的研發(fā)。德國、澳大利亞、英國等國家也相繼完成了飛行與地面試驗(yàn)。此外,巴西、印度等國也紛紛提出了高超聲速飛行器方案。2013年是世界高超聲速較為特殊的一年,以美國X-51A高超聲速飛行器第1次試飛為起點(diǎn),2010—2013年是世界各國高超聲速飛行器發(fā)展的一個(gè)小高潮。發(fā)展至2013年,很多項(xiàng)目按照規(guī)劃而終止,同時(shí)又誕生了很多新的項(xiàng)目,因此,2013年成為了高超聲速飛行器發(fā)展“承上啟下”的一年,顯得更為特殊、重要。1其他國家技術(shù)研究和攻關(guān)目前,美國對高超聲速飛行器的研究和試驗(yàn)進(jìn)度已經(jīng)顯著領(lǐng)先于其它國家。這一點(diǎn)可以從美國近年來連續(xù)進(jìn)行高超聲速飛行器試飛上體現(xiàn)出來。相比之下,其它國家目前將更多的精力放在基礎(chǔ)技術(shù)研究和攻關(guān)上。2010—2013年世界高超聲速飛行器試飛情況統(tǒng)計(jì)如圖1所示(圖中俄羅斯高超聲速飛行器為20世紀(jì)90年代的GELA,僅起代表作用)。1.1澳合作的多元項(xiàng)目由圖1可見,美國4年共完成X-51A、HTV-2和AHW共計(jì)3個(gè)項(xiàng)目7次試飛,若將美澳合作的HIFiRE項(xiàng)目計(jì)入其中,這一數(shù)字可增加至12次,加上美國此前曾開展的X-43A項(xiàng)目和HyFly項(xiàng)目,遙遙領(lǐng)先世界其它國家。這些試飛是美國政府、軍隊(duì)、科研和工程單位合力的集中體現(xiàn),不論試驗(yàn)成功與否,均對美國技術(shù)的進(jìn)步和高超聲速飛行器向著實(shí)用化的發(fā)展起到了積極的推動作用。1.1.1試驗(yàn)4:進(jìn)氣道不啟動問題X-51A于2010年5月26日、2011年6月13日和2012年8月14日進(jìn)行了前三次試飛。其中第1次試飛不完全成功,飛行器首先在發(fā)動機(jī)切換到純JP-7燃料工作140s后遭遇了進(jìn)氣道不啟動問題的困擾,隨后位于飛行器超燃沖壓發(fā)動機(jī)和機(jī)體噴管之間的熱密封發(fā)生泄漏,致使飛行器最大馬赫數(shù)僅達(dá)到4.87。雖然試驗(yàn)結(jié)果并未達(dá)到預(yù)期,但整個(gè)試驗(yàn)還算“完整”。2011年和2012年的兩次試飛并沒有在首飛的基礎(chǔ)上有所突破。首飛暴露的進(jìn)氣道不啟動問題反而在第2次試飛中徹底爆發(fā),試驗(yàn)提前告終。2012年8月14日的第3次試飛由于右上控制尾翼的意外解鎖而失敗。連續(xù)的失敗并沒有使整個(gè)項(xiàng)目走向終結(jié),在多方支持下,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)重整旗鼓并終于在2013年的第四次試飛中大獲成功。1.1.2ht-2試驗(yàn)方案HTV-2項(xiàng)目是美國國防高級研究計(jì)劃局(DAR-PA)FALCON項(xiàng)目的一部分。2010年4月22日和2011年8月11日,HTV-2分別進(jìn)行了兩次試飛,兩次試飛均采用牛頭怪IVLite火箭發(fā)射,但均以失敗告終。但兩次失敗的飛行并非一無所獲,首先,研究人員成功確定了兩次失敗的原因。其次,HTV-2在有限的飛行時(shí)間內(nèi)成功驗(yàn)證了氣動可控的高超聲速飛行、高速飛行下的GPS功能,以及大量前期地面試驗(yàn)和研究的結(jié)果,并且為研究人員提出了直觀、明確的技術(shù)問題。因此,就HTV-2整個(gè)項(xiàng)目而言,其結(jié)果是喜憂參半的。由于已經(jīng)完成了預(yù)定的兩次試飛,該項(xiàng)目可能已經(jīng)終止。在HTV-2項(xiàng)目終止之后,DARPA又于2012年7月6日發(fā)布“一體化高超聲速(IntegratedHyper-sonics,IH)技術(shù)研發(fā)”公告,研究涉及總體布局、氣動力/氣動熱、結(jié)構(gòu)和熱防護(hù)、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制以及試驗(yàn)相關(guān)的靶場能力與儀器等多個(gè)領(lǐng)域,并且計(jì)劃于2016年完成全尺寸高超聲速試驗(yàn)飛行器(Hy-personicX-plane,HX)的飛行,如圖2所示。HX應(yīng)為一種可重復(fù)使用的,采用火箭基動力的高超聲速平臺,可以遠(yuǎn)距離飛行,并具有大范圍機(jī)動能力。由于采用了多次助推技術(shù),HX可以根據(jù)需要靈活加速或爬高以增大航程,或依靠發(fā)動機(jī)中段助推提供的動能實(shí)現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)彎而不損失續(xù)航能力。而這種動力輔助下的HX可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)類似于巡航導(dǎo)彈的較為靈活的任務(wù)規(guī)劃和執(zhí)行能力。IH項(xiàng)目很多方面的設(shè)計(jì)都是基于FALCON項(xiàng)目高升阻比飛行器設(shè)計(jì),但可以看出,HX較HTV-2已經(jīng)有了巨大的變化,可能成為更加靈活、更為快速、覆蓋范圍更大的打擊武器。1.1.3飛行性能好,部署了ahw計(jì)劃先進(jìn)高超聲速武器(AdvancedHypersonicWeapon,AHW)是美國陸軍提出的一種類似于HTV-2的快速打擊方案,具有在35min完成6000km射程的飛行性能,精度小于10m?？稍陉P(guān)島、迪戈加亞島和波多黎各等地部署。美國國防部給予大量資金支持,并將該計(jì)劃作為空軍常規(guī)快速全球打擊計(jì)劃的備份項(xiàng)目。2011年11月17日美國東部時(shí)間6∶30,美國進(jìn)行了AHW的首次試飛。成功完成了預(yù)定的約4000km飛行。但AHW項(xiàng)目自此銷聲匿跡,在2012、2013年未見相關(guān)公開消息,預(yù)計(jì)的第2次試飛也沒有新聞報(bào)道。1.1.4rityntation啟動美、澳合作的項(xiàng)目HIFiRE(HypersonicInterna-tionalFlightResearchExperimentation)于2006年11月10日正式啟動。其基本理念是將試飛視作地面試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算的補(bǔ)充,三種方法協(xié)調(diào)應(yīng)用可以大幅提高對高超聲速關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)速度。截至目前,HIFiRE項(xiàng)目共完成5次試飛,成功率達(dá)到80%,明顯高于其它試飛項(xiàng)目。從HIFiRE項(xiàng)目的試驗(yàn)過程來看,該項(xiàng)目的技術(shù)也逐漸由基礎(chǔ)技術(shù)研究轉(zhuǎn)向可能具有一定實(shí)際應(yīng)用前景的高超聲速飛行器試驗(yàn)研究。1.2高超聲速機(jī)動試驗(yàn)俄羅斯在20世紀(jì)90年代曾進(jìn)行過大量高超聲速飛行器研究和試驗(yàn)工作,其進(jìn)度一度領(lǐng)先于美國,如Kholod項(xiàng)目的試飛時(shí)間比美國X-43A早了近10年。然而,隨著俄羅斯國力的衰落,當(dāng)時(shí)的高超聲速技術(shù)研究并未最終轉(zhuǎn)化成武器裝備投入使用。近年來,隨著俄羅斯國力的復(fù)蘇和美國頻繁的高超聲速試驗(yàn),俄政府擔(dān)心美國的高超聲速飛行器有可能在2015—2018年前后形成初始作戰(zhàn)能力并對俄羅斯構(gòu)成威脅。俄羅斯在2012年夏天完成了高超聲速導(dǎo)彈與載機(jī)掛架的分離試驗(yàn),此次試驗(yàn)并非真正意義上的發(fā)射試驗(yàn),而是彈機(jī)分離試驗(yàn)。試驗(yàn)中,導(dǎo)彈從載機(jī)上分離,發(fā)動機(jī)點(diǎn)火,以亞聲速飛行數(shù)千米并著陸。試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證導(dǎo)彈在飛行中的表現(xiàn),以及導(dǎo)彈與發(fā)射系統(tǒng)和載機(jī)的交互能力。測試系統(tǒng)的名稱、功能乃至測試計(jì)劃的代號都是保密的。2013年7~8月,俄羅斯計(jì)劃對高超聲速導(dǎo)彈進(jìn)行更大規(guī)模的試驗(yàn),逐步提高高超聲速導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)的試飛速度。此外,俄羅斯與印度聯(lián)合研制的布拉莫斯-2高超聲速導(dǎo)彈也在運(yùn)作之中,布拉莫斯航空航天公司預(yù)計(jì)其試飛時(shí)間可能在2015—2017年。1.3fpss:單級入軌航天器歐洲近年來在高超聲速技術(shù)領(lǐng)域的研究與發(fā)展更多偏向于宇宙探索、航空運(yùn)輸兩大領(lǐng)域和相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù),而不像美國一般重點(diǎn)關(guān)注武器技術(shù)發(fā)展,如圖3所示。歐洲長期以來在單/雙級入軌領(lǐng)域的研究是有目共睹的,進(jìn)入二十一世紀(jì),歐洲主要有SKYLON、Spaceplane以及FAST20XX等入軌飛行器項(xiàng)目。其中,SKYLON項(xiàng)目由于2012年獲得了突破性進(jìn)展而較為著名———其輕質(zhì)預(yù)冷卻交換器在2012年底的驗(yàn)證工作中取得了成功。此外,歐洲還嘗試開展Spaceplane項(xiàng)目,旨在為科學(xué)研究及民用太空旅行提供平臺。雙級入軌飛行器領(lǐng)域,歐空局帶領(lǐng)16家參與方進(jìn)行的FAST20XX項(xiàng)目正在積極推進(jìn)。FAST20XX分為低能量概念和高能量概念兩部分,低能量概念計(jì)劃發(fā)展10~15年,采用空射方式,航程較小,不能攜帶乘客,目前有大飛機(jī)翼下掛載和背負(fù)攜帶等發(fā)射模式。FAST20XX高能量方案規(guī)劃至2040年左右完成,是一種采用火箭發(fā)射垂直起飛,水平著陸的雙級入軌飛行器。與運(yùn)載火箭發(fā)射的航天飛機(jī)不同,FAST20XX所使用的助推級將是完全可重復(fù)使用的。該飛行器可以搭載50~100名乘客,僅需90min完成從澳大利亞到歐洲的長途飛行。此外,FAST20XX還特別提出了環(huán)保特性,強(qiáng)調(diào)其沒有碳氮氧化物排放。歐洲高超聲速飛行器研究的另一標(biāo)志性特點(diǎn)是更多關(guān)注大型飛行器。目前,已經(jīng)有多個(gè)項(xiàng)目開始進(jìn)行大型貨運(yùn)及載人飛行器的研究工作。LAPCAT飛行器設(shè)計(jì)用來搭乘300名乘客,ZEHST可以搭載60名乘客,飛行器的質(zhì)量、尺寸等遠(yuǎn)超美國當(dāng)前高超聲速飛行器水平。與LAPCAT用途相似的ZEHST項(xiàng)目于2011年巴黎航展上首次亮相,吸引了眾多眼球。在對該機(jī)的介紹中,除了高速飛行及類似飛機(jī)的操作以外,著重強(qiáng)調(diào)了其環(huán)境友好性。ZEHST項(xiàng)目目前計(jì)劃實(shí)施28個(gè)月(自2011年2月開始),希望通過這一時(shí)期的工作進(jìn)一步細(xì)化需求,確定飛行器方案,進(jìn)一步成熟化關(guān)鍵技術(shù),準(zhǔn)備于2020年左右進(jìn)行無人樣機(jī)試飛,并準(zhǔn)備招攬或接受國際合作。除空間進(jìn)入、航空運(yùn)輸?shù)葍蓚€(gè)領(lǐng)域外,歐洲還開展了一些基礎(chǔ)科研項(xiàng)目,如SHEFEX、先進(jìn)低溫高超聲速存儲罐技術(shù)(CHATT)等。這些項(xiàng)目所研究的基礎(chǔ)技術(shù)都將支撐歐洲的高超聲速飛行器研究。1.4高馬赫數(shù)5.5飛行驗(yàn)證項(xiàng)目HSTDV由印度國防研究與發(fā)展組織(DRDO)與以色列飛機(jī)工業(yè)公司(IAI)共同設(shè)計(jì),俄羅斯中央空氣流體動力學(xué)研究院(ЦАГИ)與中央航空發(fā)動機(jī)制造研究院(ЦИАМ)參與了燃燒室和進(jìn)氣道的研制工作。項(xiàng)目旨在對自主模式下超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)的飛行器性能進(jìn)行演示驗(yàn)證。同時(shí)也將對高馬赫數(shù)飛行時(shí)的氣動性能、氣動熱、材料和熱防護(hù)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。利用一臺固體火箭助推器使其達(dá)到超燃沖壓發(fā)動機(jī)的接力速度,然后在超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)下自主飛行20s。最終目的是在32.5km高空實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)6.5的飛行。該項(xiàng)目目前狀況不明,僅在一些航展中展示過飛行器模型。此外,俄羅斯與印度聯(lián)合研制的布拉莫斯-2高超聲速導(dǎo)彈與該飛行器外形有較多相似點(diǎn),因此,該項(xiàng)目的研究成果有可能用于支撐布拉莫斯-2的研究。1.4.2-x高超聲速空天智慧航天器巴西14-X空天飛行器由高等研究學(xué)院氣動熱與高超聲速技術(shù)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé),是巴西航天科學(xué)與技術(shù)局(DCTA)研發(fā)技術(shù)驗(yàn)證飛行器工作的一部分。14-X采用兩級入軌技術(shù)實(shí)現(xiàn)空天飛行,飛行器使用乘波體布局,利用超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn),如圖4所示。14-X高超聲速空天飛行器計(jì)劃包括4次大氣層內(nèi)的飛行試驗(yàn)。第1次飛行是火箭加速器與飛行器組合不啟動超燃沖壓發(fā)動機(jī)達(dá)到馬赫數(shù)6飛行。第2次飛行是火箭加速器與飛行器分離不啟動超燃沖壓發(fā)動機(jī)達(dá)到馬赫數(shù)6飛行。剩余兩次飛行計(jì)劃使用氫燃料超燃沖壓發(fā)動機(jī)飛行器分別自由飛行至馬赫數(shù)6和馬赫數(shù)10。目前,針對14-X飛行器的研究主要集中在設(shè)計(jì)優(yōu)化、超聲速激波風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD計(jì)算等。2年度動態(tài)2.1高速打擊武器hsw和sr-32航天器項(xiàng)目啟動美國在2013年新老項(xiàng)目更替的情況尤為明顯,標(biāo)志性的如X-51A完成最后試飛,高速打擊武器(HSSW)和SR-72飛行器項(xiàng)目的啟動等。2.1.1第4次/2次啟動2013年5月1日,美國空軍成功完成了X-51A的第4次(預(yù)定計(jì)劃中的最后一次)試飛。X-51A仍由B-52H轟炸機(jī)攜帶從愛德華空軍基地起飛,并由該轟炸機(jī)在大約15km高空投放。在隨后的26s內(nèi),X-51A由其尾部的固體火箭發(fā)動機(jī)加速至馬赫數(shù)4.8。在與助推器分離后,X-51A的超燃沖壓發(fā)動機(jī)點(diǎn)火工作,并將飛行器加速爬升至18km高空,馬赫數(shù)5.1。試驗(yàn)過程中,飛行器僅用6min左右的時(shí)間飛越了426km的距離。這是該項(xiàng)目,同時(shí)也是吸氣式動力高超聲速飛行有史以來最長的動力飛行紀(jì)錄。第4次試飛成功證明了超燃沖壓發(fā)動機(jī)產(chǎn)生了正推力,再次創(chuàng)造了新的工作時(shí)間紀(jì)錄,飛行速度也有所提高,并且試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)重大意外事件。綜合這些因素考慮,第4次試飛較其首飛實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。目前,未見在完成全部4次試飛之后X-51A的后續(xù)計(jì)劃安排,該項(xiàng)目有可能就此終止。工程人員認(rèn)為,高超聲速技術(shù)是未來導(dǎo)彈、軍用飛機(jī),甚至民用飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。總之,X-51A試飛的成功無疑將極大地推進(jìn)美國高超聲速技術(shù)向?qū)椢淦靼l(fā)展,并有可能根據(jù)需要加速相關(guān)技術(shù)或型號的研發(fā)。2.1.2高超聲速智慧航天器2013年2月和11月,美國洛馬公司先后提出高速打擊武器(HSSW)方案和高超聲速察打一體化平臺SR-72方案。雖然無法確定這兩個(gè)項(xiàng)目是美國政府與軍方投資,還是僅為洛馬公司企業(yè)行為,但美國加緊發(fā)展高超聲速作戰(zhàn)能力的想法的確越來越明顯。HSSW是一種高超聲速導(dǎo)彈概念,可裝備未來轟炸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)。HSSW將用來進(jìn)行高超聲速飛行的演示驗(yàn)證,并為未來高超聲速導(dǎo)彈和可重復(fù)使用高超聲速飛行器進(jìn)行探索。HSSW具有針對時(shí)敏目標(biāo)和嚴(yán)密防御目標(biāo)的響應(yīng)作戰(zhàn)能力,并且憑借其飛行高度、速度以及隱身性實(shí)現(xiàn)自身的高生存力。具有外形隱身、長距離高超聲速巡航和輕質(zhì)量、簡潔設(shè)計(jì)等特點(diǎn),如圖5所示。但洛馬公司在隨后再次發(fā)表的HSSW效果圖中進(jìn)行了大量修改,具體情況為:飛行器機(jī)體取消了前期上下兩條弧形控制曲線拼接設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)而采用尖頂拱外形;飛行器控制尾翼從兩片水平舵面、兩片V型舵面的“Π”型布局改為4片尾翼“X”型布局。此外,隨后公布的方案也保留了一些前期設(shè)計(jì)思路,主要為腹部進(jìn)氣設(shè)計(jì)和戰(zhàn)斗機(jī)空射方案,如圖6所示。雖然洛馬公司公布的兩幅效果圖差異明顯,但HSSW和X-51A之間的確存在聯(lián)系。2012年11月,美國空軍對高超聲速發(fā)展路線圖和高超聲速武器研發(fā)的后續(xù)安排進(jìn)行了討論,期間明確提出由AFRL負(fù)責(zé)HSSW項(xiàng)目的實(shí)施,并稱HSSW彌合了“技術(shù)驗(yàn)證”和“作戰(zhàn)能力驗(yàn)證”之間的空白階段,這為美國空軍后續(xù)如何發(fā)展高超聲速武器給出了明確的回答。而HSSW的項(xiàng)目經(jīng)理,AFRL的查爾斯·布林克也恰好是X-51A的項(xiàng)目經(jīng)理。隨后,洛馬公司又于2013年11月公開了SR-72項(xiàng)目,該項(xiàng)目被認(rèn)為繼承了SR-71項(xiàng)目、HTV-3X項(xiàng)目、MoTr項(xiàng)目和X-51A項(xiàng)目的成果,用于發(fā)展一種具有情報(bào)、監(jiān)視、偵察和打擊能力的高超聲速飛行器。根據(jù)洛馬公司公布的SR-72效果圖來看,SR-72采用大長細(xì)比機(jī)身,小展弦比大后掠梯形翼,小邊條,單垂尾,雙發(fā)腹部進(jìn)氣。根據(jù)洛馬公司在其網(wǎng)站上的介紹性文字判斷,SR-72的主要特征為飛行器長30.5m(小于SR-71的32.73m),巡航速度馬赫數(shù)6(兩倍于SR-71的馬赫數(shù)3),最大航程4300km左右(與SR-71相同),如圖7所示。SR-72外形上大量沿用了HTV-3X的方案設(shè)計(jì)。動力上分為高速渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)和雙模沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù),其高速渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)可追溯至SR-71的J-58發(fā)動機(jī),由HiSTED項(xiàng)目進(jìn)一步提高性能并在FaCET和MoTr項(xiàng)目中與雙模沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)行組合和研究,但目前高速渦輪發(fā)動機(jī)仍為TBCC發(fā)動機(jī)主要技術(shù)難題。雙模沖壓發(fā)動機(jī)可能會兼具航空噴氣洛克達(dá)因公司原有技術(shù)積累和X-51A發(fā)動機(jī)技術(shù),具體情況如圖8所示。不論是SR-72,還是HSSW,從時(shí)間上和技術(shù)水平上都與美國前期制定的高超聲速發(fā)展路線圖十分吻合。若事實(shí)的確與本文所推斷的情況一致,表明美國有望于2016年和2021年先后將高超聲速武器和高超聲速飛行器的技術(shù)成熟度提升到第6級,即演示樣機(jī)通過典型模擬環(huán)境驗(yàn)證,該等級標(biāo)志可從技術(shù)攻關(guān)轉(zhuǎn)入工程研制。意味著美國可能在2030年前后通過高超聲速飛行器和武器構(gòu)建新的空中情報(bào)、監(jiān)視、偵察和作戰(zhàn)能力。2.1.3試驗(yàn)測試階段美國國防部2013年10月24日宣布已對一種先進(jìn)常規(guī)精確效應(yīng)戰(zhàn)斗部成功進(jìn)行了試驗(yàn),該戰(zhàn)斗部用于常規(guī)快速全球打擊(CPGS)武器。戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)和發(fā)展由美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé),但此次試驗(yàn)活動由美國空軍空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心管理。搭載動能彈藥戰(zhàn)斗部的滑車在試驗(yàn)過程中速度達(dá)到了1067m/s,超過馬赫數(shù)3。此次試驗(yàn)演示證明了該戰(zhàn)斗部在設(shè)計(jì)飛行環(huán)境下的功能,是一次重大的技術(shù)進(jìn)展。試驗(yàn)首要目標(biāo)是在設(shè)計(jì)的飛行氣動條件下檢驗(yàn)該戰(zhàn)斗部,第二個(gè)目標(biāo)是搜集數(shù)據(jù)以修正并驗(yàn)證計(jì)算機(jī)建模與仿真代碼,用以預(yù)測戰(zhàn)斗部的性能。試驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)將可用于美國當(dāng)前所有正在考慮的CPGS方案。2.2英國sape:為英國航空與航天領(lǐng)域注入了新的活力據(jù)英國航天局2013年7月16日稱,英國政府已經(jīng)同意出資6000萬英鎊支持預(yù)冷卻渦輪-火箭組合發(fā)動機(jī)SABRE的研發(fā)工作。該發(fā)動機(jī)由英國反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司設(shè)計(jì),可為新一代水平起降、輕質(zhì)量、可重復(fù)使用的空天飛行器提供動力,形成一種可靠的空間進(jìn)入方式,具有向低地軌道運(yùn)送15t的有效載荷的能力,成本大約是傳統(tǒng)一次性運(yùn)載火箭運(yùn)送成本的1/50。2012年11月,SABRE發(fā)動機(jī)通過關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn),在-150℃環(huán)境下驗(yàn)證了其預(yù)冷器制冷技術(shù)不會誘發(fā)霜凍。政府6000萬英鎊的投資為整個(gè)發(fā)動機(jī)發(fā)展注入了新的活力。這份資金分兩年,2014/2015年投資3500萬英鎊,2015/2016年投資2500萬英鎊。SABRE發(fā)動機(jī)不但具有徹底改變目前進(jìn)入空間方式的能力,同時(shí)還具有進(jìn)一步促進(jìn)英國航天事業(yè)迅速發(fā)展的潛力。通過這項(xiàng)突破性的技術(shù),英國可在新的運(yùn)載器市場中占據(jù)主導(dǎo)地位,并突破商業(yè)航天行為增長的一個(gè)主要障礙。反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司創(chuàng)始人AlanBond認(rèn)為,這項(xiàng)投資對英國航空和航天領(lǐng)域有極大的促進(jìn)作用。由于政府的支持,反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司才能將發(fā)動機(jī)和熱管理技術(shù)的研發(fā)工作推進(jìn)到下一階段,為英國帶來急需的就業(yè)和投資機(jī)會。該項(xiàng)革命性的技術(shù)擁有像噴氣發(fā)動機(jī)那樣改變世界的潛力。2.3飛行試驗(yàn)驗(yàn)證澳大利亞昆士蘭大學(xué)牽頭進(jìn)行的SCRAMSPACE1高超聲速飛行器在2013年9月18日前后進(jìn)行的試飛中遭遇失敗。失敗原因是飛行器未能進(jìn)入預(yù)定試驗(yàn)條件,而非飛行器本身問題。SCRAMSPACE1高超聲速飛行試驗(yàn)是SCRAMSPACE研究項(xiàng)目的一個(gè)重要部分,整個(gè)項(xiàng)目歷時(shí)3年,耗資1400萬美元。飛行試驗(yàn)用來驗(yàn)證由超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)的飛行器在高超聲速自由飛行狀態(tài)下可產(chǎn)生正推力,檢驗(yàn)超燃沖壓發(fā)動機(jī)的性能、材料及飛行器上的儀器。由于飛行器未能進(jìn)入預(yù)定試驗(yàn)條件,SCRAMSPACE1的超燃沖壓發(fā)動機(jī)性能未能得到驗(yàn)證。從技術(shù)角度看,SCRAMSPACE采用了上游(進(jìn)氣道)噴注技術(shù),與2013年5月美國試飛成功的X-51A不同,其優(yōu)勢是燃料與空氣在進(jìn)入燃燒室之前就已經(jīng)混合,在不增加發(fā)動機(jī)總長度的情況下可顯著增加燃料和空氣的混合長度。這一技術(shù)可能有助于提高飛行器的小型化水平,或節(jié)省出更多的結(jié)構(gòu)質(zhì)量或空間以攜帶更多的載荷。另一項(xiàng)名為自由基貯存的技術(shù)則省略了燃燒室中的物理阻塞物,利用流體內(nèi)高溫高壓的熱燃燒區(qū)啟動燃燒過程,直至把壓力和溫度提高到足夠維持自由基發(fā)生區(qū)以外的區(qū)域進(jìn)行燃燒。這一技術(shù)的優(yōu)勢是溫度、壓力較低的流體將半數(shù)高溫高壓的區(qū)域與燃燒室內(nèi)壁隔離開來,從而減少了燃燒室內(nèi)壁受到的熱載荷。這些技術(shù)的應(yīng)用表明,澳大利亞對高超聲速技術(shù)已經(jīng)建立了自己的認(rèn)識和研發(fā)思路,雖然未能在此次試驗(yàn)過程中得到驗(yàn)證,但仍值得關(guān)注。2.4俄羅斯動態(tài)2.4.1俄羅斯高超聲速機(jī)動項(xiàng)目已經(jīng)完成2013年莫斯科航展上,俄羅斯戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司總裁鮑里斯·阿布諾索夫稱,俄羅斯已經(jīng)制造出飛行速度可達(dá)馬赫數(shù)4.5的高超聲速導(dǎo)彈,新導(dǎo)彈目前只能維持幾秒的高超聲速飛行,但根據(jù)目前情報(bào)搜集情況,尚無準(zhǔn)確消息表明俄羅斯已經(jīng)完成了此飛行器的高超聲速試飛。這一消息可追溯到2012年,當(dāng)時(shí)有消息稱,俄羅斯計(jì)劃于2013年7~8月對高超聲速導(dǎo)彈進(jìn)行更大規(guī)模的試驗(yàn),逐步提高高超聲速導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)的試飛速度。此前有消息稱,俄羅斯包括戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈公司以及機(jī)械建造科學(xué)與生產(chǎn)協(xié)會等多個(gè)部門和企業(yè)都參與了高超聲速導(dǎo)彈的研制工作,此次鮑里斯·阿布諾索夫的講話也印證了這一消息。阿布諾索夫稱,俄羅斯現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)4.5的高超聲速飛行,但其持續(xù)時(shí)間還不夠長,需要進(jìn)一步提高導(dǎo)彈在大氣層中長時(shí)間持續(xù)高超聲速飛行的能力。他還稱,必須要研制速度更快,能達(dá)到馬赫數(shù)6、10和14的高超聲速導(dǎo)彈。2.4.2高頻無閥脈沖爆震技術(shù)《俄羅斯航空網(wǎng)》2013年9月24日稱,留里卡設(shè)計(jì)局設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)了一款脈沖爆震驗(yàn)證發(fā)動機(jī),該發(fā)動機(jī)采用煤油-空氣混合的兩級燃燒模式。試驗(yàn)中,發(fā)動機(jī)的平均推力超過980N,工作時(shí)間超過10min。通過采用高頻無閥脈沖爆震技術(shù),可以使飛行器的推重比提高1.5~2倍,航程和任務(wù)載荷提高30%~50%,發(fā)動機(jī)比重降低1.5~2倍?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)分析,該設(shè)計(jì)局推出了一系列脈沖爆震發(fā)動機(jī),可以配裝多種飛行器,如導(dǎo)彈和無人機(jī)、超聲速飛機(jī)、火箭和空間系統(tǒng)、組合推進(jìn)空天飛機(jī)等。2.5布拉莫斯-2：高超聲速航天器縮比模型2013年2月8日,互聯(lián)網(wǎng)上首次公開了布拉莫斯-2高超聲速飛行器在印度航展上的模型照片。根據(jù)展位和模型上的文字判斷,該模型為高超聲速技術(shù)探索飛行器縮比模型,但并未透露出其它相關(guān)的信息。但根據(jù)印度此前公開的信息可知,布拉莫斯-2應(yīng)為一種高超聲速導(dǎo)彈,設(shè)計(jì)射程約為300km,具備較高的突防能力,將有陸射、空射、水面和水下四種發(fā)射方式。印度將在現(xiàn)有布拉莫斯超聲速導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上研發(fā)這種高超聲速巡航導(dǎo)彈,并將接受俄羅斯方面的技術(shù)支持。3發(fā)展趨勢3.1美國高超聲速機(jī)動發(fā)展規(guī)劃通過對美國近年來高超聲速技術(shù)發(fā)展的跟蹤和梳理可以看出,美國建立了良好的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略和成果轉(zhuǎn)化機(jī)制,使得各個(gè)項(xiàng)目的發(fā)展方向和成果能夠有機(jī)結(jié)合,不斷提高。在這一良好環(huán)境的推動作用下,美國正積極發(fā)展其高超聲速作戰(zhàn)能力。按照空軍制定的發(fā)展規(guī)劃,美國應(yīng)首先在2018年前后完成高超聲速導(dǎo)彈的相關(guān)研制和試飛,在2025—2030年實(shí)現(xiàn)高超聲速察打一體化平臺裝備部隊(duì)。這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)有可能隨計(jì)劃的調(diào)整和競標(biāo)公司的競爭進(jìn)一步提前,美國高超聲速察打一體化能力的威脅已經(jīng)迫在眉睫。3.2對外公開高超聲速武器試驗(yàn)的進(jìn)展2012年5月,俄羅斯副總理德米特里·羅戈津曾表示,俄羅斯必須重啟高超聲速武器研發(fā)項(xiàng)目以應(yīng)對美國在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得的成果和優(yōu)勢。德米特里·羅戈津列舉了美國的FALCON、HIFiRE、HyFly以及X-51等項(xiàng)目,指出這些項(xiàng)目極有可能在未來(2015—2018年)轉(zhuǎn)化成為實(shí)戰(zhàn)武器并對俄羅斯構(gòu)成威脅。為此,俄羅斯于2012年開始對外公開其在高超聲速武器研制上的新動態(tài)