


美国和中国的国防巨头们正迅速迈向太空边缘,目标是发射能在不到一小时内横跨大陆的高超音速飞机。高超音速究竟意味着什么?速度超过Mach 5,即每小时3835英里以上。
这是一场值得关注的军备竞赛。这些发展有可能彻底改变进入太空的方式,并改变民用飞机的跨大陆旅行。它也可能改变国家安全,使现有的防空和导弹防御系统过时。
中国在高超音速竞赛中有两家公司在争夺胜利:中国航天科技集团公司(CASC)和中国航天科工集团公司(CASIC)。与此同时,在美国,洛克希德·马丁公司正在引起轰动,该公司已告知航空记者,其高超音速技术已基本准备好进行飞行测试。
洛克希德·马丁公司的进展几乎肯定指的是涡轮火箭组合循环(TRCC)发动机,这种发动机在亚音速、超音速和高超音速飞行之间切换涡轮风扇、冲压发动机和超燃冲压发动机。TRCC发动机将在2020年前在一架战斗机大小的飞行试验台上进行测试。如果一切顺利,它将随后为SR-72提供动力,这是一种Mach 6、无人驾驶的双引擎侦察机,计划在2030年前开始飞行。该飞机设计用于在18至62英里的高空进入高度竞争和设防的空域,利用其速度来逃避敌方防御,就像它之前的SR-71“黑鸟”一样。洛克希德·马丁公司执行副总裁兼总经理Rob Weiss还建议,高超音速飞机可以发射高超音速导弹。这表明SR-72可能加入B-21隐形轰炸机,成为美国空军未来的全球打击武库。

另一个关键的美国项目是“幽灵快递”XS-1航天飞机,该项目由波音公司开发,并由DARPA资助。它是一种双级入轨(DSTO)飞行器。第一级:一架由液体燃料火箭提供动力的高超音速飞机。当XS-1进入近太空(18至62英里高空)时,我们就进入第二阶段,届时飞机背部连接的可消耗火箭将分离并飞入轨道,部署其1.5吨的载荷。然后,运载火箭飞机能够返回跑道,在24小时内准备好再次发射。该计划的目标是它能在10天内完成至少10次发射,从而提高美国太空系统的韧性,在冲突发生时能够替换卫星。

然而,中国正在这场同样的高超音速竞赛中开发一些重大的竞争对手。有两个独立的项目。首先,CASIC在2017年北京举行的全球太空探索大会(GLEX 2017)上首次亮相了“腾云”航天器设计。DSTO“腾云”的总重量将为100-150吨。第一级是一架Mach 6的高超音速“运载”飞机,配备TRCC发动机,可以飞到18至25英里的高度。与XS-1不同的是,“腾云”的第二级是一个可重复使用的、10-15吨的火箭动力航天飞机,能够携带2吨货物或5名乘客。
CASIC副总裁刘世全表示,公司已完成了“腾云”飞行关键技术(比如发动机)的演示验证,并计划在2030年前实现两级航天飞机的飞行,这是160亿美元研究项目的一部分。

与美国系统类似,CASIC的高超音速运载工具除了太空发射外,还可以有其他应用。它足够大,可以携带相当大的有效载荷(10-15吨),其中包括传感器和武器。经过改装,例如增加额外的燃料箱以增加航程,其高超音速速度和近太空飞行高度可以满足中国军事对快速全球侦察和打击的需求。由于CASIC制造了中国的大部分导弹,其在火箭发动机、冲压发动机(以及未来的超燃冲压发动机)方面的经验意味着它很可能拥有建造高超音速运载工具所需复杂TRCC发动机的资源,进而可以制造高超音速侦察和打击飞机。

中国的第二个创新是CASC的高超音速航天飞机,于2016年8月公布。其发动机和其他关键技术计划在2020年前完成,并预计在2030年前试飞一架全尺寸高超音速航天飞机。

CASC的雄心与北京动力机械研究所为近太空打击和侦察以及双级和单级入轨(SSTO)飞行器建造的火箭辅助超燃冲压发动机的预期时间表相匹配。BPMRI将于2020年开始对技术演示器进行全尺寸测试,之后再进行全尺寸飞行。进一步的改进将产生一种足够强大的超燃冲压发动机,使SSTO高超音速飞机能够一次性直接飞入轨道,而不是DSTO模型,后者只有部分航天器能到达轨道。与更小、更便宜的DSTO相比,一架加注了足够燃料的SSTO航天飞机在同一次飞行中可以多次从轨道起飞和返回轨道,其速度比仅在近太空飞行的飞机更快。

CASC也有其DSTO项目的保守计划。其在GLEX 2017上的演示显示了一个三阶段DSTO方法。第一阶段涉及一种可重复使用的高超音速火箭飞机,带有一个可消耗的上级火箭。2016年9月,CASC还宣布了名为“等比亚轨道飞行器”的垂直起飞、火箭动力航天飞机的计划。这种Mach 8、20名乘客、100吨的火箭飞机可以达到81英里的高度,并携带一个2吨载荷的第二级火箭。CASC DSTO的第一阶段很可能就是“等比亚轨道飞行器”。

第二阶段,类似于“腾云”,使火箭动力飞机可重复使用。上级,形状像“神龙”号无人航天器,通过降落在跑道上来返回。
CASC DSTO提案的第三个也是最后阶段表明,第一级将像“腾云”一样,由TRCC发动机提供动力。与“腾云”一样,第三阶段开发的高超音速运载工具可能能够进行长时间的近太空高超音速运行。