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中國高超聲速飛行器將讓美國的導彈防禦系統形成虛設

簡介:中國高超聲速飛行器研製成功之後,將會產生重大的軍事、經濟及社會影響。



中國高超聲速飛行器將讓美國的導彈防禦系統形成虛設


TBCC組合發動機想像圖



中國高超聲速飛行器將讓美國的導彈防禦系統形成虛設



組合發動機是空天飛機的主要動力系統

7月30日,中國相關單位證實已經開展組合動力飛行器的研製,它標誌著中國高超聲速飛行器的研製已經進入具體實施階段,而高超聲速飛行器被視為21世紀的高邊疆,這個技術將會產生戰略性、前瞻性的影響。


所謂組合發動機是指這種發動機由不同種類的動力動力系統組成,可能包括火箭發動機、渦輪發動機和衝壓發動機等多種動力系統,這樣的搭配可以滿足寬廣飛行包線的要求,飛行器能夠從普通跑道起飛,在空中巡航、進入太空軌道,然後再象普通飛機一樣返回。



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現代運載火箭的經濟性、可靠性欠佳

眾所周知,速度一直是飛行器性能的關鍵指標之一,想提高速度必須降低阻力,而大氣層越稠密的地方,空氣阻力就越大,對於飛行器來講,提高速度意味著高度就更大,最根本的辦法就是在太空或者近地空間裡面巡航,不過現在太空飛行主要採用的是火箭發動機,它雖然具備飛行包線寬廣大,結構相對簡單等優點,但是缺點就是比沖低,需要氧化劑,飛行器本身還要配備大量的推進劑的氧化劑,另外它主要是一次性運用,對於發射場地要求較大,經濟性、可靠性也比較差,近年來美國等國家開展了可重複使用火箭的研究,從而降低了火箭的發射成本,中國在這個領域取得了長足進展,新一代運載火箭第一級已經具備了可重複使用的能力,但是可重複使用火箭的起飛載荷與系統總重之比仍舊難以讓人滿意,另外它也沒有擺脫對於專用發射場地的依賴,所以並沒有從根本上解決問題。



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可重複使用運載火箭也只是部分解決了問題


因此各國均認為未來高超聲速飛行器乃至先進天地往返系統的動力應該還是組合發動機,渦輪噴氣發動機可以利用大氣內的氧氣,技術成熟,經濟性較好,難度也比較低,但是它的飛行速度難以超過3馬赫,衝壓發動機不需要專用的壓氣機等傳動部件,結構簡單、製造也比較容易,可以支持5馬赫以上的高超聲速飛行器,但是它的缺點就是需要一個啟動速度,不具備單獨工作的能力,火箭發動機是目前唯一可以在太空工作的發動機,因此如果把這三種發動機組合在一起,取長補短,那麼就可以讓飛行器能夠象普通飛機那樣從普通機場起飛,在大氣層內將速度加速到2馬赫以上,然後衝壓發動機工作,將飛行器的速度、高度繼續增加,一直到大氣層邊緣,然後火箭發動機工作,進入太空軌道。這樣既滿足了寬廣飛行包線對於發動機的要求,並且發動機及飛行器又可以長期、重複和穩定的工作,並且不需要建設博導用的發射場地,這樣就大大提高了飛行器的經濟性和可靠性,尤其是降低了進入太空軌道的費用,也有助於提高太空發射的速度和響應時間。


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不同的發動機有著不同的使用優勢區域



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渦輪/衝壓發動機組合發動機結構圖


中國相關單位從上世紀80年代開始著手發展組合動力系統,在863計劃先進天地往返運輸系統項目之下,相關單位開展了組合動力系統的研究和分析,進入新世紀以新一代高超聲速飛行器為背景,開展了組合發動機系統的方案論證和前期技術準備工作,包括渦輪/衝壓組合發動機、超燃衝壓發動機等,從2007年之後,又進行了組合發動機的總體方案論證、部分關鍵技術的模擬和試驗工作,進行了技術摸底和原理驗證工作,為國產組合發動機的研製積累了經驗。


目前各國均認為高超聲速飛行器及組合發動機的研製將會對當今各國軍事、經濟和社會發展產生不可估量的影響,舉一個例子,美國就將高超聲速飛行器視為全球快速到達、自由進出太空的有效手段,其認為憑藉高超聲速飛行器遠航程、大速度可以擺脫海外基地的依賴,讓美國空軍從本土基地出發就可以對全球範圍內的目標進行快速打擊。在民用領域,高超聲速客機可以將現在的洲際飛行由10個小時以上縮小到1-2個小時,這將給民用航空運輸帶來一場革命,在此基礎上發展空天飛機,則可以更好的實現太空入軌快速、低成本和重複使用等要求,具備更好的發展前景。



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可以在普通跑道上起降的空天飛機是未來發展的方向


對於中國來說,高超聲速飛行器及組合發動機研製成功,可以用於戰略打擊、遠程精確打擊、實時偵察和戰場信息監控等領域,將會大大提高人民解放軍的戰場控制能力和範圍,同時配合戰略導彈、高超聲速巡航導彈,則可以有效的突破對方的國家和戰區導彈防禦系統,對其海外基地、重要節點進行打擊,從而更加有效的維護中國的國家安全和權益。


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