中國發展空天飛機有哪些難點？最高飛行速度可達25馬赫

空天飛機是跨大氣層飛行器中的一種，能夠快速在地面、平流層、臨近空間以及近地軌道之間穿梭，攜帶有效載荷執行空天任務。其起飛方式與普通飛機一樣，能從機場跑道水平起飛，通過組合動力或者多級形式快速進入臨近空間，並以12至25馬赫的速度在30公里至100公里高度上進行高超音速飛行。跨大氣層飛行器不僅可自由往返於大氣層內外，而且還能重複使用。

跨大氣層飛行器可在臨近空間進行巡航機動跨大氣層飛行器的飛行空域非常廣，至少可以抵達臨近空間，也就是亞軌道，按照NASA的定義，飛行高度超過80公里的飛行員可稱為宇航員，而飛行高度在80至100公里以上的飛行器則可被稱為航天器。這個高度也是電離層所覆蓋的區域，其空氣密度非常低，傳統的航空器最大飛行高度被限定在40公里左右，超出這個高度後空氣動力效應基本不起作用，因此40公里至100公里的高度被認為是連接大氣層和外太空的臨近空間，這也是現階段跨大氣層飛行器進行巡航機動飛行的主要高度。

跨大氣層飛行器氣動設計是一大難點

跨大氣層飛行器可在30公里高度上，以至少8馬赫的速度進行高超音速巡航。其必須具有適合進行長時間、高空高速飛行的氣動外形，尤其還要兼具水平起降和大氣層內的飛行能力。跨大氣層飛行器也具有傳統的航空飛行器特點。在大部分的飛行包線內，跨大氣層飛行器可進行高超音速飛行。在飛行過程中會產生各種極端的氣動現象，如高溫擾動、薄激波以及熵邊界層等，這些氣動現象很大程度上影響著跨大氣層飛行器的飛行品質。其中特別是熵邊界層是一種強漩渦區域，形成的漩渦干擾非常明顯，對斜激波可產生較大的誘導速度和熱力學梯度，會使高超音速飛行器的氣動設計變得複雜。由於跨大氣層飛行器與普通的航空器不同，飛行高度和速度存在巨大的變化，隔熱結構和機身材料上需要特別講究，高超音速的飛行過程中氣動加熱是十分明顯的，頭錐和機翼前緣溫度可達到1400攝氏度以上，其耐熱材料需要具備較高的導熱率，碳複合材料所使用的比例還會更高。

組合循環動力是首選方案

跨大氣層飛行器在動力組成上也頗為講究，目前世界上任何一種單一類型的發動機都難以勝任，因此組合循環動力是首選方案。渦輪基組合循環動力與火箭發動機組合可以覆蓋0至100公里以上的高度，在0至6馬赫的速度段使用渦輪基組合循環，在6至25馬赫飛行速度時使用超燃動力，在100公里左右的高度上通過火箭雙模態衝壓動力進行銜接，這是跨大氣層飛行器的理想動力。

跨大氣層飛行器會依靠大型載機發射起飛基於兩級入軌模式的跨大氣層飛行器可以依靠大型載機平台實現從傳統的機場起飛，自身則使用火箭動力。目前在研的跨大氣層飛行器可能會採用這種起飛模式，即由載機攜帶在一定的高度上釋放發射，該方案應用於航天運輸系統的時間並不長，可以大幅簡化對助推級的性能要求，還能滿足空天飛機從傳統機場起飛的要求。此外給予跨大氣層飛行器一定的勢能和動能，減少後者的推進劑攜帶量。如果從更深層考慮，此類跨大氣層飛行器的尾噴管不需顧及海平面至准真空環境的變化，有利於提高發動機的比沖，可在其飛行包線內的任意一個高度和速度上進行發射。

X-15開啟跨大氣層飛行器研究

跨大氣層飛行器的研究可以追溯到上個世紀60年代，由B-52載機攜帶釋放的X-15驗證機飛行高度達到了108公里，飛行速度超過了6.7馬赫，其機身表面覆蓋的為合金塗料可抗1200攝氏度的高溫。X-15的早期飛行方案使用兩台XLR-11火箭發動機，後改為使用XLR-99火箭發動機，並在機翼下方增加了兩個液態氧燃料罐，可以增加60秒的飛行時間。還有一種由B-52載機攜帶的跨大氣層飛行器為X-24，其使用了升力體結構，此類氣動沒有典型的主翼結構，採用了鈍頭的錐形體，使用升力體氣動不僅能承受住再入時的氣動加熱，也可以像航空器那樣在大氣層內進行滑翔。

X-30空天飛機方案過於科幻被取消當然目前所謂的跨大氣層飛行器並不能真正實現覆蓋海平面至近地軌道的高度，但是歷史上卻有類似的方案存在，美國在1986年提出的X-30國家空天飛機計劃被認為是一個標杆性的設計，單級入軌、水平起降，如果說空天飛機和太空梭有何不同，那麼在發射方式上就是一個最大的不同，空天飛機可以水平起飛，太空梭則需要通過火箭進入軌道，太空梭作為美國第一代兩級入軌的可重複使用運載器，當然使用了可重複使用技術，但還遠沒有達到100次以上的可重複使用目標。

X-34可驗證跨大氣層飛行器的關鍵技術

軌道科學公司在1995年研製的X-34則是另一種符合當前技術現狀的跨大氣層飛行器，其目的是建立單級入軌完全可重複使用運載器的技術規範，X-34計劃中所使用到的翼身組合氣動、熱防護系統、自動著陸等都是驗證跨大氣層飛行器的關鍵技術，在1999年至2000年之間，X-34進行了自動著陸系統、風洞測試、載機攜帶等論證，對機身結構、複合材料低溫存儲箱、熱防護系統等關鍵子系統進行了測試。X-34的發射方案也具有極強的借鑒意義，其由L1011載機在1.1萬米高度上釋放，投放速度在0.7馬赫，只到安全距離確認後解鎖X-34上的舵面，發動機點火後開始加速爬升，全程最大飛行速度可以達到8馬赫，最後自動著陸。然而，X-34計劃於2001年被取消，2架原型機一直存儲於NASA 德萊頓飛行研究中心。2010年11月曾流傳出NASA計劃重啟X-34計劃的消息，但後來一直未見下文。

這些項目為人們呈現出跨大氣層飛行器的基本情況，比如載機攜帶、升力體結構、飛行高度在臨近空間、飛行速度在6至8馬赫以上，執行完任務後可返回機場自動著陸。這些技術要求可建立在現有的航空航天技術上，不像X-30國家空天飛機計劃那樣顯得過於科幻。

跨大氣層飛行器還能用於太空反導

跨大氣層飛行器的作戰特點是反應速度快，從普通機場起飛後迅速進入臨近空間進行高超音速飛行，具備快速介入和脫離戰區的能力，能大幅提升未來戰爭中空襲的突然性。在作戰用途上除進行全球打擊外，還可以作為天基激光反導平台，摧毀敵方彈道導彈或航天器，甚至還能在全球範圍內實現軍用物資的快速補給或兵力投送。跨大氣層飛行器的飛行速度至少在8馬赫以上，目前世界上的主流防空導彈很難達到這個速度，加之臨近空間大氣稀薄，許多航空器無法在這一高度上活動，因此跨大氣層飛行器不僅能在敵方的防空導彈打擊範圍之外活動，還可以給敵方巨大的心理壓力。

空天飛機將在爭奪制天權作戰中擔任主力

未來作戰的模式將隨著跨大氣層飛行器的加入而改變，需要涉及到航空和航天兩個高度、兩種空間作戰，特別是制天權的爭奪將成為未來戰爭中的主要焦點。對於裝備先進軌道平台武器系統或大氣層內超遠程攻擊武器的一方可獲得非常大的主動權，從大氣層內的作戰飛機到軌道上的衛星都可作為潛在攻擊目標。即便是載機平台攜帶的空射型跨大氣層飛行器，其機動性也較強，從軌道返回後可在橫縱兩個方向上進行大範圍的活動，對敵縱深目標進行秘密偵察。美國在跨大氣層飛行器方面的發展歷程，對於中國開展跨大氣層飛行器有一定借鑒意義，可以從中尋找並總結出一條適合本國國情的發展道路，如果按照單級入軌的空天飛機定義，那麼類似技術在21世紀上半葉或難實現，其最大的難點在於氣動和動力系統，但降低「標準」的 跨大氣層飛行器專項仍然是可行的，可進行一定程度上的高超音速飛行，實現全球打擊。

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