中國高超音速飛行器處於什麼水平？很有可能借鑒美國技術

助推-滑翔式高超音速飛行器並不是一個新概念。上世紀50年代開始，美蘇兩霸就開始了高超音速飛行器的研製和試驗，當時的高超音速飛行器共分為四類：再入式飛行器、載人飛船、可重複使用的運載器和吸氣式高超音速飛行器。這四類高超音速飛行器發展的結果各自就是助推-滑翔式再入飛行器（HTV-1、HTV-2、東風-17）、載人飛船、X-15/20和近年來大名鼎鼎的X-51A。

其中助推-滑翔式再入飛行器是在普通彈道導彈彈頭的基礎上，使用具有細長雙椎體的高升阻比氣動布局（L/D≈3.5），採用穩定裙控制裝置，通過高空水平滑翔獲得了較大覆蓋能力，更長時間的大氣飛行。這種彈頭相較常規彈道導彈彈頭而言，由於前緣角度更小、於空氣摩擦時間更長，因而對熱防護的要求更是成倍上升，在控制難度上也不屬於一個數量級。本次高超音速飛行器打靶的成功試驗至少可以證明兩點：一是我國在高超音速再入器的材料、熱防護和控制能力上有了很大的飛躍；二是這種飛躍不代表我國能將助推-滑翔再入飛行器直接安裝在射程更遠的導彈上。

美國在助推-滑翔再入飛行器上的發展可以作為分析東風-17的原材料。美國發展的該類再入器的產品主要是DARPA和洛-馬公司聯合研發的HTV-1和HTV-2，但因為C-CAT公司負責生產的碳機身曲前緣因為使用6～7層複合材料，而每一層之間又會存在空隙，導致在高速飛行時的高溫高熱直接導致機體膨脹瓦解，最終HTV-1胎死腹中。DARPA直接進入了HTV-2的研發過程，HTV-2通過採取新碳-碳材料、減少再入飛行器前緣曲率的方法克服了溫度挑戰，最終達到了射程16678千米、橫向機動5556千米的驚人數據。這是目前我國高超音速飛行器試驗所難以企及的，因而也不能因為本次試驗成功就盲目的認為我國的高超音速飛行器製造技術獨步世界，超越美國。

我國在發展東風-17時，很可能借鑒了HTV-1的相關技術。圖2右側是央視曝光的我國高超音速飛行器模型，從該模型可以看出，這就是典型的細長雙椎體的高升阻比氣動布局，也就是人們常說的乘波體，而左側則是美國HTV-2的三視圖，從圖中可以看到，二者的構造、形狀基本類似，都有一個上部前等邊三角形+下部等邊梯形組成，區別僅在於我國的高超音速飛行器三角形/圖形的高度之比要略小於HTV-2，這樣的差別體現在氣動性能上是我國的再入飛行器升阻比稍大一些。

美國在研發HTV-2的過程中遇到的重大技術挑戰是我國研發東風-17時也可能遭遇到的，這些技術挑戰包括：熱防護系統、再入器前緣材料、高超聲速下的姿態控制。這三個技術中，熱防護系統主要是為再入飛行器加入一個隔熱層。這種隔熱層是一種隔熱泡沫，為了不讓火箭推進劑的溫度過高或者過低，箭體一些部分貼了一些隔熱泡沫來進行保溫，局部熱流過大的地方，採用燒蝕材料吸熱，而美國的太空梭使用的隔熱層是2萬塊黑色隔熱瓦構成。

一般隔熱瓦的基本材料是普通的沙子，被做成很細的纖維。由於隔熱瓦體積的90%是空氣，厚度分為25毫米和12.5厘米兩種，其重量極輕，最高可耐1260℃的高溫，所以即使它高速飛行，產生高熱能也能完好無損。同類型的材料我國在2016年發射神舟11號飛船時已經有新聞報道宣稱攻克。

再入器前緣材料需要保證飛行器內部溫度不高於177°，而外部即使在1900°高溫時仍然不會被融化，美國採取的是碳-碳殼體。近年來，我國也開始嘗試利用特種陶瓷來解決該問題。該材料使飛行器內部溫度保持電子設備可運行的狀態，最近進展是中南大學粉末冶金國家實驗室黃伯雲院士團開發出了可承受3000度高溫的特徵航天材料，實際上也是一種變種的碳-碳殼體。

同一個研究院的教授熊翔曾在媒體公開宣稱「由於這種超高溫陶瓷兼具了碳化物的高溫適應性和硼化物的抗氧化特性，使上述塗層和複合材料表現出優越的抗燒蝕性能和抗熱震性能，是高超聲速飛行器關鍵部件極具前途的候選材料」。此外，突破隔熱問題也需要飛行器計算機能夠提前預測溫度分布，該技術可以依靠計算和大量的高超聲速風洞試驗完成，而目前全世界最大、性能最先進的高超聲速激波風洞就是在北京懷柔雁棲湖畔錢學森國家工程科學實驗基地。該風洞名為JF-12，可以構建一個飛行器在25～50千米高空、以5～9倍的聲速飛行時的氣流條件。

而高超聲速條件下的姿態控制為最難，HTV-2在2010年和2011年分別在誇賈林靶場進行了兩次試驗均告失敗。HTV-2試圖達到三類控制目標，第一是最初的能量管控，消耗掉多餘能量，第二是在飛行過程中的三通道（俯仰、滾轉、偏航）控制，第三是最終的滑翔俯衝。其失敗原因被技術專家描述為「我們還不知道在高超聲速滑翔階段如何控制它」，因為攻角只要稍超過預期值，控制就會失效，一般滑翔導彈的最大橫向機動和射程之比是比較固定的。

需要注意的是，HTV-2的預設射程為16000千米以上，速度為22馬赫左右，這樣的目標過大，相當於洲際導彈水平。我國的東風-21導彈屬於中程彈道導彈，其末端最大速度不過10馬赫左右。裝滑翔彈頭後，由於助推器和彈頭分離後，滑翔彈頭在空氣阻力作用下始終處於減速過程，因而末端速度還會降低更多。根據我國建設的JF-12風洞試驗條件，基本可以判定，其末端速度可能在5～9馬赫之間，最大橫向機動性也可能在500千米左右。在這樣的條件下實施控制的難度要遠小於HTV-2，這可能也是我國科學家在面對美國失敗時仍然預判東風-17可以上馬並研製成功的主要原因。

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