揭密5倍声速的隐形技术

X-43A曾经达到创纪录的9.68马赫，是一款非常具有潜力的高超音速技术验证机

X-51A被美军认为是全球打击的利器，5马赫以上的速度使得发现即摧毁的任务目标得以实现

    据国外媒体报道，1998年8月20日，比尔•克林顿下令位于阿拉伯海上的美国海军舰艇向阿富汗东部霍斯特镇附近的恐怖分子训练营发射战斧式巡航导弹，试图将乌萨马•本•拉登歼灭，但是战斧式巡航导弹的速度为亚音速，即每小时880公里，当导弹抵达目标上空时花费了两个小时，而主要目标拉登已经离开了训练营。

    美国军方认为战斧式巡航导弹的亚音速攻击无法胜任发现即摧毁的作战要求，因此决定研制一种可迅速攻击全球任一目标的划时代武器，在一小时内摧毁地球上的任何一个目标。

    该计划一经推出就被外界误认为是核打击的开始，采用传统的弹道导弹攻击可以达到一定的效果，但是这会导致核大国的猜疑和误判，无法区别起飞的弹道导弹是否携带了核弹头，这种不确定性可能挑起全面的核大战。美国军方转而寻找另一种替代方案，研制高超音速无人飞行器，可在大气层中进行吸气式超音速飞行，不会被误认是携带核弹头的弹道导弹。传统的洲际弹道导弹发动机工作原理完全不同于超燃冲压发动机，火箭的体积较大，飞行轨迹为传统的垂直爬升方式。

    大气层内飞行的高超音速飞行器如果要达到火箭般的速度，就需要采用革命性的发动机，工程师预计高超音速飞行器速度将达到5马赫以上，工作方式为吸气式，使用烃类燃料。5马赫速度相当于海平面每小时6200公里，高海拔地区每小时5300公里，更重要的是，高超音速飞行器不会受到弹道导弹条约的限制，如果攻击目标位置出现变化，可迅速改变高超音速飞行器的飞行轨迹，大气层内的飞行比轨道飞行具有更高的轨迹改变能力，这项研究计划不仅服务于美国军方，同时也可以降低民用太空技术的费用。

    高超音速飞行器的研制具有不小的难度，所有的一切都要全新设计，从发动机到外形气动，传统的喷气式战斗机的速度一般为2马赫左右，涡轮风扇或者涡轮喷气发动机都无法胜任高超音速的飞行。涡轮风扇发动机内部结构为大型风扇，这些发动机组件会大大降低工作效率，限制飞行速度，因此更快、更高效的推进方式应该没有复杂的传动部件。其中一个典型的例子为冲压式喷气发动机，该技术被应用于法国ASMPA导弹上，由“阵风”和“幻影”战斗机发射，其可携带核弹头，速度可达到3马赫，飞行距离为500公里。

    工程师摒弃了火箭发动机和冲压式喷气发动机方案，研制出超燃冲压发动机，利用一个特殊的进气道将空气吸入，如此快的速度如何能让燃烧室继续燃烧呢？加州理工大学高超音速推进技术专家罗素•卡明斯将其比喻为在飓风中点燃火柴，并且能保持火柴燃烧旺盛。进入进气道的空气流速可达超音速，这就需要对进气道流形进行处理，并且使得氧气与燃料快速混合，借助较大冲击波能量在燃烧室中点燃，该技术也被称为级联电离，在几纳秒的时间完成空气和燃料的控制混合。

    此外，超燃冲压发动机的燃料也必须远离燃烧室周围舱壁结构，苛刻的要求使得问题开始复杂化，进气道气流的温度和气压都需要保持在合理的范围之内，换句话说，超燃冲压发动机的点火是十分困难的，而在工作状态下不使其发生爆炸更是难上加难。超燃冲压发动机不能通过自身动力开始从0加速，需要一定的初始速度，对空气进行预压缩，因此科学家使用B-52载机携带X-51A“乘波者”飞行器，让其拥有一定的起飞速度。

    自20世纪50年代以来，工程师就开始研制超燃冲压发动机技术，直到20世纪90年代，俄罗斯的研究人员成功进行该发动机的飞行试验，但法国和美国怀疑其是否达到超音速燃烧的技术要求。2004年11月，使用氢燃料的X-43A无人飞行器达到创纪录的9.68马赫，这是第一次完全受控的超燃冲压发动机测试飞行，但历时仅10秒。美国宇航局目前正专注于研制大气层内高超音速飞行技术，最新型的X-51A“乘波者”飞行器由数家机构参与研制，其中包括美国空军、国防部高级研究计划局、波音公司以及美国宇航局等。

    2010年5月进行X-51A飞行测试，达到5马赫的速度，但是没有突破预期的6马赫，飞行过程持续了大约200秒左右，2011年6月和2012年8月进行的飞行测试都失败了，2013年5月1日的试飞中，X-51A保持5.1马赫飞行速度达4分钟，是超燃冲压发动机飞行的最长记录。2010年，美国太平洋司令部司令、海军上将罗伯特•威拉德认为由中国研制的DF-21D反舰弹道导弹已经具备初始的作战能力，可从轨道上以高超音速攻击水面舰艇，尽管DF-21D的制导系统准确性是个未知数，但是这款超级高超音速弹头的出现改变了西太平洋的平衡。

    高超音速武器的研制依然会进行下去，工程师认为下一个目标就是突破16马赫，似乎这个目标是不可能完成的任务。航天飞机重返大气层的速度可达到25马赫，如此快的摩擦可形成一层等离子体，使得无线电信号无法穿透。一家位于伊利诺伊州的公司认为一种被称为“陶瓷复合材料”的技术可屏蔽极端的温度，未来可用于重返大气层的飞行器。比利时冯卡门流体动力学研究所科学家称已经开展对14马赫飞行速度的研究，未来的高超音速飞行器必然将统治地球的大气层。