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高超声速技术引领航天运载器的革命

2010-03-23 21:43:32

来源:科技日报

  我国著名科学家钱学森先生是高超声速技术的最早倡导者之一。他在1945年发表的一篇论文“论高超声速相似律”中,首先采用Hypersonic这个词来表示高超声速,即飞行M数大于5的飞行,后来这个词就在全世界流行开来。他在1962年出版的《星际航行概论》一书中,还具体提出了用一架装有喷气发动机的大飞机,作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机,作为第二级运载工具的航天运载器概念。而关于喷气发动机,他提出要“以涡轮喷气发动机起飞,当高度超过10公里及飞行速度达到两倍声速以上时再把冲压发动机开动,继续爬高和加速,直到极限,然后第二级火箭脱离第一级起飞”。在上世纪80年代后,许多国家又详细研究了钱学森先生提出的这个概念。

  高超声速技术发展历程

  上世纪50年代末,美国X-15用火箭发动机实现了首次高超声速飞行。这样,今天指的高超声速技术已专指借助空气中的氧而用吸气式发动机进行的高超声速飞行。半个世纪以来,这项研究虽经历多次起伏,但由于这项技术在新世纪的重要战略地位,许多国家至今仍继续投入大量人力物力,坚持不懈地进行研究。20世纪60年代,国际上广泛开展了超声速燃烧冲压发动机(Scramjet)等一批关键技术的研究,但由于技术不成熟,在美国航天飞机设计时却不得不仍然使用风险小得多的火箭发动机。

  1986年美国的空天飞机(NASP)计划上马,被人们称之谓“高超声速技术的复苏”。1995年这个耗资超过30亿美元的计划因种种原因而下马时,国内外不少同行惊呼吸气式高超声速飞行“路在何方?”。NASP计划终止后,美国航空航天局(NASA)继续执行了一项较小的计划,即高超声速X飞行器(Hyper-X)计划,其目的是扩展将来可以军用和民用的高超声速飞行的技术基础。它将研制一个3.66m长的无人高超声速验证机。验证机采用升力体构形,发动机采用氢燃料、双模态(冲压/超燃冲压),工作范围是M=4—10,机身和发动机采用一体化设计。这个验证机将由B-52飞机投放的“飞马”火箭的第一级来助推。2001年6月2日,这个计划的第一次飞行试验(X-43A),由于“飞马”火箭出现故障而失败。与此同时,美国空军也开始了另一个计划,即高超声速技术(HyTech)计划。它以可攻击运动目标的机载远程高超声速导弹为任务目标,巡航M数为7—8,射程为1390km。计划的核心是验证可供导弹在M=4—8使用的超声速燃烧冲压发动机。这种发动机使用碳氢燃料,是一次性使用的。

  最近,美国国防部和NASA为了加速高超声速技术的发展,正在推动一个国家“航空航天倡议”。除上述美国的计划外,俄罗斯、法、德、日、印度和澳大利亚等国,都有相应的发展计划。

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