空军在未来寻找高超音速武器和太空船

这幅空军插图描绘了X-51A Waverider超燃冲压发动机飞行器在2010年5月26日的高超音速飞行试验中的情况。它由普惠Rocketdyne SJY61超燃冲压发动机提供动力，设计用于依靠自己的冲击波加速至6马赫左右。

美国空军最近的一次超燃冲压发动机试验表明，未来高超音速飞行器将以数倍于世界各地音速的速度划过天空，甚至可能开辟太空之路。

5月26日，实验性的X-51A Waverider使用火箭助推器和吸气式超燃冲压发动机将速度提高到5马赫，并实现了有史以来由这种发动机驱动的最长高超音速飞行。这项技术不仅可以将尸体快速运送到全球不同地区，还可以改变航天工业，产生真正的从同一跑道起飞和降落的太空飞机。

航空航天飞行器能够驾驭自己的冲击波，这可能解释了为什么该项目得到五角大楼国防高级研究计划局（DARPA）、美国国家航空航天局和美国海军的支持。

俄亥俄州赖特帕特森空军基地空军研究实验室X-51A项目经理CharlieBrink在6月1日的一次选举会议上说：“我们未来可能会有高超音速武器，在10分钟内飞行600海里。”

超燃冲压喷气发动机还可以消除对火箭携带的大量巨大氧化剂罐的需求，因为发动机在以高超音速飞行时从空气中捕获氧气与燃料混合。Brink说，这将使未来的太空升力系统或太空飞机能够携带更大的有效载荷，并更有效地运行。

这一概念自然让美国国家航空航天局兴奋不已，因为美国航天局继续与空军就X-51A项目以及HIFiRE飞行2号超燃冲压发动机实验进行磋商。

弗吉尼亚州NASA兰利研究中心的NASA高超音速项目首席研究员詹姆斯·皮特曼说：“美国国家航空航天局最终希望使用吸气推进技术使大型飞行器能够进入太空。”

但首先，军事和民用研究人员将不得不改进超燃冲压发动机，这标志着与过去的喷气发动机技术的重大突破。

高超音速飞行技术史

洛克希德公司的超音速SR-71无人机在20世纪60年代至90年代末的运行中可以达到3.2马赫的速度。隐形侦察机依靠涡轮喷气发动机辅助的冲压发动机，这种发动机在高速下压缩进入的气流，但减缓了气流，使发动机在亚音速下燃烧。

相比之下，超燃冲压发动机的设计使得整个发动机的气流能够继续以超音速飞行。这将速度限制提高到5马赫或更多的高超音速。

超音速燃烧冲压发动机飞行器的首次飞行试验来自美国国家航空航天局的X-43A项目，也称为Hyper-X。2004年3月，它的试飞速度达到6.8马赫，随后的试飞在2004年11月达到9.6马赫。

这大约是7000英里/小时（11265公里/小时），比SR-71快三倍。

自那以后，空军的X-51A Waveriderhas吸取了X-43A的许多经验教训，即使新的实验飞行器配备了更复杂的超燃冲压发动机。X-51A声称在其200秒的飞行测试中燃烧时间最长，但尚未打破X-43A的速度记录。

美国国家航空航天局兰利高超音速空气呼吸推进部门负责人Kenneth Rock表示：“Hyper-X在许多领域为X-51计划提供了一个令人振奋的起点。”

Rock和他的同事在X-43A项目期间已经进行了许多风洞测试和计算机模拟，发现模型数据与实际飞行测试非常吻合。Rock告诉太空网，这让X-51Aprogram信心倍增，因为它知道通过建模发现的未知因素相当少。

美国国家航空航天局的研究人员不仅分享了他们在X-51A项目上的经验，还帮助参与了对正在进行的空军项目的独立审查。他们补充了一些关于如何在X-51A测试时简化飞行操作的提示，X-51A的飞行路线与X-43A从美国西海岸飞越太平洋的路线并无不同。

太空平面的崛起

如果超燃冲压发动机技术取得足够的进步，它可能成为推动无人驾驶或有人驾驶飞行器进入太空的系统的一部分。太空飞机甚至可能出现，几乎可以在任何时候飞入太空，而不受发射窗口的限制。

超燃冲压发动机驱动的飞行器需要依靠常规火箭或喷气发动机才能达到4马赫，这样超燃冲压喷气发动机才能在进入地球轨道的第一阶段以高超音速飞行。

波音PhantomWorks/Defense的高超音速飞行技术主管兼X-51项目经理JosephVogel在电话会议上表示，X-51A超燃冲压发动机本身不足以让飞行器进入轨道。波音公司和普惠火箭发动机公司都是帮助设计和建造X-51A的私人财团的一部分。

Vogel解释说，未来的任何太空升力系统都需要更高能的氢基燃料，而不是超音速飞机中使用的JP-7喷气燃料。

沃格尔说：“我想说的是，在未来15到30年内——我会告诉你大致的情况——但可能在15到20年内，你会开始看到技术正在扩展到可以将飞机送入外太空的地步。”

美国国家航空航天局兰利分校的Rock表示，改善太空访问是美国国家航空和宇宙航行局等合作伙伴的驱动目标。他补充说，灵活、按需进入太空也可能带来更多的太空探索机会。

Rock说：“当然还有一些操作限制需要克服，但我们相信这项技术可以实现今天不可能实现的任务。”

加速迈向未来

不出所料，迈向人类未来的道路并非总是一帆风顺。

DARPA试图在4月下旬发射自己的HTV-2高超音速滑翔机原型，但在飞行初期与该飞行器失去了联系。

同样，空军的X-51AWaverider也没有达到达到6马赫并使其超燃冲压发动机燃烧300秒的预期目标。在整个飞行过程中都出现了不寻常的读数，直到X-51神秘地开始失去速度并开始向海洋倾斜。

空军随后在失去有效控制三秒钟后终止了该飞行器，但强调喷气发动机本身工作良好，很可能没有故障。意大利已经计划在今年晚些时候再进行三次X-51测试。

发射X-51的B-52轰炸机的项目飞行员丹尼·米尔曼中校表示，未来越来越多的高超音速试验可能受益于在美国西部建立几个可以清理的灵活走廊。

作为美国国家航空航天局和澳大利亚研究人员参与的一个国际项目的一部分，空军也一直在澳大利亚的伍默拉试验场进行高超音速试验。

Vogel指出，至少X-51A在早期已经取得了一些成功，因此应该鼓励美国政府继续投资超燃冲压发动机技术。

沃格尔说：“但同样，我们需要完成剩下的任务，以证明这项技术是真正可行的，因为人们不会想当然地认为你做过一次，并称之为真正的技术证明。”