不甘落后的參與者

單方

歐 洲

歐洲國家同樣進(jìn)行了一系列的高超音速技術(shù)研究，比如法國的STATALTEX和X 422項(xiàng)目。不過歐洲高超音速領(lǐng)域最著名的研究還是20世紀(jì)80年代提出的“赫爾墨斯”小型航天飛機(jī)（上圖）、“桑格爾Ⅱ”空天飛機(jī)和“霍托爾”空天飛機(jī)，堪稱歐洲三杰。

“赫爾墨斯”是一種可重復(fù)使用的航天飛機(jī)，它使用阿里安5火箭發(fā)射，要克服從近地軌道再入返回的嚴(yán)酷考驗(yàn)，對(duì)高超音速氣動(dòng)飛行控制和熱防護(hù)系統(tǒng)都提出了很高的要求。“桑格爾Ⅱ”是一種類似米格-105的設(shè)計(jì)，它的母機(jī)在馬赫數(shù)5速度下釋放子機(jī)，子機(jī)的液氧液氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)海平面比沖堪比美國今天RS-68A液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)的真空比沖，而它在高超音速方面的主要難題，同樣是氣動(dòng)和防熱。

相比之下，英國的“霍托爾”要激進(jìn)的多。它使用了羅爾斯-羅伊斯公司的先進(jìn)組合吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)RB545。這種獨(dú)特的發(fā)動(dòng)機(jī)不僅可以在沖壓模式下工作，還可以在火箭模式下工作，最終實(shí)現(xiàn)單級(jí)入軌重復(fù)使用的宏偉目標(biāo)。

遺憾的是，可重復(fù)使用的航天飛機(jī)/空天飛機(jī)不僅技術(shù)難度極大，而且研制和使用成本非常高，最終在歐洲放棄獨(dú)立載人航天能力后付之東流。

歐洲對(duì)高超音速技術(shù)的追求并沒有因此結(jié)束?！盎敉袪枴毕埋R后，心有不甘的工程師們組建了反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司，提出了“云霄塔”空天飛機(jī)方案?！霸葡鏊蓖瑯幼非髥渭?jí)入軌和重復(fù)使用的能力。反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)公司還計(jì)劃使用“佩刀”研制馬赫數(shù)5的高超音速洲際航班客機(jī)，力圖使倫敦到悉尼的快速航班變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。經(jīng)過二十年的臥薪嘗膽，“佩刀”已經(jīng)證明了關(guān)鍵的換熱器設(shè)計(jì)的可行性，十年內(nèi)有望看到它實(shí)際飛行，甚至看到“云霄塔”對(duì)接國際空間站的壯觀一幕。

法國從1992年到1998年實(shí)施了PREPHA項(xiàng)目，這是一個(gè)雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)飛行器項(xiàng)目。1999年又開始了雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)PROMETHEE項(xiàng)目。法國還提出了ASLP和MARS等高超音速導(dǎo)彈的設(shè)想，以及高超音速吸氣式推進(jìn)的無人機(jī)設(shè)計(jì)。

先進(jìn)的推進(jìn)技術(shù)為研制300名乘客、15000-18000千米航程、速度馬赫數(shù)5-8的高超音速客機(jī)奠定基礎(chǔ)。歐洲的另一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目是高速飛行的空氣動(dòng)力和熱載荷交互及先進(jìn)的輕型材料，它使用甲烷燃料計(jì)劃實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)5-6的速度，并進(jìn)行了耐高溫陶瓷，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)外形和發(fā)汗式冷卻技術(shù)的研究。歐洲人還計(jì)劃進(jìn)行LEA和HEXAFLY試驗(yàn)項(xiàng)目，以增強(qiáng)對(duì)高超音速飛行器的先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和防熱等關(guān)鍵技術(shù)的研究，其中LEA高超音速驗(yàn)證機(jī)將使用俄羅斯的“彩虹”D2試驗(yàn)器發(fā)射，而HEXAFLY也是一個(gè)歐俄合作研究項(xiàng)目（題圖）。

歐洲航天局不僅研制了哥倫布軌道艙，還打算研制自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器和乘員運(yùn)輸飛行器，其中后者作為載人飛船需要突破關(guān)鍵的返回技術(shù)。1998年歐洲航天局進(jìn)行大氣層外再入試驗(yàn)飛行器試驗(yàn)。它的外形設(shè)計(jì)和“阿波羅”飛船相似，重量2.8噸最大直徑2.8米。其試驗(yàn)旨在實(shí)驗(yàn)航天器返回地面的全套技術(shù)，包括再入過程中的氣動(dòng)受力和氣動(dòng)加熱，以及導(dǎo)航制導(dǎo)控制和海上打撈回收經(jīng)驗(yàn)。德國還進(jìn)行了著名的SHEFEX銳邊飛行試驗(yàn)器研究。

傳統(tǒng)的高超音速飛行器要么是基于再入彈頭的圓錐體、雙椎體等外形，要么是升力體或航天飛機(jī)那樣有翼的氣動(dòng)外形，而德國的研究項(xiàng)目使用小型火箭發(fā)射外形獨(dú)特的銳邊飛行器進(jìn)行再入大氣層控制和防熱技術(shù)的研究，擴(kuò)展了人類對(duì)高超音速下氣動(dòng)和防熱設(shè)計(jì)的研究。2015年2月11日IXV飛行器由“織女星”火箭發(fā)射后再入大氣層并落入太平洋，它擁有兩個(gè)可動(dòng)襟翼進(jìn)行再入高超音速飛行中的飛行控制，還使用了耐熱陶瓷和燒蝕性材料制成的機(jī)身，主要用于驗(yàn)證再入飛行器的氣動(dòng)控制和防熱技術(shù)。IXV作為歐航局下一代運(yùn)載系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目之一，將為歐洲研制下一代再入飛行器鋪平了道路，有助于研制可重復(fù)使用的貨運(yùn)甚至在人飛船。

日 本

日本在高超音速領(lǐng)域也有巨額投入，并以高超音速客機(jī)和高超音速技術(shù)上的重復(fù)使用航天器為重點(diǎn)進(jìn)行了大量研究。日本參與國際空間站項(xiàng)目前后，航天方面的需求同樣帶來了對(duì)高超音速氣動(dòng)防熱的研究。為了研制可重復(fù)使用的軌道飛機(jī)HOPE，從1994年開始，日本先后進(jìn)行了軌道再入等一系列實(shí)驗(yàn)，使用小型艙體驗(yàn)證了軌道返回的氣動(dòng)控制和防熱系統(tǒng)技術(shù)。日本近些年來還打算在HTV貨運(yùn)飛船上增加下行貨運(yùn)能力，也就是研制HTV-R飛船。它使用的倒錐形返回艙也將為日本獲得更多的高超音速飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為更遙遠(yuǎn)的載人飛船奠定基礎(chǔ)。

日本還進(jìn)行了一系列高超音速推進(jìn)系統(tǒng)的研究。從20世紀(jì)80年代開始日本進(jìn)行了渦輪基組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)的研究，其中預(yù)冷高速渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)方案一路發(fā)展下來，吸氣式渦輪沖壓膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目就是其中的核心，目前日本正在積極探索馬赫數(shù)4-8的先進(jìn)吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為未來研制高超音速導(dǎo)彈和客機(jī)鋪平道路。

日本還推動(dòng)HYTEX研究項(xiàng)目，使用固體火箭測(cè)試馬赫數(shù)5的預(yù)冷吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。日本也為未來的重復(fù)使用航天器進(jìn)行了火箭基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，其中使用RJTF發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)施測(cè)試了4、6、8馬赫的工作情況，而HIEST項(xiàng)目則著眼馬赫數(shù)8-15的工作范圍，正在進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試。

印 度

印度也進(jìn)行了高超音速技術(shù)的研究。2006年印度進(jìn)行了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的地面試驗(yàn)，據(jù)稱在風(fēng)洞中實(shí)現(xiàn)了馬赫數(shù)6下穩(wěn)定燃燒了7秒。2010年3月4日印度使用探空火箭進(jìn)行了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室模塊的被動(dòng)飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)使用的火箭稱為高級(jí)技術(shù)火箭。火箭頂部搭載了一個(gè)被動(dòng)式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室模塊，對(duì)超燃沖壓技術(shù)進(jìn)行演示，火箭在預(yù)定的環(huán)境下進(jìn)行了7秒的高速飛行，搜集了燃燒室的氣動(dòng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的主動(dòng)式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

印度還使用ATV火箭進(jìn)行RLVTD的系列試驗(yàn)，其中第一次試驗(yàn)HEX發(fā)射了一架縮比的小型航天飛機(jī)。2016年5月23日HEX試驗(yàn)成功，驗(yàn)證了航天飛機(jī)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)和防熱系統(tǒng)。當(dāng)然航天飛機(jī)縮比模型只達(dá)到了不到馬赫數(shù)6，飛行高度也僅有約65千米，其試驗(yàn)難度與其他國家有很大差距。印度還在積極準(zhǔn)備后續(xù)RLV-TD飛行試驗(yàn)，據(jù)稱后續(xù)飛行試驗(yàn)中將驗(yàn)證超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的主動(dòng)燃燒試驗(yàn)，使印度突破高超音速推進(jìn)技術(shù)，躋身屈指可數(shù)的高超音速技術(shù)俱樂部。按照預(yù)定計(jì)劃，印度的RLV-TD總計(jì)進(jìn)行4次飛行試驗(yàn)，為印度發(fā)展可重復(fù)使用運(yùn)載器鋪平道路。印度使用ATV的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)也在繼續(xù)，據(jù)稱2016年月或是略晚進(jìn)行ATV的后續(xù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行主動(dòng)點(diǎn)火燃燒，印度空間研究組織希望達(dá)成馬赫數(shù)6速度下點(diǎn)火和發(fā)動(dòng)機(jī)工作5秒的目標(biāo)。

印度還和俄羅斯聯(lián)合開展了“布拉莫斯2”高超音速巡航導(dǎo)彈項(xiàng)目，不過由于技術(shù)難度巨大，發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)不斷推遲，導(dǎo)彈首飛更是遙遙無期?！安祭?”更多的還停留在紙面上，不過航展中展出的類似美國X-43A的模型，倒是展示了印度在高超音速技術(shù)領(lǐng)域的雄心壯志。

澳大利亞

澳大利亞等國家也沒有放棄對(duì)高超音速技術(shù)的研究，著名的Hyshot和Hifire就是美澳合作的高超音速的項(xiàng)目。Hyshot項(xiàng)目使用小獵犬-獵戶座火箭進(jìn)行高超音速試驗(yàn)，主要用于驗(yàn)證超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況，2001年首次試驗(yàn)試驗(yàn)。而2002年7月30日的第二次試驗(yàn)中，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)首次成功工作產(chǎn)生加速。當(dāng)然很多人更傾向于俄羅斯“冷“計(jì)劃才是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的首次成功試驗(yàn)，Hyshot項(xiàng)目后續(xù)又進(jìn)行了多次試驗(yàn)。

Hifire計(jì)劃由美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室和澳大利亞國防科學(xué)與技術(shù)組織共同領(lǐng)導(dǎo)，項(xiàng)目更注重高超音速技術(shù)的基礎(chǔ)研究。Hifire計(jì)劃進(jìn)行最多10次飛行試驗(yàn)，其中前三次分別編號(hào)為HyshotⅤ、Hyshot Ⅵ和Hyshot Ⅶ，分別進(jìn)行高超音速下的乘波滑翔、馬赫數(shù)8下超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的自由飛行和馬赫數(shù)8下超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力飛行，Hifire計(jì)劃將搜集大于馬赫數(shù)5的高超音速飛行數(shù)據(jù)，為未來的吸氣式高超音速飛行器尤其是武器系統(tǒng)的研制奠定基礎(chǔ)。