美國高超聲速飛機(jī)技術(shù)在研項(xiàng)目布局

廖孟豪

自2015年以來，美國空軍首席科學(xué)家、空軍研究實(shí)驗(yàn)室主任等高層人士在多個(gè)公開場合多次宣稱，美國將在21世紀(jì)30年代研制一種壽命有限、性能有限的高超聲速飛機(jī)，在21世紀(jì)40年代研制一種長壽命、高性能的高超聲速飛機(jī)。美國洛克希德·馬丁公司更是在2013年底便宣稱，將在2030年完成SR-72高超聲速飛機(jī)研制。然而，高超聲速飛機(jī)這種高端航空武器裝備的研發(fā)過程，通常需要長達(dá)20年以上的周期。

本文以2017年為節(jié)點(diǎn)，利用開源情報(bào)信息，梳理分析了美國各方在研的高超聲速飛機(jī)技術(shù)項(xiàng)目信息，以期通過美國高超聲速飛機(jī)技術(shù)科研項(xiàng)目的布局概況，切實(shí)掌握美國高超聲速飛機(jī)研發(fā)力度和進(jìn)度。

演示驗(yàn)證類

集成演示驗(yàn)證是航空武器裝備在研發(fā)過程中最具標(biāo)志性的重大里程碑，通常也是高技術(shù)裝備由技術(shù)預(yù)研轉(zhuǎn)入型號研制的關(guān)鍵決策點(diǎn)。目前美國在研的演示驗(yàn)證類項(xiàng)目有兩項(xiàng)，包括飛機(jī)類和發(fā)動(dòng)機(jī)類各一項(xiàng)。

飛機(jī)類演示驗(yàn)證項(xiàng)目為洛克希德·馬丁公司自籌10億美元啟動(dòng)的項(xiàng)目，周期約6年。如果進(jìn)展順利，有望在2023年完成驗(yàn)證機(jī)首飛，從而使美國高超聲速飛機(jī)具備型號研制的技術(shù)條件。

發(fā)動(dòng)機(jī)類演示驗(yàn)證項(xiàng)目為美國國防預(yù)研局（DARPA）主管，計(jì)劃在2020年完成馬赫數(shù)Ma5級全尺寸TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)地面驗(yàn)證，目前已經(jīng)完成了科研合同簽署，承研單位確定為美國軌道ATK公司和洛克達(dá)因公司。

此外，波音公司在2018年1月也公開披露了Ma5級高超聲速飛機(jī)的概念方案及研制計(jì)劃。目前，波音公司依靠自籌資金以及DARPA和美國空軍的部分資助，已經(jīng)完成了一輪高超聲速飛機(jī)概念方案研究。波音期望以該方案為基礎(chǔ)，第一步先研制一型F-16大小、采用單臺(tái)渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)（TBCC）的驗(yàn)證機(jī)，第二步再研制一型SR-71大小、采用兩臺(tái)TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)型號，并計(jì)劃在21世紀(jì)20年代末完成型號，打造SR-71偵察機(jī)的后繼機(jī)。

關(guān)鍵技術(shù)研究類

截至目前，從大量公開信息不難判斷，美國軍方主導(dǎo)的高超聲速飛機(jī)科研工作仍處于以“技術(shù)推動(dòng)”為主基調(diào)的預(yù)研階段，主管機(jī)關(guān)為掌管美國空軍全部預(yù)研工作的美空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）。從本文羅列的在研項(xiàng)目信息可以看出，AFRL在高超聲速飛機(jī)技術(shù)預(yù)研領(lǐng)域已經(jīng)系統(tǒng)性地安排了包括總體氣動(dòng)、推進(jìn)系統(tǒng)、材料結(jié)構(gòu)與制造、機(jī)載系統(tǒng)（包括航電、機(jī)電）等技術(shù)方向，其中又以總體氣動(dòng)和推進(jìn)系統(tǒng)等瓶頸技術(shù)為重點(diǎn)，布局全面，主次分明。

總體氣動(dòng)

主要依托“高速作戰(zhàn)平臺(tái)支撐技術(shù)”（ETHOS）項(xiàng)目，計(jì)劃投入3億美元預(yù)算和7年時(shí)間，系統(tǒng)安排了Ma3以上高速/高超聲速作戰(zhàn)平臺(tái)技術(shù)（包括飛機(jī)和可重復(fù)使用航天運(yùn)載飛行器）的科研工作，全面提升相關(guān)技術(shù)的成熟度。

推進(jìn)系統(tǒng)

以渦輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)（TBCC）為主線，布局了高速渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、中等尺寸超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等核心部件的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目；同時(shí)以換熱預(yù)冷動(dòng)力技術(shù)為輔線安排相關(guān)技術(shù)探索和考核摸底研究。

材料結(jié)構(gòu)與制造

以中等投資強(qiáng)度，在材料、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)制造工藝等方面面向企業(yè)和院校安排了研究項(xiàng)目，做好相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備。

機(jī)載系統(tǒng)

以較低投資強(qiáng)度，面向中小企業(yè)安排了電力生成系統(tǒng)、機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)和機(jī)載光電/紅外系統(tǒng)等方向的探索性研究。

試驗(yàn)試飛技術(shù)類項(xiàng)目

高超聲速試驗(yàn)設(shè)施是支撐掌握高超聲速科學(xué)理論、驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)以及開展裝備工程研制不可或缺的基礎(chǔ)能力。圍繞高超聲速飛機(jī)需求，美國空軍重點(diǎn)安排了一個(gè)高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)的研制和試飛項(xiàng)目，試圖通過大批量、高頻次的飛行試驗(yàn)，快速提升高超聲速技術(shù)成熟度。

該項(xiàng)目雖然未披露預(yù)算信息，但本文分析認(rèn)為，若該項(xiàng)目按計(jì)劃順利實(shí)施，其經(jīng)費(fèi)規(guī)模在項(xiàng)目周期內(nèi)總計(jì)將超過12億美元（不含飛行試驗(yàn)平臺(tái)研制費(fèi)，僅為利用該平臺(tái)開展飛行試驗(yàn)的部分費(fèi)用）。此外，美國空軍還安排了高空大氣數(shù)據(jù)收集、中等尺寸超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)直連式地面試驗(yàn)設(shè)施、高超聲速飛機(jī)設(shè)計(jì)仿真計(jì)算工具等新建或升級改造工作。

分析與總結(jié)

必須說明的是，本文所列項(xiàng)目一定不是美國在研項(xiàng)目的全部，而僅僅是公開的部分項(xiàng)目。盡管如此，通過分析這些項(xiàng)目，仍可管窺美國高超聲速飛機(jī)科研概況。總體上，美軍主導(dǎo)的高超聲速飛機(jī)研究已經(jīng)全面布局開展技術(shù)攻關(guān)，并已啟動(dòng)分系統(tǒng)級演示驗(yàn)證，美國工業(yè)界主導(dǎo)的高超聲速飛機(jī)研究也即將啟動(dòng)飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)演示驗(yàn)證。

以2017年為節(jié)點(diǎn)，美國高超聲速飛機(jī)技術(shù)在研項(xiàng)目布局特點(diǎn)包括：

（1）門類齊全，方向廣泛。涵蓋了集成演示驗(yàn)證、關(guān)鍵技術(shù)研究和條件保障等類別，技術(shù)領(lǐng)域涵蓋了總體氣動(dòng)、推進(jìn)、材料結(jié)構(gòu)與制造、機(jī)電、航電、地面與飛行試驗(yàn)、建模仿真等。

（2）重點(diǎn)突出，主次分明。重點(diǎn)技術(shù)方向安排了總體、推進(jìn)以及飛行試驗(yàn)平臺(tái)等項(xiàng)目，穩(wěn)步推進(jìn)高超聲速飛機(jī)瓶頸技術(shù)突破和成熟。相關(guān)航電、機(jī)電等技術(shù)則僅以較小投資開展技術(shù)探索。

（3）軍方投資為主，企業(yè)自籌為輔。無論項(xiàng)目數(shù)量還是經(jīng)費(fèi)投入，美國空軍無疑是主導(dǎo)美國高超聲速飛機(jī)技術(shù)研發(fā)的主管機(jī)關(guān)。在經(jīng)費(fèi)規(guī)模上，全部項(xiàng)目總計(jì)超過26億美元，其中美空軍主管項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)超過15億美元，洛馬公司自籌項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)10億美元，DARPA主管項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)不到1億美元。不難預(yù)見，隨著時(shí)間推移，美國各界將逐步啟動(dòng)更多高超聲速飛機(jī)技術(shù)科研項(xiàng)目，投入經(jīng)費(fèi)規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大。

盡管目前還沒有公開信息顯示，但美國軍方、洛馬和波音已經(jīng)投入資金正式啟動(dòng)了高超聲速飛機(jī)或驗(yàn)證機(jī)的研制。從以上在研項(xiàng)目布局來看，美國有基礎(chǔ)、有能力實(shí)現(xiàn)“在2030年代率先研制一型壽命有限的高超聲速飛機(jī)，在2040年代研制一型長壽命、高性能的高超聲速飛機(jī)”的發(fā)展構(gòu)想。