□ 安 慧

高超聲速飛行在廣義上可泛指在大氣層中馬赫數(shù)大于5的飛行。在這個(gè)意義上，飛船、航天飛機(jī)（包括美國(guó)的X-37B）、導(dǎo)彈的再入段，都有一段是高超聲速飛行，包括它們的上升段，也有一段是高超聲速飛行，但它們都沒(méi)有進(jìn)行高超聲速巡航，遇到的問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單。在本文中我們著重討論用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在大氣層中進(jìn)行高超聲速巡航的飛行器，以及用火箭助推到高空然后滑翔的飛行器。由于它們的高超聲速飛行時(shí)間較長(zhǎng)，遇到的問(wèn)題就要復(fù)雜得多。

HyFly的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)

人類(lèi)飛行遭遇高超聲速屏障

飛得更快、更高、更遠(yuǎn)，是人類(lèi)永恒的追求。在上世紀(jì)50年代起，國(guó)際航空航天界，就關(guān)注高超聲速巡航的技術(shù)，其核心是超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)）、高升阻比氣動(dòng)外形、機(jī)體與發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)、防熱結(jié)構(gòu)與材料、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，高超聲速技術(shù)始終未能全面突破。從而，航空航天界就將高超聲速巡航，列為人類(lèi)飛行繼克服“音障”和“熱障”后，將要攻克的第三道屏障。

1986年美國(guó)航宇局（NASA），決定在其30多年研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展單級(jí)入軌的空天飛機(jī)（NASP）,但在花出30億代價(jià)后，最后不得不下馬。該計(jì)劃下馬的主要原因的是方案過(guò)于先進(jìn)；超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還不成熟；所需資金過(guò)大而無(wú)法承擔(dān)；過(guò)分依賴(lài)于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的計(jì)算，對(duì)地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)重視不夠等。在這之后，美國(guó)航宇局認(rèn)真吸取了教訓(xùn)，繼續(xù)執(zhí)行了一項(xiàng)規(guī)模較小的飛行試驗(yàn)演示驗(yàn)證的Hyper-X計(jì)劃，其目的是擴(kuò)展將來(lái)可以軍民兩用的高超聲速技術(shù)基礎(chǔ)。它的第一個(gè)無(wú)人高超聲速驗(yàn)證機(jī)就是X-43A。

HyFly掛在F-15下

2001年6月2日，在加州愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)行了X- 43A的首次試飛，它與“飛馬座”助推火箭一起，從一架經(jīng)過(guò)改裝的B-52轟炸機(jī)的機(jī)翼脫離，由于助推火箭偏航自爆，試驗(yàn)宣告失敗。2004年3月27日進(jìn)行了第二次試飛。在助推火箭的推動(dòng)下，飛到30千米的高空，此后靠自身的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行約6分鐘后，墜入了太平洋。在飛行中，X-43A的飛行馬赫數(shù)達(dá)到6.83。2004年11月16日進(jìn)行了第三次試飛?！帮w馬座”火箭將X-43A推至大約33.5千米的高空，飛行馬赫數(shù)達(dá)到9.65。從而，X-43A為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)高超聲飛行，跨出了艱難的第一步。但真實(shí)的高超聲速飛行，要比X-43A復(fù)雜得多，為了說(shuō)明問(wèn)題，我們首先從發(fā)動(dòng)機(jī)說(shuō)起。

HyFly的外形

在分離前的HTV-2

X－43A的外形

高超聲速飛行的關(guān)鍵是發(fā)動(dòng)機(jī)

目前超聲速飛機(jī)使用的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，可以工作到馬赫數(shù)稍大于3。在更高的飛行馬赫數(shù)時(shí)，渦輪葉片就會(huì)因受熱而損壞。早在1913年，法國(guó)工程師雷恩·洛蘭，就提出了單靠速度沖壓，不需壓氣機(jī)的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。它通常由進(jìn)氣道、燃燒室、推進(jìn)噴管等三部分組成。1934年時(shí)，施米特和馬德林提出了以沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的“飛行炸彈”，并于1939年完成了原型。后來(lái)這一設(shè)計(jì)，由德空軍于1942年12月24日，研制成功了納粹德國(guó)的V-1巡航導(dǎo)彈。此后，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)已成功地應(yīng)用到一些超聲速飛機(jī)和導(dǎo)彈上。

當(dāng)馬赫數(shù)大于5時(shí)，這種燃燒室中流動(dòng)為亞聲速的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)就不再適用了。其主要原因是氣流由高超聲速滯止到亞聲速，帶來(lái)的進(jìn)氣損失，可引起發(fā)動(dòng)機(jī)性能的急劇下降。氣流滯止，還會(huì)導(dǎo)致氣體溫度過(guò)高，超過(guò)燃燒室能承受的極限。另外，高溫引起的氣體離解，也會(huì)消耗很大一部分化學(xué)反應(yīng)熱。所以，馬赫數(shù)5是沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際極限。為了突破這個(gè)限制，人們提出了在燃燒室中流動(dòng)為超聲速的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)利用由飛行器頭部產(chǎn)生的斜激波和飛行器前體，適當(dāng)壓縮來(lái)流氣體，使其速度降低，溫度升高，但到達(dá)燃燒室后仍為超聲速流動(dòng)。這種新發(fā)動(dòng)機(jī)，成功地避免了氣流溫度過(guò)高的問(wèn)題，但也帶來(lái)了類(lèi)似在颶風(fēng)中點(diǎn)燃一支蠟燭那樣的許多困難。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)外已研究設(shè)計(jì)出多種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)方案。其中，研究最多的是如何將亞燃和超燃發(fā)動(dòng)機(jī)組合起來(lái)，達(dá)到既能在兩種燃燒模態(tài)之間順利轉(zhuǎn)換，又能減輕質(zhì)量的目的。目前主要提出了三種類(lèi)型，即雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和雙燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是指發(fā)動(dòng)機(jī)可以亞聲速燃燒和超聲速燃燒兩種模式工作的發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)雙模態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行馬赫數(shù)低于5時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道內(nèi)產(chǎn)生正激波，使燃燒室進(jìn)口氣流為亞聲速，實(shí)現(xiàn)亞聲速燃燒；當(dāng)馬赫數(shù)大于5時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道內(nèi)產(chǎn)生一串斜激波，氣流以超聲速進(jìn)入燃燒室，實(shí)現(xiàn)超聲速燃燒。對(duì)于采用碳?xì)淙剂系某紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在馬赫3～4.5范圍工作時(shí)，會(huì)發(fā)生燃料不易著火的問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，提出了雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道分為兩部分：一部分引導(dǎo)部分來(lái)流進(jìn)入亞聲速燃燒室，另一部分引導(dǎo)其余來(lái)流進(jìn)入超聲速燃燒室。位于前部的亞聲速燃燒室起超聲速燃燃燒室點(diǎn)火源的作用，使低馬赫數(shù)下，燃料的熱量得以有效釋放。從另一個(gè)觀點(diǎn)看，燃?xì)饬髟诔既紵业娜紵?，就是亞燃后的一種補(bǔ)燃。為了克服碳?xì)淙剂宵c(diǎn)火延遲長(zhǎng)的缺點(diǎn)，一般要用氫來(lái)點(diǎn)燃碳?xì)淙剂稀ｋp燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)就是在低馬赫數(shù)下以碳?xì)淙剂献鱽喡曀偃紵?，在馬赫數(shù)大于5或更高時(shí)，采用氫為燃料。這種發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)用于高超聲速飛機(jī)和空天飛機(jī)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)

X-43A的結(jié)構(gòu)

在解決了燃料的噴射、混合、點(diǎn)火問(wèn)題之后，一個(gè)實(shí)用的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠?jī)煞矫鎭?lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的推力。一方面，通過(guò)設(shè)計(jì)整個(gè)通道內(nèi)部的幾何形狀，準(zhǔn)確控制流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流的速度與壓力；另一方面，還要調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的燃料量，使它能夠準(zhǔn)確地按照需要，完全燃燒并釋放出能量。為此，除了要精心設(shè)計(jì)燃燒室外，還要進(jìn)行進(jìn)氣道、燃燒室和尾噴管的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)體的一體化設(shè)計(jì)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的推力能克服飛行器的阻力和保持飛行器的穩(wěn)定性。通常，協(xié)調(diào)后對(duì)各組成部分的性能要求，是隨飛行馬赫數(shù)的變化而變化的。由此可見(jiàn)，像X- 43A那樣，由助推火箭將飛行器助推到一個(gè)固定的飛行馬赫數(shù)，再啟動(dòng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是較容易的，而在實(shí)際飛行器上，必須經(jīng)歷由超聲速加速到高超聲速的過(guò)程，其飛行馬赫數(shù)是逐漸增加而變化的。由此可見(jiàn)，由于超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作窗口極其狹窄，又因當(dāng)前地面試驗(yàn)?zāi)芰γ黠@不足，對(duì)飛行器性能和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的預(yù)測(cè)，都存在較大的不確定度，再加上實(shí)際飛行中會(huì)有擾動(dòng)，都可能使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)狀態(tài)，而不能維持穩(wěn)定的但時(shí)間極短的超聲速燃燒，最終導(dǎo)致整個(gè)飛行試驗(yàn)的失敗。

美國(guó)空軍正在研制的X-51A

X-43A在風(fēng)洞中進(jìn)行馬赫數(shù)為7的試驗(yàn)

高超聲速試驗(yàn)并非一帆風(fēng)順

2001年，N A S A和美國(guó)國(guó)防部就聯(lián)合提出了“國(guó)家航空航天倡議”（NAI）。該倡議建議美國(guó)發(fā)展高超聲速飛行器分三步走：

（1）近期致力于攻擊關(guān)鍵目標(biāo)的超聲速/高超聲速巡航導(dǎo)彈；

（2）中期集中于發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)全球到達(dá)的高超聲速轟炸機(jī)；

（3）遠(yuǎn)期瞄準(zhǔn)可承擔(dān)得起和及時(shí)進(jìn)入太空的重復(fù)使用的運(yùn)載器。

在這個(gè)倡議的統(tǒng)籌規(guī)劃下，美國(guó)空軍、海軍都進(jìn)行了以高超聲速巡航導(dǎo)彈為背景的驗(yàn)證機(jī)的研制。

美國(guó)空軍在完成HyTech（1995-2002）計(jì)劃的基礎(chǔ)上，推動(dòng)了一個(gè)采用碳?xì)淙剂系某紵龥_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行驗(yàn)證器（X-51A）計(jì)劃。該項(xiàng)目由波音公司、普惠公司和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室共同研制，其飛行馬赫數(shù)將達(dá)到6-7。驗(yàn)證器為乘波外形，長(zhǎng)7.9米，重1810千克。它先用B-52帶飛到馬赫數(shù)0.8-0.9，然后用導(dǎo)彈加速到馬赫數(shù)4.5，再用自己的發(fā)動(dòng)機(jī)加速到馬赫數(shù)6-7。X-51A沿用了X-43A時(shí)采用過(guò)的雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。它的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，必須通過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流幾何、注入燃料的位置和注入量，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種燃燒模態(tài)的轉(zhuǎn)換。

2010年5月26日，X-51A進(jìn)行了的第一次飛行試驗(yàn)。B-52從愛(ài)德華茲空軍基地起飛，爬升到預(yù)定高度后，在馬赫數(shù)0.8的飛行速度下，釋放了由助推器和驗(yàn)證機(jī)組成的X-51A試驗(yàn)系統(tǒng)。大約4秒后，助推器按照預(yù)定程序點(diǎn)火，將X-51A驗(yàn)證機(jī)，助推到馬赫數(shù)4.8。隨后，X-51A驗(yàn)證機(jī)與助推器、級(jí)間段分離，按照預(yù)定程序，成功地完成了一個(gè)平緩的180度滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)。在這一過(guò)程中，X-51A將進(jìn)氣口從上方位置改變?yōu)楦共课恢?，飛行速度略微降低到馬赫數(shù)4.73。隨后，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)先點(diǎn)燃乙烯，然后過(guò)渡到JP-7碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火、燃燒。接著，X-51A開(kāi)始逐步加速。此時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)表明，加速度略低于設(shè)計(jì)值，而且發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部的溫度明顯高于設(shè)計(jì)值。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，X-51 A開(kāi)始減速，并且遙測(cè)信號(hào)丟失，于是下令終止試飛，飛行器啟動(dòng)了自毀程序。結(jié)果，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只工作了140秒，并未達(dá)到預(yù)期的300秒時(shí)間。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，在這次飛行試驗(yàn)中，試驗(yàn)停止在兩種模態(tài)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn)上，估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)仍處在亞聲速燃燒狀態(tài)，并未真正達(dá)到超聲速燃燒狀態(tài)。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，可以認(rèn)為X-51A的這次飛行試驗(yàn)，基本上是失敗的。

2011年6月13日，X-51A又進(jìn)行的第二次飛行試驗(yàn)。在飛行中由于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道未能啟動(dòng)，X-51A第二次飛行就提早終止。在操控人員的控制下，飛行器濺落到加利福尼亞沿海。

2012年8月14日， X-51A的第三次試飛又宣告失敗。美國(guó)空軍原本希望這次X-51A可以加速到6倍聲速，沖上21千米的高空，持續(xù)飛行300秒。在當(dāng)天的試驗(yàn)中，X-51A在15千米高空，從B-52轟炸機(jī)翼下分離后，助推火箭順利點(diǎn)火，但在飛行16秒后，飛行器上一個(gè)平衡尾翼出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致其超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法成功點(diǎn)火，飛行器很快失去控制，墜入太平洋。

美國(guó)海軍的高超聲速飛行試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)展也很不順利。2001年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和海軍研究辦公室（ONR）聯(lián)合開(kāi)展了“高超聲速飛行驗(yàn)證計(jì)劃”（HyFly）。計(jì)劃的目標(biāo)是發(fā)展廉價(jià)的遠(yuǎn)程高超聲速戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。它可在飛機(jī)、艦艇和潛艇上發(fā)射，以攻擊地面目標(biāo)。驗(yàn)證的目標(biāo)是：巡航高度為27.4 千米,到達(dá)最大航程的時(shí)間小于10分鐘。在航程為1112 千米時(shí)保持馬赫數(shù)為6.5巡航，或航程為1482 千米時(shí)保持馬赫數(shù)為4.0巡航，并能拋撒子彈頭。推進(jìn)系統(tǒng)采用與X-43A 和X-51A的雙模態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)完全不同的雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。制造X-43A的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的美國(guó)ATK公司，為HyFly制造了使用碳?xì)淙剂系某紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。2005年8月、2008年1月和2010年7月，HyFly的連續(xù)三次飛行試驗(yàn)，均因動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)故障而宣告失敗。

在車(chē)間中的X-51A

HTV-2的風(fēng)洞試驗(yàn)

HTV的兩次試驗(yàn)均告失敗

前述的美國(guó)“國(guó)家航空航天倡議”，要求將高超聲速技術(shù)和確保太空進(jìn)入能力結(jié)合起來(lái)。為此，2002年，DARPA提出了“兵力運(yùn)用與從本土發(fā)射(FALCON) ”計(jì)劃，也稱(chēng)獵鷹計(jì)劃。獵鷹計(jì)劃近期目標(biāo)是研制一次性小型運(yùn)載火箭(SLV)和通用氣動(dòng)飛行器(CAV)，使用SLV把CAV發(fā)射到亞軌道后，CAV在再入大氣層后，通過(guò)高升阻比的氣動(dòng)外形，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的大距離滑翔，同時(shí)具備大范圍機(jī)動(dòng)的能力，以規(guī)避各種可能的攔截火力。CAV在到達(dá)目標(biāo)附近時(shí)，可釋放攜帶的制導(dǎo)彈藥，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。

2004年美國(guó)國(guó)會(huì)審議獵鷹計(jì)劃時(shí)，美國(guó)參議院極力要求取消CAV的預(yù)算，不過(guò)眾議院則對(duì)CAV情有獨(dú)鐘，要求加大撥款大力發(fā)展。最終兩院達(dá)成妥協(xié)，通過(guò)了預(yù)算撥款但取消了獵鷹計(jì)劃中的武器部分，規(guī)定不能用于武器化的CAV開(kāi)發(fā)，也禁止使用陸基或是潛射彈道導(dǎo)彈發(fā)射CAV。在這之后，CAV改名為高超聲速技術(shù)飛行器(HTV)。HTV作為高超音速技術(shù)演示和驗(yàn)證計(jì)劃的一部分，著眼于進(jìn)行在較高的高空，驗(yàn)證與高超聲速飛行相關(guān)的技術(shù)，如高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、長(zhǎng)時(shí)間高超聲速飛行的防熱技術(shù)、高超聲飛行下的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù)等。在計(jì)劃的執(zhí)行過(guò)程中，HTV-1、HTV-3相繼被撤消，只有由洛克希德馬丁公司的臭鼬團(tuán)隊(duì)研制的HTV-2飛行器，進(jìn)行了兩次飛行試驗(yàn)。

HTV-2使用優(yōu)化設(shè)計(jì)的乘波外形，以提高升阻比。在防熱上在其外部使用了低燒蝕的碳-碳復(fù)合材料，配合一系列隔熱措施，來(lái)確保內(nèi)部的常溫環(huán)境。雖然HTV-2的速度在再入后隨著滑翔不斷降低，但其最終的飛行馬赫數(shù)也在4左右。由于高超聲速飛行的時(shí)間較長(zhǎng)，必須進(jìn)行防熱、氣動(dòng)和控制的一體化設(shè)計(jì)，其難度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于載人飛船與航天飛機(jī)。高超音速飛行也意味著要求更快反應(yīng)的控制，而困難的是人類(lèi)目前并未全面掌握高超聲速下實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力控制的規(guī)律。

2010年4月，在加州范登堡空軍基地，進(jìn)行了獵鷹HTV-2首次飛行試驗(yàn)，用“彌諾陶洛斯-4”運(yùn)載火箭將HTV-2送至預(yù)定分離點(diǎn)，HTV-2在飛行馬赫數(shù)超過(guò)20的情況下與火箭上面級(jí)分離，但在發(fā)射9分鐘后，與地面控制站就失去了聯(lián)系，試驗(yàn)宣告失敗。2010年末，DARPA公布了獨(dú)立的工程審查委員會(huì)對(duì)HTV-2的調(diào)查結(jié)果，指出首飛失控最可能的原因是偏航超出預(yù)期，并同時(shí)伴隨翻滾，這些異?，F(xiàn)象，超出了姿態(tài)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，觸發(fā)了飛行器墜毀。2011年8月13日凌晨，又進(jìn)行了“HTV-2”的第二次試飛，但“獵鷹HTV-2”在升空大約半小時(shí)后，便與地面失去聯(lián)系，試飛再次宣告失敗。DARPA稱(chēng)，對(duì)事故的分析表明，高速飛行導(dǎo)致飛行器大部分外殼損毀。研制者推測(cè)，部分外殼因局部燒蝕損壞后，快速形成的損傷區(qū)在飛行器周?chē)?，產(chǎn)生了意料之外的強(qiáng)大激波，導(dǎo)致飛行器的飛行迅速終止。

實(shí)際上，目前的地面試驗(yàn)設(shè)備難于模擬飛行馬赫數(shù)大于10的真實(shí)飛行，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的C F D計(jì)算結(jié)果，其數(shù)據(jù)的不確定度也很大，難于達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

X-51A的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)

美國(guó)高超聲速試驗(yàn)的啟示

美國(guó)的多個(gè)高超聲速計(jì)劃的相繼失敗，將在一定程度上影響對(duì)突破高超聲速屏障的信心。現(xiàn)在就對(duì)人類(lèi)能否突破這個(gè)高超聲速屏障下個(gè)定論，明顯過(guò)早，關(guān)鍵是要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

盡管美國(guó)的每次高超聲速試驗(yàn)失敗的具體原因各不相同，但綜合起來(lái)，也可以發(fā)現(xiàn)它們有著共同的原因。一是美國(guó)從2008年發(fā)生金融危機(jī)以來(lái)，政府的債務(wù)日益增加，目前已達(dá)GDP的70%左右，這就要求大大縮減國(guó)防預(yù)算。與過(guò)去類(lèi)似的項(xiàng)目相比，美國(guó)對(duì)幾個(gè)高超聲速計(jì)劃的投入都較少，如最復(fù)雜的X-51A的總投入也只有8.8億美元。由于經(jīng)費(fèi)有限，無(wú)法進(jìn)行較充分的地面試驗(yàn)，更無(wú)法建設(shè)能夠模擬飛行馬赫數(shù)大于10的新型地面試驗(yàn)設(shè)備，而單純依靠CFD計(jì)算必將帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。二是美國(guó)軍方對(duì)這些計(jì)劃的期望值過(guò)高，再加上媒體的炒作，使管理和科技人員肩負(fù)太大的壓力。實(shí)際上，這些計(jì)劃都是一些技術(shù)試驗(yàn)，離開(kāi)實(shí)用的武器相距甚遠(yuǎn)，它們也都并未正式列入美軍的“全球快速打擊（PGS）計(jì)劃”之內(nèi)，但媒體卻大大夸大其性能，說(shuō)什么“一小時(shí)內(nèi)可以打擊全球的目標(biāo)”之類(lèi)，從而助長(zhǎng)了管理和科技人員的急躁情緒，急于求成，則欲速而不達(dá)。

對(duì)于高超聲速飛行器而言，最大的問(wèn)題是目前的技術(shù)成熟水平（TRL）不足。按照美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，一種新技術(shù)投入應(yīng)用至少應(yīng)達(dá)到第6級(jí)技術(shù)成熟水平（TRL6），即表示系統(tǒng)或原型機(jī)已在相關(guān)環(huán)境下進(jìn)行過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證，這是以可接受的風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展應(yīng)用性發(fā)展所要求的最低水平。X-43A雖然取得了成功，但飛行條件和真實(shí)飛行相差甚遠(yuǎn)，尚不能達(dá)到TRL6的標(biāo)準(zhǔn)。更重要的是我們對(duì)高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)（如邊界層轉(zhuǎn)捩）和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)，在認(rèn)識(shí)上都還存在盲區(qū)。正如2008年美國(guó)國(guó)防部提出的《高超聲速計(jì)劃發(fā)展路線(xiàn)圖》指出的那樣：“隨著馬赫數(shù)增加，與高超聲速飛行相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)挑戰(zhàn)的復(fù)雜性和嚴(yán)峻性隨之增大，因此，基礎(chǔ)研究是國(guó)防部高超聲速研究、發(fā)展、試驗(yàn)與評(píng)估工作的核心?！?/p>

美軍的高超聲速試驗(yàn)屢試屢敗，但屢敗仍屢試，這種對(duì)失敗的寬容和透明，是一項(xiàng)重大創(chuàng)新取得成功的前提，其精神值得借鑒。

人類(lèi)何時(shí)才能突破高超聲速屏障?估計(jì)至少還要20年。在高超聲速飛行器真正具有實(shí)用性、并成為遠(yuǎn)程攻擊系統(tǒng)的候選者之前，仍需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究、地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)。

X-51A掛在B-52下的結(jié)構(gòu)