劉桐林

當(dāng)今的世界政治和軍事格局正在發(fā)生巨大變化。為了適應(yīng)未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，美國(guó)的軍事戰(zhàn)略正在進(jìn)行重大調(diào)整，逐步從威懾轉(zhuǎn)向以打擊能力為中心?？焖俅驌簟皶r(shí)間敏感目標(biāo)”成了鮮明的主題。因此，多年沉寂的高超音速技術(shù)走到了前臺(tái)，以軍事打擊為背景的研究，尤其是高超音速巡航導(dǎo)彈技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

2014年新春伊始，美國(guó)一家媒體的一則報(bào)道引起轟動(dòng)。該報(bào)道稱(chēng)，中國(guó)在2014年1月9日成功地進(jìn)行了高超音速滑翔體分離試驗(yàn)（給出的代號(hào)是UW-14）。該媒體根據(jù)美國(guó)HTV-2兩次飛行失敗的彈道來(lái)推演中國(guó)試驗(yàn)的過(guò)程。出于政治需要，美、日等國(guó)不出所料地依舊大談中國(guó)威脅論，進(jìn)而攻擊我方和平防御政策。中國(guó)國(guó)防部則在《中國(guó)日?qǐng)?bào)》上發(fā)表聲明稱(chēng)：“中方在境內(nèi)按計(jì)劃進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)是正常的，這些試驗(yàn)不針對(duì)任何國(guó)家和特定目標(biāo)?！敝袊?guó)在高超音速技術(shù)領(lǐng)域取得的初步成果使中國(guó)得以躋身于高超音速飛行器研制國(guó)家行列。

所謂“高超音速技術(shù)”（Hypersonic Technology）是特指以吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)或以其組合發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力、在大氣層內(nèi)實(shí)現(xiàn)飛行速度大于5馬赫的遠(yuǎn)程飛行器技術(shù)。它是諸多航空、航天高新技術(shù)學(xué)科的集合，有很強(qiáng)的前瞻性、綜合性和帶動(dòng)性。其發(fā)展將對(duì)未來(lái)軍事戰(zhàn)略、作戰(zhàn)樣式、軍事技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用，并對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本專(zhuān)題試圖以新的視角來(lái)剖析這一技術(shù)的過(guò)去、現(xiàn)在與將來(lái)，總結(jié)技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

高超音速技術(shù)早期的不懈探索

自法國(guó)人勞倫在1913年提出沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒理論為超音速技術(shù)的發(fā)展打下了理論基礎(chǔ)之后，該技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了整整一個(gè)世紀(jì)。在這一個(gè)世紀(jì)里，法國(guó)人于1949年4月21日設(shè)計(jì)出第一臺(tái)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的有人駕駛飛行器。當(dāng)這種飛行器由SE-161運(yùn)輸機(jī)背駝起飛時(shí)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的新紀(jì)元便正式拉開(kāi)。第二次世界大戰(zhàn)末期，納粹德國(guó)向英國(guó)發(fā)射大量V-1“復(fù)仇者”導(dǎo)彈，它采用的脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為今天的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。1947年10月14日，美國(guó)研制的X-1飛機(jī)首次突破音障，實(shí)現(xiàn)了超音速飛行。后來(lái)，美國(guó)又研制了SR-71超音速偵察機(jī)，飛行速度超過(guò)了3馬赫。上世紀(jì)50年代初，美國(guó)人費(fèi)里提出了超音速燃燒理論。從此，人們便開(kāi)始了對(duì)高超音速技術(shù)長(zhǎng)期艱苦的不懈追求。

然而，高超音速技術(shù)發(fā)展極不平坦。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)制定的高超音速技術(shù)發(fā)展計(jì)劃多如牛毛，舉不勝舉，但都沒(méi)有一個(gè)完整結(jié)局。它們不是中途夭折，就是改嫁、合并到其他計(jì)劃中?？梢哉f(shuō)是喜憂參半，失敗多于成功。

艱難的探索

20世紀(jì)50年代中期，超音速燃燒還多是概念研究，而且這些研究沒(méi)有得到美國(guó)官方的支持，多由大學(xué)分散實(shí)施。初期研究的核心是高空、高速條件下超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)能否產(chǎn)生正的推力以及超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)所面臨的技術(shù)障礙。這是相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的工作重點(diǎn)。

研究分析了4～7馬赫范圍內(nèi)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)性能，并指出當(dāng)大于7馬赫時(shí)其他類(lèi)型動(dòng)力裝置遇到難以克服的困難，而超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有明顯的潛在優(yōu)越性。研究還證實(shí)了在6～8馬赫速度范圍內(nèi)，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的某些性能超過(guò)了常規(guī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是在高速飛行條件下更具優(yōu)勢(shì)?？蒲腥藛T在以后的研究中便將注意力集中在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)方面，而常規(guī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)受到了冷落。

另外，當(dāng)時(shí)科研人員對(duì)高超音速巡航飛行倍感興趣，原因是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具備獲得近地軌道速度的明顯潛力。因此，單級(jí)入軌（SSTO）空天飛機(jī)的概念一直是高超音速技術(shù)半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。20世紀(jì)60年代初期，美國(guó)大大加強(qiáng)了對(duì)空間研究的投資力度，力圖把氫燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)集中在單級(jí)入軌概念空間試飛器上。美國(guó)空軍則是這一方案的積極鼓吹者。

到20世紀(jì)60年代后期，美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始制定高超音速技術(shù)小規(guī)模的發(fā)展計(jì)劃。當(dāng)時(shí)，通用應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室就制定過(guò)兩個(gè)計(jì)劃，它們分別是“飛行試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)概念”（IFTV）和“低速固定幾何超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”的研究計(jì)劃，并獲得空軍的經(jīng)費(fèi)支持。前者于1965年開(kāi)始。該計(jì)劃采用捆綁式布局，4臺(tái)氫燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)位于試飛器的四周，負(fù)責(zé)將試飛器推到17千米高空。計(jì)劃的目的是驗(yàn)證試飛器中超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)加速到1830米/秒的能力。然而在發(fā)動(dòng)機(jī)模塊地面試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室與進(jìn)氣道存在很多問(wèn)題，它們相互影響且難以克服。1967年該計(jì)劃被取消，只在同年做過(guò)無(wú)動(dòng)力飛行試驗(yàn)。

后一計(jì)劃時(shí)間在1964—1968年間。這種發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)速度為3～12馬赫，具備固定幾何尺寸，但可隨飛行速度的變化改變空氣動(dòng)力壓縮比。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了進(jìn)氣道-燃燒室一體化的三維空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，并使用合適的燃料噴射和熱壓縮效應(yīng)的方法。計(jì)劃中多種發(fā)動(dòng)機(jī)模塊在7.4馬赫的環(huán)境下進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)。

美國(guó)空軍除了資助通用應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)之外，還資助了許多超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃，如美國(guó)飛機(jī)研究實(shí)驗(yàn)室的可變幾何超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、通用電氣公司部件一體化模型和馬夸特公司的雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等。

試驗(yàn)取得的成果激發(fā)了更多人的研究興趣，高超音速打擊武器研究開(kāi)始得到重視。美國(guó)從1961年開(kāi)始進(jìn)行以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置的導(dǎo)彈方案設(shè)計(jì)。最初的設(shè)計(jì)方案選定了非對(duì)稱(chēng)內(nèi)燃式進(jìn)氣道。但這樣的進(jìn)氣道對(duì)啟動(dòng)系統(tǒng)要求嚴(yán)格，不但增加了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而且增加了復(fù)雜性。美國(guó)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于一次性使用、且結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕的導(dǎo)彈武器來(lái)說(shuō)，固定幾何形狀進(jìn)氣道更為合適。之后便出現(xiàn)了沿壓縮流場(chǎng)的導(dǎo)彈流線表面分開(kāi)的新一代進(jìn)氣道設(shè)計(jì)，并被后來(lái)的“超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)彈”（SCRAM Supersonic Combustion Ramjet Missile）計(jì)劃采用。

但SCRAM計(jì)劃也存在許多設(shè)計(jì)缺陷，如：燃料易自燃，有劇毒；前彈體沒(méi)有足夠的空間放置直徑254毫米的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭；整個(gè)系統(tǒng)需要被動(dòng)冷卻。其距離導(dǎo)彈武器的應(yīng)用還有很大的差距。

1961—1978年間，SCRAM計(jì)劃成功完成了用于艦隊(duì)防御導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)，提出了模塊化進(jìn)氣道-燃燒室-噴管構(gòu)型的概念，設(shè)計(jì)了Busemann進(jìn)氣道；開(kāi)發(fā)了設(shè)計(jì)和分析技術(shù)；對(duì)各種部件進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。完成了各部件組裝的發(fā)動(dòng)機(jī)在5～7.2馬赫狀態(tài)下進(jìn)行的自由射流試驗(yàn)清楚地表明，液體燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具備實(shí)用性。雖然SCRAM取得了很大成功，但當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平限制了它作為導(dǎo)彈武器的應(yīng)用前景，再加上許多政治因素，美國(guó)于1978年結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)18年的SCRAM研究計(jì)劃。endprint

20世紀(jì)60年代早期研究表明，高超音速吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)有很大的提升潛力。這個(gè)系統(tǒng)使用的燃料可以兼作冷卻劑。1964年NASA正式推出了“高超音速研究用發(fā)動(dòng)機(jī)”（HRE Hypersonic Research Engine ）計(jì)劃，目的在于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，加快大氣層內(nèi)高超音速飛行器使用吸氣式推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。HRE主要研究目標(biāo)是驗(yàn)證超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在4～8馬赫時(shí)的推力性能，為基礎(chǔ)理論與發(fā)動(dòng)機(jī)部件研究尋找應(yīng)用對(duì)象。

HRE試飛器為X-15試驗(yàn)機(jī)，由NASA和美國(guó)空軍、海軍以及北美航空公司聯(lián)合開(kāi)展。這種飛機(jī)大約試驗(yàn)飛行了10年左右時(shí)間，總共進(jìn)行了199次飛行，首次無(wú)動(dòng)力滑翔飛行在1959年6月8日，最后一次飛行時(shí)間為1968年10月24日。其非正式世界紀(jì)錄為最快飛行速度6.7馬赫，最大飛行高度為108千米。這個(gè)項(xiàng)目的研究成果對(duì)“水星”飛船、“雙子星”飛船以及“阿波羅”載人飛船和航天飛機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供了巨大支持。

X-15由于經(jīng)費(fèi)緊張，于1963年1月終止飛行。HRE計(jì)劃也因無(wú)法再用X-15進(jìn)行飛行試驗(yàn)，故不得不對(duì)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重新調(diào)整，發(fā)動(dòng)機(jī)模型的地面試驗(yàn)成為HRE項(xiàng)目的關(guān)鍵。調(diào)整后的項(xiàng)目目標(biāo)變?yōu)椋菏紫韧瓿裳芯坑冒l(fā)動(dòng)機(jī)的全尺寸、水冷、氫燃?xì)鈩?dòng)熱力一體化模型（AIM）的氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，以便驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)性能；其次通過(guò)研究用發(fā)動(dòng)機(jī)的全尺寸氫冷卻結(jié)構(gòu)裝配模型（SAM）試驗(yàn)，完成全尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)估。

AIM是一個(gè)大型完整的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)計(jì)劃，主要目的是確定整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在5～7馬赫的推力性能。試驗(yàn)的另一個(gè)目標(biāo)是確定在這種外型下進(jìn)氣道與燃料室的相互干擾極限。在SAM進(jìn)行了55次循環(huán)試驗(yàn)、AIM進(jìn)行了第52次試驗(yàn)之后，HRE計(jì)劃于1979年4月22日終止了。

在總結(jié)了以往留下的經(jīng)驗(yàn)成果和教訓(xùn)后，美國(guó)認(rèn)為，在上世紀(jì)70年代前，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行器上的配置都是外掛式的，助推器也多不分離，飛行馬赫數(shù)多在2.0～2.5之間。這種布局限制了導(dǎo)彈的射程、速度和機(jī)動(dòng)能力，同時(shí)，幾何尺寸和發(fā)射質(zhì)量過(guò)大也嚴(yán)重影響著沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行器上的應(yīng)用前景。

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，美國(guó)就開(kāi)始制定諸如“烏鴉座”一類(lèi)的整體式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究計(jì)劃。此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)在助推段起到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的作用，只有在助推器燃燒完后，它才作為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)使用。這樣的設(shè)計(jì)大大減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何尺寸和發(fā)射質(zhì)量，也簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。美國(guó)空軍為了發(fā)展戰(zhàn)略防御系統(tǒng)，制定了“先進(jìn)戰(zhàn)略空射導(dǎo)彈”（ASALM）研制計(jì)劃。它是一種遠(yuǎn)程、整體式亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的超音速戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈，有空對(duì)空和空對(duì)地兩種作戰(zhàn)能力。導(dǎo)彈采用了下頷式進(jìn)氣道，彈體保持流線型氣動(dòng)外形，在減小氣動(dòng)阻力的同時(shí)，也減低了雷達(dá)散射截面。這種進(jìn)氣道既能滿足了沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本身的吸氣流量要求，又有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)在導(dǎo)彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局上與其他分系統(tǒng)的相兼容性，從而解決了中心錐式進(jìn)氣道與彈內(nèi)其他分系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)性問(wèn)題。這種奇特的布局即使在今天仍不失其應(yīng)用的價(jià)值。ASALM原計(jì)劃在1983年轉(zhuǎn)入全尺寸工程研究，1986年投產(chǎn)，80年代末初步具備作戰(zhàn)能力。但在1980年左右計(jì)劃被撤銷(xiāo)，ASALM改為對(duì)付SUWACS飛機(jī)技術(shù)計(jì)劃，繼續(xù)進(jìn)行基礎(chǔ)性研究。

在這一時(shí)期，蘇聯(lián)的高超音速技術(shù)研究也一直處于領(lǐng)先水平，只是由于保密原因，外界公開(kāi)的信息很少。蘇聯(lián)在超音速技術(shù)領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，其研制的幾型超音速導(dǎo)彈已經(jīng)先后服役裝備。至今世界在役的超音速飛航導(dǎo)彈只有4種，其中3型就來(lái)自蘇聯(lián)（SS-N-22“白蛉”、SS-N-26“寶石”、AS-17/Kh-31“氪”），另一種則是法國(guó)ASMP“中程空對(duì)地導(dǎo)彈”。憑借在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的實(shí)力，蘇聯(lián)成為與美國(guó)實(shí)力較量的對(duì)手。

蘇聯(lián)解體后，在經(jīng)過(guò)數(shù)年的恢復(fù)后，俄羅斯在地面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上率先進(jìn)行了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的空中試驗(yàn)。在20世紀(jì)末，俄羅斯以天地往返系統(tǒng)和高超音速打擊武器為背景的高超音速技術(shù)發(fā)展計(jì)劃已經(jīng)形成規(guī)模。它們主要是：1979年開(kāi)始實(shí)施的“冷”計(jì)劃、“彩虹”-D2、IGLA和“鷹”-31計(jì)劃等。俄羅斯重視技術(shù)基礎(chǔ)的研究，為此還建造了歐洲第一（世界第二，第一在美國(guó)）的C-16高超音速風(fēng)洞。

1991年11月27日，在“冷”計(jì)劃系留試驗(yàn)中，俄羅斯的亞燃/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了工況模式的轉(zhuǎn)換。這是高超音速技術(shù)發(fā)展的里程碑事件，它標(biāo)志著高超音速技術(shù)高空飛行時(shí)代的到來(lái)。在此之前的高超音速技術(shù)研究中，人們所做的均是地面模擬試驗(yàn)。然而，高空、高速的真實(shí)飛行環(huán)境是難以模擬的。這一事件使俄羅斯中了頭彩，確立了在這一技術(shù)的領(lǐng)先地位。這對(duì)美國(guó)是一個(gè)沉重的打擊。只有到十年后X-43試驗(yàn)成功，才讓美國(guó)出了這口惡氣。

沉重的代價(jià)

進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，為了爭(zhēng)奪宇宙空間資源，當(dāng)時(shí)的軍事大國(guó)掀起了發(fā)展新一代空天飛機(jī)熱潮，而美國(guó)無(wú)疑是這方面的領(lǐng)跑者。

對(duì)未來(lái)高超音速飛行器的具體要求包括：能從普通機(jī)場(chǎng)起飛、以5馬赫（或更高）的速度、可在20千米以上的高空進(jìn)行巡航飛行；在1.5～2小時(shí)內(nèi)到達(dá)10000～12000千米處的目標(biāo)，并在2小時(shí)之內(nèi)到達(dá)地球上任意地點(diǎn)；而空天飛機(jī)這樣的高超音速飛行器在離開(kāi)大氣層后，借用組合動(dòng)力裝置可以25馬赫的飛行速度進(jìn)入近地軌道。

空天飛機(jī)可在復(fù)雜的氣象條件下全天候飛行，可作為人造地球衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道，可向軌道站運(yùn)送物品，也可用于軍事目的，如用作遠(yuǎn)程截?fù)魴C(jī)、偵察機(jī)、快速反應(yīng)攻擊武器或軍用運(yùn)輸機(jī)等。但是，在空天飛機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，研究人員在空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)材料，特別是動(dòng)力裝置以及其他分系統(tǒng)的研制及一體化設(shè)計(jì)方面遇到了一系列難題。為此，從1985年開(kāi)始，美國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)按國(guó)防高技術(shù)研究計(jì)劃局（預(yù)研）的提議，開(kāi)展實(shí)施“國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃”（NASP-National Air Space Plane，也稱(chēng)“里根”計(jì)劃），其核心是要開(kāi)發(fā)一種在超音速和高超音速飛行狀態(tài)工作的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（代號(hào)為E22A）。里根政府再次將高超音速技術(shù)研究推向一個(gè)新的高潮，鼓噪一時(shí)的“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃開(kāi)始了。endprint

一些歐洲國(guó)家緊隨其后，與美國(guó)呼應(yīng)，也在積極研制高超音速飛行器、空天飛機(jī)及其動(dòng)力裝置。英國(guó)提出了名為“霍托爾”單級(jí)入軌方案，德國(guó)提出了“桑格爾”兩級(jí)入軌研制方案。

1986年，蘇聯(lián)圖波列夫設(shè)計(jì)局開(kāi)始研制圖- 2000高超音速空天飛機(jī)，除了開(kāi)發(fā)高超音速技術(shù)外，就是要與美國(guó)NASP抗衡。在1992年莫斯科航展上，俄羅斯展出了酷似美國(guó)X-30的圖-2000空天飛機(jī)模型。該機(jī)采用氫燃料，有軍用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和用于入軌的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組合的推進(jìn)系統(tǒng)，有10多個(gè)設(shè)計(jì)局參加了這項(xiàng)研究。

在這一時(shí)期，法國(guó)對(duì)高超音速技術(shù)的研究表現(xiàn)異?；钴S。20世紀(jì)80年代，“中程超音速導(dǎo)彈”服役，大大增強(qiáng)了法國(guó)開(kāi)發(fā)高超音速技術(shù)的信心。法國(guó)在1990年發(fā)起了以“沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的今天與明天”為主題的大討論，對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的前景進(jìn)行了研究，加快了高超音速技術(shù)研究步伐。而在這之前，法國(guó)曾進(jìn)行單級(jí)入軌“軍旗”、“光輝”、FREPHA 和兩級(jí)入軌“星”-H飛行器的研究，為后來(lái)的高超音速技術(shù)研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

美國(guó)NASP項(xiàng)目主要由美國(guó)國(guó)防部、NASA負(fù)責(zé)實(shí)施和提供經(jīng)費(fèi)。參與完成此項(xiàng)計(jì)劃的有5個(gè)主要航空航天公司——通用電氣公司、麥道公司、羅克韋爾國(guó)際公司、洛克達(dá)因和普惠公司，另外還有近400多個(gè)公司參與。原計(jì)劃定于1996年制造出試驗(yàn)性高超音速飛行器X-30。最初估計(jì)9年時(shí)間里NASP計(jì)劃每年的研制費(fèi)用將超過(guò)25億美元。然而好景不長(zhǎng)，宏偉的NASP計(jì)劃不久就陷入了危機(jī)。巨大的經(jīng)費(fèi)開(kāi)支與風(fēng)險(xiǎn)、關(guān)鍵技術(shù)復(fù)雜性和進(jìn)度拖期，使國(guó)會(huì)議員的信心產(chǎn)生了動(dòng)搖，繼而是投資強(qiáng)度減弱。1992年度的撥款減少了30%以上，1993年又進(jìn)一步縮減了經(jīng)費(fèi)，到1994年NASA給項(xiàng)目的研究經(jīng)費(fèi)總共只剩下8千萬(wàn)美元。

該計(jì)劃遇到的經(jīng)費(fèi)問(wèn)題是因?yàn)榇罅考夹g(shù)問(wèn)題引起的，主要有以下幾方面：確定在高馬赫數(shù)情況下（大于10馬赫時(shí)）高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的特性；確定空天飛機(jī)飛行時(shí)，由層流附面層轉(zhuǎn)換為紊流附面層的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)；保證空天飛機(jī)高超音速飛行時(shí)的穩(wěn)定性和可控性。

1993年5月，美國(guó)國(guó)會(huì)多次舉行有關(guān)“國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃”執(zhí)行情況及其前景的聽(tīng)證會(huì)。會(huì)上人們對(duì)取得的成果及計(jì)劃管理的領(lǐng)導(dǎo)表示不滿，計(jì)劃負(fù)責(zé)人同意對(duì)原方案進(jìn)行修改。然而，技術(shù)路線存在的嚴(yán)重分歧導(dǎo)致形成了以NASA等研制單位為一方，以部分國(guó)會(huì)議員為代表的權(quán)力派為另一方的爭(zhēng)論。NASA認(rèn)為，最近幾年不應(yīng)把力量集中在制造X-30飛行器上，而應(yīng)致力于通過(guò)飛行試驗(yàn)解決前面提及的主要技術(shù)難題。這樣每年只需要3～4億美元（而不是20多億美元）的撥款，這一款額是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

部分國(guó)會(huì)議員反對(duì)上述建議，他們提出NASA和美國(guó)空軍應(yīng)轉(zhuǎn)向研制全尺寸空天飛機(jī)，以便進(jìn)行有人駕駛高超音速飛行試驗(yàn)。NASA認(rèn)為目前技術(shù)問(wèn)題尚未得到解決，在經(jīng)費(fèi)不足的情況下，建造試驗(yàn)性空天飛機(jī)是不現(xiàn)實(shí)的。還有些人贊成簡(jiǎn)單的“國(guó)家空天飛機(jī)”方案，主張所謂的5-50-8（即5年、50年億美元、8萬(wàn)磅（36.2噸）起飛質(zhì)量）方案制造高超音速飛行器。但是專(zhuān)家組認(rèn)為這一建議也過(guò)于樂(lè)觀，也太冒險(xiǎn)。

美國(guó)6個(gè)航空航天公司曾于1993年提出過(guò)建造小型“軌道研究飛行器”NORA National Orbital Research Aircraft）的折衷建議。該飛行器是有人駕駛飛行器，質(zhì)量26噸，采用高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。這一研制項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)估計(jì)不超過(guò)50億美元，比實(shí)現(xiàn)最小規(guī)模的NASP計(jì)劃便宜1/2，但要到1998年才能進(jìn)行這種高超音速飛行器的首次飛行。后來(lái)，這一方案沒(méi)有通過(guò)。

NASP是一個(gè)龐大的空天發(fā)展計(jì)劃，巨額經(jīng)費(fèi)與技術(shù)復(fù)雜性從開(kāi)始就為計(jì)劃投下了陰影。技術(shù)途徑的爭(zhēng)論、政治干預(yù)、進(jìn)度拖期使計(jì)劃一波三折。1995年，耗資數(shù)百億美元、歷時(shí)10年之久的NASP計(jì)劃宣布停止了。這是一個(gè)痛苦的選擇，又是一個(gè)明智的選擇。計(jì)劃下馬后，美國(guó)立即開(kāi)始了新的一輪發(fā)展計(jì)劃研究。把取得的成果帶到了新的“超”-X和HyTech計(jì)劃中，成了這些計(jì)劃的技術(shù)基礎(chǔ)。

高超音速技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)坎坷、不平凡的發(fā)展歷程。其技術(shù)難度是難以想象的，幾乎每走一步都是探索的過(guò)程。從基礎(chǔ)概念研究到實(shí)用開(kāi)發(fā)，都要付出沉重的代價(jià)。在對(duì)待高超音速技術(shù)的難度上，人們想象的比實(shí)際簡(jiǎn)單得多，對(duì)困難估計(jì)也不足，因此諸多計(jì)劃脫離實(shí)際。因?yàn)椴粔蛑匾暬A(chǔ)研究，失敗后不得不從零開(kāi)始，重新進(jìn)行基礎(chǔ)研究。正因?yàn)槿绱?，基礎(chǔ)研究與實(shí)際型號(hào)的開(kāi)發(fā)嚴(yán)重脫節(jié)，這在NASP計(jì)劃中尤為突出。國(guó)會(huì)考慮的是納稅人利益，要求盡快見(jiàn)到成果?？哲姼且罅⒏鸵?jiàn)影，馬上實(shí)際應(yīng)用。

在高超音速技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，美國(guó)還有一個(gè)重大的失誤就是在突破口的選擇上。在20世紀(jì)80年代之前，多是進(jìn)行基礎(chǔ)研究，軍事打擊的應(yīng)用沒(méi)有受到重視，自然就把應(yīng)用目標(biāo)放在了天地往返系統(tǒng)上，在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期未做調(diào)整。這就等于“沒(méi)學(xué)爬就學(xué)走”，“沒(méi)有梯子就上天”，因此就出現(xiàn)了許多只有遠(yuǎn)期目標(biāo)的宏偉計(jì)劃。而俄羅斯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平不及美國(guó)，但“冷”計(jì)劃卻能比美國(guó)早十年進(jìn)行空中演示（當(dāng)然實(shí)驗(yàn)的水平不在一個(gè)量級(jí)），也給了美國(guó)一個(gè)很好的啟示。

失敗的痛苦

俄羅斯“冷”計(jì)劃試飛器空中試驗(yàn)，震驚了世界，更令美國(guó)不安。

NASP項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，對(duì)此項(xiàng)目最嚴(yán)厲的批評(píng)之一是，只對(duì)最關(guān)鍵的部件超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了風(fēng)洞中的模擬飛行，而沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際飛行。因此，NASA蘭利/德萊頓聯(lián)合發(fā)起了“超”-X（Hyper-X）計(jì)劃，開(kāi)始發(fā)展一種能夠以10馬赫速度進(jìn)行飛行試驗(yàn)的飛行器。

“超”-X是NASA重點(diǎn)實(shí)施的高超音速發(fā)展計(jì)劃。該計(jì)劃的主要目的是研究并演示可用于高超音速飛機(jī)與可重復(fù)使用的天地往返系統(tǒng)的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。

“超”-X計(jì)劃由NASA統(tǒng)一管理，由蘭利研究中心牽頭。“超”-X計(jì)劃原來(lái)規(guī)定時(shí)間為5年?！俺?X計(jì)劃的飛行器代號(hào)為X-43，由德賴(lài)登飛行研究中心研制，并完成所有的飛行試驗(yàn)。試驗(yàn)地點(diǎn)在西靶場(chǎng)的愛(ài)德華空軍基地?！俺?X計(jì)劃根據(jù)任務(wù)不同，有4種型號(hào)的試飛器，即X-43A、X-43B、X-43C和X-43D。endprint

X-43A是基礎(chǔ)研究型號(hào)，共生產(chǎn)了3臺(tái)試飛器，共花費(fèi)2.3億美元。X-43B是可重復(fù)使用的組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的試飛器，研制費(fèi)為6億美元。X-43C是“超”-X計(jì)劃中重點(diǎn)實(shí)施的型號(hào)，采用C/H燃料冷卻的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng)。從未來(lái)的軍事實(shí)用出發(fā)，X-43C可能成為高超音速技術(shù)發(fā)展歷程中的又一重大事件，由此計(jì)劃，美國(guó)衍生出了當(dāng)前的X-51A高超音速導(dǎo)彈。X-43D是“超”-X計(jì)劃中的遠(yuǎn)景規(guī)劃型號(hào)。

NASA原計(jì)劃在2001年4月28日對(duì)X-43A首臺(tái)高超音速試飛器進(jìn)行系留試驗(yàn)，5月19日進(jìn)行7馬赫條件下的試飛。NASA特別看重第一臺(tái)X-43A試飛器的飛行。認(rèn)為如果試驗(yàn)成功，X-43飛行器將成為有史以來(lái)速度最快的吸氣式飛行器，打破洛·馬公司SR-71R的記錄（3+ 馬赫）。

然而，試驗(yàn)時(shí)間一拖再施，直到2001年6月2日才在加里福尼亞州的海岸外進(jìn)行X-43A的首次飛行試驗(yàn)。X-43A試驗(yàn)飛行器掛在B-52飛機(jī)上飛行，在8千米的高空投放，然后由“飛馬座”助推火箭助推加速，按程序?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)飛行。

在此次飛行中，NASA德萊頓研究中心的B-52在機(jī)翼下掛載X-43A和“飛馬座”助推火箭，從愛(ài)德華空軍基地起飛，向加利福尼亞海岸邊的海軍西部試驗(yàn)靶場(chǎng)飛，飛到發(fā)射點(diǎn)后，釋放助推火箭和X-43A飛行器，5秒后助推器點(diǎn)火；大約13秒后，助推器右側(cè)尾翼折斷，緊接著后左側(cè)尾翼和方向舵折斷；15秒時(shí)機(jī)翼折斷；21秒時(shí)助推器數(shù)據(jù)流丟失；在48.5秒時(shí)，海軍靶場(chǎng)安全官員啟動(dòng)飛行終止系統(tǒng)；77.5秒時(shí)，X-43A的遙測(cè)信息消失。

X-43A首次飛行試驗(yàn)的失敗是對(duì)美國(guó)高超音速技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的嚴(yán)重打擊。

高超音速技術(shù)領(lǐng)域一直是軍備競(jìng)賽的重要領(lǐng)域。2001年6月2日美國(guó)“超”-X計(jì)劃中的X-43A首飛失敗使美國(guó)人十分惱喪。然而僅隔半月之后，俄羅斯就公布，由一枚PS-12M“白楊”推進(jìn)的IGLA成功地進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。IGLA在中亞地區(qū)發(fā)射，在堪察加半島回收。后來(lái)又成功進(jìn)行過(guò)發(fā)射。這一事件對(duì)美國(guó)刺激很大，引起美國(guó)國(guó)會(huì)的極大關(guān)注。小布什總統(tǒng)親自聽(tīng)取了匯報(bào)。當(dāng)時(shí)洽是其鼓吹導(dǎo)彈防御系統(tǒng)最火熱的時(shí)刻。俄羅斯稱(chēng)有能力對(duì)抗美國(guó)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)。

由于考慮到未來(lái)的實(shí)用前途與應(yīng)用背景，俄羅斯中央航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院（ЦИАМ）在進(jìn)行“冷”（Холод）計(jì)劃的同時(shí)，就與俄羅斯中央空氣流體動(dòng)力研究院（ЦАГИ）共同開(kāi)發(fā)了“鷹”（Орёл）高超音速技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（又稱(chēng)ИГЛА計(jì)劃，IGLA）。

IGLA是一種有翼高超音速試驗(yàn)飛行器，飛行器試驗(yàn)速度范圍為6～14馬赫，飛行高度為0～80千米。試驗(yàn)飛行器采用升力體構(gòu)型，與“暴風(fēng)雪”航天飛機(jī)的外形相似，頭部半徑40毫米。有翼試飛器機(jī)體下方配置三臺(tái)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)ЦИАМ介紹，試飛器所用的結(jié)構(gòu)材料沒(méi)有多少是新型材料，是俄羅斯可批生產(chǎn)的材料。試驗(yàn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型為兩維三模態(tài)再生致冷式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣道與尾噴管位于機(jī)體下方。燃料供應(yīng)系統(tǒng)與“冷”計(jì)劃軸對(duì)稱(chēng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同，無(wú)多大變化。

運(yùn)載器采用已經(jīng)退役的SS-19“匕首”（Stiletto）洲際地對(duì)地戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈，俄羅斯的代號(hào)為UR-100N，UR-100NU。該導(dǎo)彈于20世紀(jì)70年代初部署，由切洛梅依設(shè)計(jì)局（現(xiàn)禮炮科研生產(chǎn)聯(lián)合體）研制，赫魯尼契夫機(jī)器廠制造。它的射程為10000千米，發(fā)射質(zhì)量約為100噸。根據(jù)美蘇戰(zhàn)略核武器限制條約，數(shù)百枚SS-19導(dǎo)彈分批改裝成了“隆音”商用運(yùn)載火箭。

IGLA之前已做過(guò)大量的地面試驗(yàn)與風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)，取得了重要成果。IGLA的試驗(yàn)飛行利用現(xiàn)有的彈道導(dǎo)彈測(cè)控站進(jìn)行遙測(cè)。計(jì)劃中的飛行試驗(yàn)過(guò)程如下：

IGLA試飛器安裝在SS-19導(dǎo)彈彈頭位置；做好發(fā)射準(zhǔn)備后，SS-19運(yùn)載系統(tǒng)垂直發(fā)射升空；在80千米高空，其飛行速度達(dá)到5900米/秒，IGLA試飛器與SS-19運(yùn)載器分離；試飛器先以一定俯沖角降低高度，在大氣密度較高的高空轉(zhuǎn)入滑行狀態(tài)；調(diào)整姿態(tài)，滾動(dòng)、偏航與位角為零，保持巡航平飛狀態(tài)；按給定的飛行條件進(jìn)行超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型試驗(yàn)；超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒結(jié)束后進(jìn)行回收、著陸，結(jié)束試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)航程大約6000～8000千米，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在10馬赫時(shí)點(diǎn)火試驗(yàn)，試驗(yàn)飛行速度為12～14馬赫。

俄羅斯的地域遼闊，豐富的靶場(chǎng)資源為IGLA試驗(yàn)飛行提供了極為有利的條件。雖然IGLA計(jì)劃是最有挑戰(zhàn)性的計(jì)劃，是一種新穎的設(shè)計(jì)，集合了許多新的科研成果和新技術(shù)，但由于計(jì)劃龐大，資金得不到落實(shí)。至今沒(méi)有找到國(guó)外合作伙伴，俄羅斯獨(dú)資該計(jì)劃是不可能的。ЦИАМ估計(jì)，IGLA地面試驗(yàn)需33個(gè)月完成，需經(jīng)費(fèi)約3300萬(wàn)美元，而整個(gè)計(jì)劃（搞完一次飛行試驗(yàn)）則需要5000多萬(wàn)美元。

之后，法國(guó)總統(tǒng)希拉克發(fā)表講話，嘲笑小布什鼓吹導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，認(rèn)為“靠防御取得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利只是神話”。美國(guó)再次受到嘲弄，這也是對(duì)美國(guó)高超音速發(fā)展計(jì)劃的嚴(yán)重打擊。

美國(guó)X-43A在進(jìn)行完第一次試驗(yàn)3年后，即2004年3月27日，第二臺(tái)試飛器試驗(yàn)成功完成了6.836馬赫、10秒動(dòng)力飛行。2004年11月16日，第3次飛行試驗(yàn)獲得成功，又創(chuàng)下了9.8馬赫的新紀(jì)錄，這也是高超音速技術(shù)發(fā)展的一大突破。

（編輯/草莽）endprint