高超聲速時代已來，未來天空將巨變
原創(chuàng) 高級評論員 學(xué)術(shù)plus
飛機(jī)的發(fā)明不僅改變了世界，重要的是隨著技術(shù)的發(fā)展它的速度在不斷提高，從而使單位時間內(nèi)的距離也在不斷縮短。特別是軍用飛機(jī)實現(xiàn)超聲速后，很快也嘗試轉(zhuǎn)至民用。最具代表性的是由英法聯(lián)合研制的超聲速客機(jī)“協(xié)和（Concord）”，盡管協(xié)和客機(jī)營運時間不長，但卻引領(lǐng)高超聲速時代的方向。
當(dāng)世界向高超聲速時代推進(jìn)時，不僅催生改變未來戰(zhàn)爭的高超聲速武器，而且也在催生改變未來天空的高超聲速飛機(jī)。那么，什么是高超聲速飛機(jī)飛機(jī)？其研發(fā)現(xiàn)狀如何？美空軍緣何青睞高超聲速“空軍一號”？高超聲速飛機(jī)將對未來天空產(chǎn)生那些影響？
文章僅供參考，觀點不代表本機(jī)構(gòu)立場。
高超聲速飛機(jī)——將改變未來的天空
作者：學(xué)術(shù)plus評論員 徐秉君 （華語智庫高級研究員、軍事學(xué)者、新華社“瞭望智庫”特約研究員、軍鷹智庫特約研究員）
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軍用高超聲速飛機(jī)捷足先登
高超聲速飛行器是指飛行速度超過5倍聲速（約合每小時6000公里）的飛行物體。高超聲速飛行器首先是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速軍用飛機(jī)等。根據(jù)動力系統(tǒng)的不同，在研的新型高超音速武器可分為滑翔型和吸氣式發(fā)動機(jī)推進(jìn)型。
1.1 唯快不破
從飛機(jī)發(fā)明那天起，人們無時無刻不在設(shè)法提高飛行速度。因為從軍事視角來講，速度就是勝利；從民用角度來看，速度就是效率。所以，當(dāng)飛機(jī)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域后，它作為一項顛覆性技術(shù)很快又轉(zhuǎn)向民用，從而改變了世界。
按新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用規(guī)律，通常一項新技術(shù)的發(fā)明往往首先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。科技進(jìn)步使得飛行速度不斷提高，當(dāng)飛行速度超過5倍聲速進(jìn)入高超聲速時代時，不僅催生了高超聲速武器，也為研發(fā)軍用高超聲速飛機(jī)提供了可能。
1.2 黑鳥之子
2013年，美國洛克希德·馬丁公司的“臭鼬”工廠向《航空周刊》獨家透露了SR-71的后繼機(jī)——SR-72打擊平臺的長期發(fā)展計劃。這種被美國空軍稱為“黑鳥之子”的SR-72飛機(jī)，由于采用全新的設(shè)計理念和大量新技術(shù)，特別是具備高達(dá)馬赫數(shù)6的飛行速度，不僅能讓當(dāng)今世界現(xiàn)有的防空系統(tǒng)望洋興嘆，還將會引發(fā)未來戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生重大改變。
此消息一披露，頓時引起世界各國尤其是軍方的高度關(guān)注。如果該計劃如期完成，毫無疑問則意味著未來空戰(zhàn)將進(jìn)入高超聲速時代。美國五角大樓對研制高超音速飛行器給以關(guān)注，美國空軍司令部很快對有關(guān)SR-72高超音速無人偵察機(jī)進(jìn)行了評價。具有高超聲速的飛行器對美國空軍的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。美軍方認(rèn)為，這類飛行器能夠保證美國未來對潛在競爭對手的優(yōu)勢。
1.3 速度是新的隱身手段！
SR-72的前身SR-71，是由美國洛克希德·馬丁公司研制的一種速度可達(dá)M3的高空戰(zhàn)略偵察機(jī)。這種超音速偵察機(jī)是冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物，主要用于越南戰(zhàn)爭，先后出動近千架次，創(chuàng)下了從未被擊落的戰(zhàn)績。到1990年，該型機(jī)全部退役。
按洛克希德·馬丁公司下屬的“臭鼬”工廠有關(guān)SR-72飛機(jī)的長期發(fā)展計劃，新開發(fā)的SR-72飛機(jī)將是一種可擔(dān)負(fù)高超聲速情報、監(jiān)視與偵察（ISR）、攻擊等多種任務(wù)的作戰(zhàn)平臺。
值得注意的是，SR-72在設(shè)計理念上發(fā)生了重大改變，將對現(xiàn)有的防空體系產(chǎn)生重大影響。時任“臭鼬”工廠副總裁阿爾·羅米格（Al Romig）強(qiáng)調(diào)：“速度是新的隱身手段”，這與五代戰(zhàn)機(jī)的隱身設(shè)計理念完全不同。
1.4 戰(zhàn)略定位
但由于美空軍并沒有加入到SR-72高超音速飛機(jī)項目，因而該項目的真正用途并不明朗，所以研發(fā)進(jìn)度也未能達(dá)到預(yù)期。2017年，洛克希德·馬丁公司對SR-72高超音速飛機(jī)項目進(jìn)度時間表進(jìn)行了調(diào)整，決定將其主體設(shè)計工作推遲到本世紀(jì)20年代初進(jìn)行。2018年，洛克希德·馬丁公司宣布，SR-72高超音速無人偵察機(jī)將在2025年前制造完成，并進(jìn)行飛行測試。該公司甚至公布了SR-72高超音速無人偵察機(jī)的未來戰(zhàn)略定位，即用作高超音速武器的發(fā)射平臺。
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美空軍青睞高超聲速“空軍一號”
然而，高超聲速的速度優(yōu)勢還是受到美國空軍卻特別青睞，一方面加緊研發(fā)裝備高超聲速武器，另一方面開始計劃投入研發(fā)未來高超聲速“空軍一號”。
2.1 空軍一號
據(jù)媒體報道，2020年8月6日，美國空軍在新的創(chuàng)新中心（AFWERX）創(chuàng)新計劃下授予赫爾繆斯（Hermeus）公司價值150萬美元的合同。赫爾繆斯（Hermeus）公司將與美國空軍合作，為國防部提供高超聲速空運能力，并將制造高超音速版總統(tǒng)的專機(jī)“空軍一號”。據(jù)悉，由于依托新的沖壓推進(jìn)發(fā)動機(jī)，新的空軍一號可以以Ma4-5的速度進(jìn)行長時間的飛行，這已經(jīng)接近高超聲速武器的Ma5速度。
2.2 空中的白宮
“空軍一號”被認(rèn)為是技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、安全舒適的“空中白宮”。美國目前的“空軍一號”專機(jī)稱為VC-25A，是基于波音747-200民用客機(jī)而設(shè)計的。但特朗普總統(tǒng)在任期內(nèi)又批準(zhǔn)建造兩架新的“空軍一號”，這兩架經(jīng)過改裝的波音747-8大型客機(jī)將會被命名為VC-25B。按計劃新“空軍一號”將在2024年準(zhǔn)備就緒，也就是說預(yù)備替換目前的“空軍一號”早已準(zhǔn)備好，按預(yù)計服役至少30年來計算，至少要到2054年之后總統(tǒng)機(jī)隊才會有新飛機(jī)的空缺。
那么，美空軍為何現(xiàn)在就開始著手研發(fā)高超聲速“空軍一號”？顯然這不是急需，但卻是必需。目前美“空軍一號”從紐約飛到巴黎需要7小時，而Ma為5的高超聲速飛機(jī)可以在90分鐘內(nèi)完成這個飛行任務(wù)。然而，這只是表面上的速度優(yōu)勢，其背后還隱含著多重目的。
一是借機(jī)加速推動高超聲速飛機(jī)的研發(fā)；
二是以“空軍一號”的名義可以在高超聲速領(lǐng)域索要更多的資金和資源投入；
三是對“空軍一號”的投入具有巨大潛在的軍事價值；
四是對未來航空裝備發(fā)展以及民用市場將產(chǎn)生重大影響。
美國總統(tǒng)及行政空運項目執(zhí)行官、空軍準(zhǔn)將瑞安·布里頓在聲明中表示：“利用商業(yè)投資將新技術(shù)引入空軍，能最大限度地提高國防部投資的回報�！�
另據(jù)媒體報道，目前，赫爾繆斯（Hermeus）公司的重點任務(wù)是評估對Ma5飛機(jī)的改裝，使其能夠支持總統(tǒng)和行政人員的空運機(jī)隊�？偨y(tǒng)和行政空運局希望赫爾繆斯（Hermeus）公司能把飛行器設(shè)計與空軍對高速機(jī)動性的獨特需求結(jié)合到一起，并把高超聲速飛行器融入現(xiàn)有的空中運輸、機(jī)場和通信基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中，為將來的部署打好基礎(chǔ)。
3
民用高超聲速飛機(jī)同步跟進(jìn)
3.1 十年內(nèi)投入運營
但隨著高超聲速技術(shù)的突破與發(fā)展，這項技術(shù)不再僅限于軍事領(lǐng)域，同時也在加速向民用領(lǐng)域擴(kuò)展。據(jù)媒體披露，美國初創(chuàng)企業(yè)赫爾繆斯（Hermeus）公司開始進(jìn)軍高超聲速民用飛機(jī)領(lǐng)域，并于2019年5月公開披露了Ma5級高超聲速民用飛機(jī)研發(fā)項目，計劃充分利用現(xiàn)有和短期內(nèi)可實現(xiàn)的技術(shù)，研制一型最大巡航速度Ma5、載客20人左右、航程約7400km的高超聲速民用飛機(jī)，初步目標(biāo)是在2020年代末投入商業(yè)運營。
3.2 協(xié)和式超聲速客機(jī)
實際上，以法英聯(lián)合研制的“協(xié)和（Concord）”和前蘇聯(lián)研制的圖-144超聲速客機(jī)，代表了超聲速時代民用客機(jī)技術(shù)和速度的最高水平。特別是協(xié)和式以2.02倍音速的巡航速度飛行，從巴黎飛到紐約只需約3小時20分，比普通客機(jī)節(jié)省一半時間。1996年2月7日，協(xié)和飛機(jī)從倫敦飛抵紐約僅耗時2小時52分鐘59秒，不僅創(chuàng)下了航班飛行的最快紀(jì)錄，而且成為成為民航客機(jī)史上的一段傳奇。
協(xié)和飛機(jī)突破音速時，會產(chǎn)生音爆，由于超音速飛機(jī)的音爆影響，許多國家一度禁止超音速飛機(jī)起降，導(dǎo)致協(xié)和超音速客機(jī)多條航線被迫停飛。
但由于技術(shù)、環(huán)境、成本、安全等問題，協(xié)和式客機(jī)實際運營效果并不理想。尤其是2000年7月25日，協(xié)和式客機(jī)AF4590航班，在從法國巴黎戴高樂國際機(jī)場起飛后不久便墜毀在巴黎市郊的戈內(nèi)斯，空難共造成113人死亡（地面4人），成為壓倒它的最后一根稻草，此事件最終導(dǎo)致協(xié)和式客機(jī)退出歷史舞臺。
然而，人們并沒有停止對飛行速度的追求。其實在法英聯(lián)合研制協(xié)和超音速客機(jī)時，波音公司和洛馬軍工巨頭也在研制超音速客機(jī)，但由于爆發(fā)中東石油危機(jī)，考慮超高的燃油成本，波音和洛馬才停止了對超音速客機(jī)及相關(guān)項目的研制。
3.3 后起之秀
特別值得注意的是，美國初創(chuàng)企業(yè)赫爾繆斯（Hermeus）公司，這家后起之秀以研制高超聲速飛機(jī)為目標(biāo)的初創(chuàng)公司正在快速發(fā)展。目前，該公司已完成了高超聲速飛機(jī)用渦輪基沖壓組合發(fā)動機(jī)（TBCC）縮比驗證機(jī)靜態(tài)和高速（達(dá)到了馬赫數(shù)5 ）試驗。這臺渦輪基沖壓組合發(fā)動機(jī)包含一臺現(xiàn)貨渦輪發(fā)動機(jī)、一套室內(nèi)試驗設(shè)計狀態(tài)的預(yù)冷卻器和亞燃沖壓發(fā)動機(jī)，渦輪發(fā)動機(jī)和沖壓發(fā)動機(jī)共用同一套進(jìn)氣道和尾噴管。其中渦輪發(fā)動機(jī)的工作區(qū)間是0到馬赫數(shù)3.3，亞燃沖壓發(fā)動機(jī)是馬赫數(shù)2.8到5。
3.4 美國空軍加入投資
這一試驗成果得到美國空軍的關(guān)注和首肯，并決定投入該項目，2020年8月6日，美國空軍在AFWERX創(chuàng)新計劃下授予赫爾繆斯（Hermeus）公司價值150萬美元高超聲速總統(tǒng)專機(jī)可行性評估研究合同。10月，赫爾繆斯（Hermeus）公司成功獲得1600萬美元A輪融資，支持開展全尺寸渦輪基沖壓組合發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)研制和地面試驗。
由渦輪發(fā)動機(jī)與亞燃沖壓發(fā)動機(jī)組合而成的渦輪基組合循環(huán)（TBCC）發(fā)動機(jī)，仍然采用常規(guī)的航空燃油，這種組合循環(huán)發(fā)動機(jī)可以在高超聲速和低亞聲速速度兩種模式下工作，無需單獨的發(fā)動機(jī)或火箭助推器。它既可以用于軍用飛機(jī)，也可用于民用飛機(jī)。有關(guān)資料顯示，配裝TBCC的飛機(jī)還能夠與現(xiàn)役加油機(jī)進(jìn)行空中對接加油，可進(jìn)一步拓展其任務(wù)能力。毫無疑問，高超聲速飛機(jī)一旦投入應(yīng)用將使未來天空發(fā)生重大改變。
3.5 未來大勢 已然明確
目前，高超聲速飛機(jī)正處于技術(shù)驗證階段，還不是具體的工程項目，但高超聲速飛機(jī)無疑代表著未來發(fā)展趨勢。盡管美軍高超聲速飛機(jī)技術(shù)發(fā)展的重心仍是渦輪基沖壓組合發(fā)動機(jī)（TBCC）組合發(fā)動機(jī)技術(shù)攻關(guān)，但最關(guān)鍵的是，赫爾繆斯（Hermeus）公司的高超聲速飛機(jī)方案明確提出采用普通的航空燃油，而不是氫燃料，從而掃除了該飛機(jī)可改型為軍用飛機(jī)的最大障礙，完全具備軍事應(yīng)用的潛力。同時，將商業(yè)投資的新技術(shù)直接轉(zhuǎn)為軍事用途的做法也為軍品研制提供了借鑒。
美國空軍之所以青睞高超聲速飛機(jī)，并不僅僅是重視未來的“空軍一號”，而是更關(guān)注其背后高超聲速技術(shù)的軍事應(yīng)用，其軍事意義遠(yuǎn)高于商業(yè)價值。由此看來，高超聲速飛機(jī)作為一種顛覆性技術(shù)，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都將產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。
（全文完）
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