高超聲速飛機(jī)將開啟全球空運(yùn)新時(shí)代

蘭順正，遠(yuǎn)望智庫(kù)特約研究員、中國(guó)指揮與控制學(xué)會(huì)會(huì)員

2023年5月4日，美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)（CNN）稱，各國(guó)正憑借在航空動(dòng)力和材料領(lǐng)域的最新成果，研制革命性的高超聲速客機(jī)，高超聲速旅行的時(shí)代或?qū)⒌絹怼?/p>

高超聲速飛機(jī)通常指采用吸氣式動(dòng)力、最大飛行速度5馬赫以上、可在臨近空間長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行高超聲速巡航飛行的飛機(jī)，具有高速、水平起降、可重復(fù)使用等特征。協(xié)和式飛機(jī)堪稱此類飛行器的先行者，該型飛機(jī)在20世紀(jì)60年代由英法聯(lián)合研制，為適應(yīng)超音速飛行，機(jī)翼采用三角翼，機(jī)翼前緣為S形，無(wú)水平尾翼，專門研制的四臺(tái)大推力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)使其速度可達(dá)2180千米/小時(shí)（兩倍于音速）。后來，協(xié)和式飛機(jī)由于高耗油、高噪音等自身存在的問題而退出歷史舞臺(tái)，但高速度對(duì)于人們出行和商務(wù)往來仍有巨大吸引力。

鑒于其巨大商業(yè)潛力，一些國(guó)際企業(yè)早已開始新型超音速客機(jī)研發(fā)。2016年，美國(guó)Boom公司公布了其設(shè)計(jì)的Overture超聲速客機(jī)概念圖，該飛機(jī)采用復(fù)合三角翼布局，機(jī)身由碳纖維材料制造，全長(zhǎng)52米，翼展18米，裝備3臺(tái)推力為67千?！?9千牛的中涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，巡航速度2.2馬赫，最大航程8300公里，最多可搭載55名乘客。

2022年5月，雷神公司投資了Hermeus公司，該公司目前在研制第一架被稱為“Quarterhorse”的能以五倍音速飛行的可重復(fù)使用飛機(jī)。有消息指出，Quarterhorse會(huì)使用基于GEJ85商用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的碳?xì)淙剂蠝u輪基沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)（TBCC），將成為第一架擁有TBCC推進(jìn)系統(tǒng)的同類飛機(jī)。該飛機(jī)將采用鈦合金結(jié)構(gòu)和高度流線型三角翼設(shè)計(jì)，航程7400公里。

歐洲D(zhuǎn)estinus公司的高超音速客機(jī)項(xiàng)目采用乘波體設(shè)計(jì)，通過氫燃料提供動(dòng)力，最大飛行速度5馬赫，能將飛行時(shí)間縮短到目前商業(yè)航空旅行的不到1/4。CNN報(bào)道稱，這種高超音速客機(jī)目前仍計(jì)劃使用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)作為起飛動(dòng)力，在高空再切換為氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但未來，隨著技術(shù)的成熟，將完全使用氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)并實(shí)現(xiàn)零碳排放?，F(xiàn)在該公司的兩架原型機(jī)已成功試飛，采用氫燃料的第三架原型機(jī)將于今年底首飛。Destinus公司計(jì)劃在21世紀(jì)30年代推出可容納25名乘客的小型商務(wù)機(jī)，到21世紀(jì)40年代制造大型高超音速客機(jī)。

高超聲速飛機(jī)的軍用潛能更是不可估量。高度信息化、高度智能化是未來戰(zhàn)爭(zhēng)特點(diǎn)，未來的空中打擊主要依靠高度和速度取勝，而高超聲速飛行器能在兩小時(shí)內(nèi)抵達(dá)全球任何角落。高超聲速飛機(jī)可搭載各種情報(bào)、偵察、監(jiān)視載荷，利用飛行高度與速度優(yōu)勢(shì)，對(duì)敵方進(jìn)行全天候、全天時(shí)高空偵察監(jiān)視，將實(shí)時(shí)搜集的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)通過C4ISR系統(tǒng)分發(fā)至各級(jí)指揮單元和作戰(zhàn)平臺(tái)，為實(shí)時(shí)的臨機(jī)決策、毀傷評(píng)估等提供重要支撐。同其他有人或無(wú)人偵察機(jī)相比，高超聲速飛機(jī)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力強(qiáng)，可執(zhí)行對(duì)地、對(duì)天雙重偵察監(jiān)視任務(wù)，大幅拓展偵察監(jiān)視范圍，情報(bào)搜集時(shí)效性顯著增強(qiáng)。高超聲速飛機(jī)與預(yù)警機(jī)、偵察衛(wèi)星等構(gòu)成一體情報(bào)偵察體系，充分發(fā)揮戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)搜集整體優(yōu)勢(shì)，可對(duì)作戰(zhàn)己方周邊廣闊地區(qū)實(shí)現(xiàn)全域覆蓋和全維監(jiān)視。

在火力投射方面，高超聲速飛機(jī)獨(dú)特的物理特征、飛行軌跡、飛行空間等使其可對(duì)目前現(xiàn)役所有防空反導(dǎo)體系構(gòu)成巨大壓力?？罩心繕?biāo)的運(yùn)動(dòng)速度直接決定其通過敵方防御體系作戰(zhàn)空域的時(shí)間，對(duì)突防概率影響極大。高超聲速飛行器可有效縮短對(duì)方的反應(yīng)時(shí)間，且回波積累數(shù)量少，常規(guī)雷達(dá)的探測(cè)能力明顯降低。同時(shí)，現(xiàn)有地面防空武器系統(tǒng)不能有效跟蹤瞄準(zhǔn)高速目標(biāo)。研究表明，當(dāng)飛行器的速度從5馬赫增至6馬赫時(shí)，其突防概率將從78%增加到89%，而如果未來高超聲速飛機(jī)與高超聲速導(dǎo)彈構(gòu)成“雙高速組合”，作戰(zhàn)性能將會(huì)再上臺(tái)階。

近20年間，美國(guó)軍方和軍工巨頭提出了多個(gè)高超聲速飛機(jī)路線圖、概念方案及發(fā)展計(jì)劃，包括國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和空軍在2008年提出的馬赫數(shù)6級(jí) HTV-3X“黑雨燕”高超聲速飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)，空軍在2011年提出的馬赫數(shù)4～5級(jí)高超聲速作戰(zhàn)飛機(jī)，DARPA在2016年啟動(dòng)的先進(jìn)全狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)（AFRE）高超聲速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)地面驗(yàn)證項(xiàng)目，洛馬公司SR-72高超聲速作戰(zhàn)飛機(jī)，等等。另外，在2022年1月舉行的美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）年度科技論壇和博覽會(huì)上，波音公司也推出了一種可重復(fù)使用的高超聲速飛機(jī)新模型，將來可用于執(zhí)行軍事和商業(yè)任務(wù)，包括充當(dāng)太空發(fā)射母艦。

隨著高超聲速飛機(jī)技術(shù)的不斷成熟，此類飛行器大顯身手的日子將不再遙遠(yuǎn)。