高超音速技術(shù)專業(yè)面廣，技術(shù)極為復(fù)雜。它又是投資大、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險極高的領(lǐng)域。例如，所需實驗設(shè)備少則幾百萬美元，多則數(shù)十億美元。這是世界上任何一個國家不能獨立承受的。本人于1999年在俄羅斯考察時，親眼目睹了歐洲第一、世界第二（第一在美國）C-16高超音速風(fēng)洞設(shè)施的壯觀。但是這類設(shè)施使用頻率極低，多處于閑置狀態(tài)，維護(hù)費驚人，“買得起馬，配不起鞍”。俄羅斯當(dāng)時經(jīng)濟(jì)面臨崩潰的邊沿，巨額的高超音速技術(shù)研制費用更無從談起，當(dāng)時尋求外資和出租設(shè)備、聯(lián)合開發(fā)是其唯一的選擇。在技術(shù)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，哪怕是政見不同，都能夠采用聯(lián)合開發(fā)的形式。高超音速技術(shù)研究難度大、耗費驚人，采用聯(lián)合開發(fā)或者租用實驗設(shè)備，避免重復(fù)投資，是獲取最大經(jīng)濟(jì)效益的最好辦法。俄羅斯、美國、法國以及西歐其他國家就是在高超音速技術(shù)研究領(lǐng)域合作開發(fā)的典型代表。

借雞生蛋

上世紀(jì)末俄羅斯憑借在沖壓發(fā)動機(jī)領(lǐng)域獨占鰲頭的優(yōu)勢，開發(fā)了有許多飛行試驗計劃，重要的飛行試驗計劃有4個：“冷”（Холод）計劃、“鷹”（Орёл，ИГЛА、IGLA）計劃、和“彩虹”-D2（Радуга-д2）計劃試驗計劃?！苞棥爆F(xiàn)在發(fā)展為GLL-VK高超音速試驗計劃。其中有一些項目，尤其一些基礎(chǔ)性研究是與國外合作開發(fā)的。1999年，我們在俄羅斯考察時，俄方設(shè)計局就明確表達(dá)了希望與中國聯(lián)合開發(fā)的意向。

“冷”計劃 “冷”計劃是俄羅斯最早進(jìn)行的高超音速技術(shù)飛行試驗計劃，由俄羅斯中央航空發(fā)動機(jī)研究院（ЦИАМ）與俄羅斯中央空氣流體動力研究院（ЦАГИ）等單位聯(lián)合承擔(dān)。

該計劃研制的軸對稱亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)是一個自主系統(tǒng)，它包括攜帶氫燃料的亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)、燃料監(jiān)控/測量系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)等。發(fā)動機(jī)及支架的很多部件均用普通材料制成，進(jìn)氣道及中心錐、燃燒室和液氫燃料箱由不銹鋼制成；錐尖和整流罩前緣處用鋁-鐵-鉻粉末冶金材料，可承受1200℃以上的高溫。

該試飛器利用已經(jīng)開始退役的遠(yuǎn)程、中高空地對空導(dǎo)彈系統(tǒng)SA-5“甘蒙”（俄羅斯名稱為Bera“維加”，系統(tǒng)代號C-200）中的5B28導(dǎo)彈。5B28導(dǎo)彈拆除戰(zhàn)斗部及無關(guān)系統(tǒng)，增加測量設(shè)備，發(fā)動機(jī)模型安裝在5B28導(dǎo)彈的頭部。

1991—1998年，該軸對稱亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)的驗證性飛行試驗共進(jìn)行過5次：其中第一次為俄羅斯自籌資金開發(fā)試驗；第二、三次為與法國共同研究；第四、五次為與美國NASA合作試驗項目。這5次試驗均是在哈薩克斯坦拜科努爾航天中心附近的靶場進(jìn)行的，都使用氫燃料。

1991年11月27日，俄羅斯首次進(jìn)行軸對稱亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)模型的系留試驗。在飛行結(jié)束時，將試飛器回收（但在后來的試驗中，試飛器并沒有設(shè)計成可回收的，在試驗后就損壞了）。這次試驗基本上獲得成功。導(dǎo)彈飛行180千米，飛行時間約為130秒，最大飛行高度達(dá)到35千米，彈道非常平坦；最大飛行速度達(dá)到1653米/秒，最大飛行馬赫數(shù)為5.6。試驗驗證了發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)，并在最終5秒，發(fā)動機(jī)實現(xiàn)了超音速燃燒。

這是世界上首次在飛行試驗中實現(xiàn)了沖壓發(fā)動機(jī)從亞音速燃燒模態(tài)到超音速燃燒模態(tài)的轉(zhuǎn)換。這一事件在現(xiàn)代發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域具有重大意義，它標(biāo)志著超燃沖壓發(fā)動機(jī)從地面試驗的理論性研究到了應(yīng)用開發(fā)階段，更加確立了俄羅斯在這一專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。試驗成功之后，俄羅斯向西方國家通報了試驗結(jié)果。1992年年初美國一家科技刊物報道說，“當(dāng)我們還在進(jìn)行理論研究時，俄羅斯人已經(jīng)在進(jìn)行飛行試驗了。”上世紀(jì)90年代中期，美國加速發(fā)展高超音速技術(shù)，與這一事件可能有很大關(guān)系。

早在1990年年底，俄羅斯航空航天官員就曾訪問了美國NASA的幾個研究中心，其中包括德賴登研究中心。訪問期間俄羅斯就介紹了“冷”計劃的概要，并提出合作開發(fā)的意向。NASA則始終把6.5馬赫超燃發(fā)動機(jī)試驗作為追求的目標(biāo)。最后，俄美終于在1991年11月達(dá)成了合作開發(fā)的協(xié)議。

美國與俄羅斯聯(lián)合試驗研究的目的是：驗證基礎(chǔ)理論研究成果；驗證建造的數(shù)學(xué)模型、軟件及修正系統(tǒng)；計算推力；增加對飛行試驗復(fù)雜性的認(rèn)識；將兩國的試驗設(shè)備與試驗技術(shù)水平進(jìn)行比較。另外，美國認(rèn)為，本國相同的計劃成本要高得多，該協(xié)議聯(lián)合試驗方式是獲得有價值飛行數(shù)據(jù)的低成本有效方法；而俄羅斯的目的在于利用其設(shè)備、場地優(yōu)勢獲得持續(xù)發(fā)展的資金。

1992年11月17日進(jìn)行了第二次試驗飛行，這是俄羅斯與法國共同進(jìn)行的試驗。飛行速度為1535米/秒，最大飛行高度為22.4千米，飛行馬赫數(shù)為5.35，亞/超燃發(fā)動機(jī)工作時間為41.5秒，克服了第一次試驗中高度控制的問題，實現(xiàn)高度的穩(wěn)定控制。據(jù)俄羅斯報道，第二次試驗是5次發(fā)動機(jī)飛行試驗中最為成功的，獲得的數(shù)據(jù)最全。

1995年3月1日進(jìn)行了第三次試驗，這次與法國合作的試驗是一次失敗的試驗。由于電源系統(tǒng)故障，導(dǎo)彈沒有達(dá)到預(yù)定點。其飛行速度為1712米/秒，最大高度為30千米，最大飛行馬赫數(shù)為5.8。由于電源出了問題，控制氫燃料的閥門沒有打開，氫燃料未進(jìn)入到燃燒室，試驗發(fā)動機(jī)未點火工作。但是，試驗并未造成災(zāi)難。

1997年8月1進(jìn)行了第四次試驗。

1998年2月12日進(jìn)行了第五次試驗。

第四、五次試驗是俄羅斯中央航空發(fā)動機(jī)研究院與美國NASA合作進(jìn)行的，合同金額為180萬美元。當(dāng)時NASA曾提出飛行馬赫數(shù)大于6.5，力爭達(dá)到7。但是，俄羅斯認(rèn)為這樣的試驗做不到，即使發(fā)動機(jī)可以達(dá)到8馬赫，但試飛器不能在這樣條件下飛行，最后試驗要求是6～6.5馬赫。這項合同要求對SA-5試飛器進(jìn)行改進(jìn)。SA-5導(dǎo)彈試飛器的翼面積加大了，去掉了與試驗無關(guān)的部件以減輕總質(zhì)量。

NASA的合同要求要重新設(shè)計和制造4臺相同的試驗發(fā)動機(jī)。美國在對其中的2臺進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗和測試，后又運回NASA蘭利研究中心，并在2.438米高溫風(fēng)洞中進(jìn)行新一輪地面試驗。第三臺發(fā)動機(jī)為試驗用發(fā)動機(jī)，第四臺為備用發(fā)動機(jī)。endprint

由于考慮到軸對稱亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)在實際應(yīng)用時會碰到許多難以克服的困難，所以，俄羅斯中央航空發(fā)動機(jī)研究院在完成上述5次飛行試驗后，就宣布“冷”計劃終結(jié)。而美國NASA為獲得更全面的試驗數(shù)據(jù)，與該研究院商討繼續(xù)進(jìn)行飛行試驗事宜。用NASA的錢來豐富自己的成果和數(shù)據(jù)，俄羅斯又何樂而不為呢？一次飛行試驗最早的報價為100萬美元以上，但是俄羅斯現(xiàn)在的要價可不只這些了。

“彩虹”-D2計劃 該計劃是俄羅斯彩虹設(shè)計局與中央空氣流體動力研究院共同開發(fā)一個高超音速技術(shù)發(fā)展計劃，前者負(fù)責(zé)飛行試驗器的研制，后者負(fù)責(zé)超燃沖壓發(fā)動機(jī)的研制。后來，德國航空航天公司、德國航空航天研究院、慕尼黑發(fā)動機(jī)渦輪聯(lián)合公司也參加了該計劃，并在德國進(jìn)行的試驗中取得成功。雖然，“彩虹”-D2試飛器在1997年莫斯科航展上進(jìn)行過公開展出，但是后來對其詳細(xì)資料介紹卻很少?！安屎纭?D2試飛器采用彩虹設(shè)計局自行研制的AS-4“廚房”遠(yuǎn)程戰(zhàn)略空對面導(dǎo)彈（俄羅斯名稱為“風(fēng)暴”，代號Kh-22）。

從俄羅斯資料來看，“彩虹”-D2的飛行試驗并沒有獨特之處。它在做好技術(shù)準(zhǔn)備后，由圖-22M3載帶升空，在預(yù)定的飛行條件下發(fā)射“彩虹”-D2試飛器；飛行器在程序控制下完成亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)的試驗；然后在預(yù)定的著陸點用降落傘進(jìn)行回收。飛行過程中，圖-22M、米-8直升機(jī)進(jìn)行控制飛行，地面站接收遙測信息，米-8直升機(jī)將試驗發(fā)動機(jī)和測試設(shè)備運回進(jìn)行評估。

“彩虹”-D2試驗飛行器有一個復(fù)雜的回收系統(tǒng)。它采用三級降落傘回收，前兩級減速，最后一級是主傘，回收降落。該系統(tǒng)采用全彈回收，試飛器與試驗發(fā)動機(jī)不分離。試飛器用后就報廢了，試驗發(fā)動機(jī)進(jìn)行評估和鑒定。彩虹設(shè)計局介紹說，回收時頭部先著地，頭部損傷大，試驗發(fā)動機(jī)和測試設(shè)備則很安全。

彩虹設(shè)計局與中央空氣流體動力研究院均表示愿意為國外公司進(jìn)行高超音速技術(shù)的開發(fā)，也愿意為國外用戶進(jìn)行試驗服務(wù)。預(yù)計一次飛行試驗的費用在1000萬美元以上。

1995年，彩虹設(shè)計局研制的Kh-90高超音速空射巡航導(dǎo)彈首次公開展出，被稱為GELA試飛器。當(dāng)時已在圖-95轟炸機(jī)上進(jìn)行過多次飛行試驗，飛行試驗為5馬赫。與此同時，俄羅斯機(jī)械設(shè)計局也在探索10馬赫的高超音速導(dǎo)彈技術(shù)，但后來具體資料甚少。

法、俄聯(lián)合開發(fā)的技術(shù)成果 從1993年開始，航天馬特拉公司（MBDA）法國公司和法國航空航天研究中心（ONERA）一直和俄羅斯的許多實驗室和學(xué)院合作，研究未來高速吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)。尤其是莫斯科航空學(xué)院（MAI）和MBDA法國公司開展了富有成果的合作，其中許多項目由法國政府和MBDA法國公司共同投資。

俄羅斯幾乎參與了法國高超音速技術(shù)發(fā)展的全過程，它們?yōu)榉▏谶M(jìn)行的LEA計劃聯(lián)合設(shè)計發(fā)動機(jī)，并在莫斯科航空學(xué)院的試車臺上進(jìn)行實驗，積累了豐富的經(jīng)驗。

MBDA法國公司和俄羅斯MAI學(xué)員開發(fā)了實驗性的“寬幅雙燃料雙模沖壓發(fā)動機(jī)”（WRR）。這種在研的發(fā)動機(jī)具有完全可變的幾何形狀，在整個馬赫數(shù)范圍內(nèi)都保持高性能。它能使可重復(fù)使用的空間運載器加速至最低為3馬赫，最高可達(dá)12馬赫。

西方國家聯(lián)合開發(fā)計劃

西方國家開展了該領(lǐng)域的廣泛合作，制定了許多發(fā)展計劃，比較重大的有HyShot、HyCause、HiFiRe等，另外還開展了多項基礎(chǔ)技術(shù)的專題研究。

HyShot計劃 HyShot是1999年開始啟動的高超音速技術(shù)聯(lián)合開發(fā)計劃，由澳大利亞、美國、英國、德國、韓國、日本等國合作進(jìn)行，目的是對氫燃料超燃沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)行飛行試驗演示驗證。

該計劃進(jìn)行了大量的地面試驗，包括傳感器響應(yīng)時間、各部件的結(jié)構(gòu)整體性、振動試驗、沖擊試驗、真空試驗和源碼評估等。最重要的地面發(fā)動機(jī)風(fēng)洞試驗在澳大利亞昆士蘭大學(xué)高超音速中心的T-4激波風(fēng)洞中進(jìn)行（2004年對該風(fēng)洞進(jìn)行了升級，升級后能模擬在30千米高度進(jìn)行10馬赫的飛行）。

2001年10月30日，HyShot計劃在澳大利亞的武麥拉靶場進(jìn)行進(jìn)行首次發(fā)射試驗。所用的超燃沖壓發(fā)動機(jī)是澳大利亞昆士蘭大學(xué)設(shè)計的二維燃燒室發(fā)動機(jī)，稱為HyShot-1。但這次試驗中，在超燃沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)入試驗前，運載火箭出現(xiàn)故障，要求達(dá)到369千米高度，實際只達(dá)到100千米，最終導(dǎo)致試驗失敗。

2002年7月30日，第二次發(fā)射在武麥拉導(dǎo)彈靶場進(jìn)行，試驗獲得成功。此次試驗受日本航空航天研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的委托，用于開發(fā)未來的空間運輸系統(tǒng)，對超燃沖壓發(fā)動機(jī)較高的壓力和溫度進(jìn)行測試，目的是得到真實飛行條件下質(zhì)量為100千克的超燃沖壓發(fā)動機(jī)（采用日本提供的先進(jìn)燃料噴射器）的試驗數(shù)據(jù)，并用這些數(shù)據(jù)與在日本的地面試驗結(jié)果進(jìn)行比較。

在飛行的最后階段進(jìn)行了超燃沖壓發(fā)動機(jī)試驗。在向地面回落的過程中，超燃沖壓發(fā)動機(jī)出現(xiàn)短暫的點火燃燒，速度達(dá)到7.6馬赫。澳大利亞聲稱這是世界上超燃沖壓發(fā)動機(jī)首次發(fā)射成功（實際上，俄羅斯在1991年首先獲得成功，但俄羅斯使用的是亞/超燃沖壓發(fā)動機(jī)）。

2006年3月25日下午1點45分，英國奎奈蒂克公司在武麥拉試驗場進(jìn)行了HyShot-3發(fā)射，取得成功，耗費100萬英鎊。飛行試驗使用該公司設(shè)計的三維燃燒室發(fā)動機(jī)。

2006年3月30日進(jìn)行了HyShot-4發(fā)射，飛行試驗使用的日本超燃沖壓發(fā)動機(jī)的質(zhì)量為100千克，采用了先進(jìn)的燃料噴注器。

HyShot計劃原定還將進(jìn)行3次飛行試驗：HyShot-5在高超音速自由飛行的滑翔試驗；HyShot-6在8馬赫條件下的超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)的自由飛行試驗；HyShot-7在8馬赫條件下由超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)的持續(xù)飛行。

HiFiRe計劃 2006年11月10日，美國和澳大利亞合作的“高超音速國際飛行研究試驗”（HiFiRe）項目正式啟動，總投資預(yù)計為5400萬美元，預(yù)定將持續(xù)8年。美、澳雙方的項目牽頭單位分別是美國空軍研究實驗室（AFRL）和澳大利亞國防科學(xué)技術(shù)機(jī)構(gòu)（DSTO）。endprint

HiFiRe項目計劃將試驗21世紀(jì)用于先進(jìn)超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)的航天運載火箭和武器中的航空航天技術(shù)。該項目的目標(biāo)是為新型波音X-51超燃沖壓發(fā)動機(jī)演示器提供支持，同時為快速響應(yīng)太空發(fā)射研究和高超音速快速打擊武器建立一個強(qiáng)大的飛行試驗數(shù)據(jù)庫。

該項目以美澳合作的高超音速飛行試驗HyShot-2和HyShot-3為基礎(chǔ)，計劃在2007—2011年之間，在南澳大利亞州的武麥拉試驗場開展10次飛行試驗，這些試驗將收集大于5馬赫高超音速飛行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將構(gòu)成一個“世界級數(shù)據(jù)組”。

據(jù)最新消息，HiFiRe飛行計劃已經(jīng)從最初的多達(dá)10次縮減至6～8次。Flight-2也將從位于夏威夷的太平洋導(dǎo)彈靶場設(shè)施發(fā)射，有些試飛將改在白沙導(dǎo)彈靶場。經(jīng)過這些變化，澳大利亞參與飛行的程度有所降低，但DSTO稱他們將保持對HIFiRE項目的竭力支持。

HyCAUSE計劃 2004年4月正式啟動的澳大利亞/美國高超音速聯(lián)合試驗（Hypersonic Collaborative Australian/United States Experiment， HyCAUSE）計劃是美國和澳大利亞聯(lián)合進(jìn)行的一個研究項目，由美國DARPA和澳大利亞DSTO共同負(fù)責(zé)，美國和澳大利亞的多個研究小組參與了此項計劃。

HyCAUSE項目旨在研究極高速飛行條件下氫燃料超燃沖壓發(fā)動機(jī)的性能和可操控性，將地面試驗結(jié)果和飛行試驗結(jié)果進(jìn)行對比，研究低成本飛行試驗方法。這一目的是和DARPA的FALCON計劃的遠(yuǎn)期目標(biāo)是一致的。HyCAUSE項目最初在澳大利亞和美國進(jìn)行了多項地面試驗。

歐盟LARPCAT計劃 2005年春季，歐盟啟動了一項持續(xù)3年的項目，名為“長期先進(jìn)推進(jìn)概念和技術(shù)”（LAPCAT），為高超音速飛行推進(jìn)概念研究。歐洲航天局-歐洲航天技術(shù)中心聯(lián)合了來自6個歐洲國家的工業(yè)界、研究所以及大學(xué)共同參與該項目，由位于荷蘭的歐洲空間研究和技術(shù)中心（ESTEC-ESA）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。研究團(tuán)隊包括4個工業(yè)界成員、4個研究所成員和4個大學(xué)成員。

該項目的目標(biāo)為：在系統(tǒng)層面上定義高速飛行的需求和工作狀態(tài)；建立針對超音速下的高速氣動高壓燃燒以及流體現(xiàn)象的試驗數(shù)據(jù)庫；通過數(shù)字仿真工具建立并驗證物理模型，從而確定超音速、高壓燃燒、湍流以及轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象；對質(zhì)量性能渦輪和熱交換器部件的可行性進(jìn)行研究。

LAPCAT項目希望能夠重新評估超音速運輸機(jī)（SST），并且通過采用輕型先進(jìn)材料突破“和諧”號超音速飛機(jī)的材料極限，從而實現(xiàn)4～8倍音速的飛行。LAPCAT項目的初步研究顯示，到目前為止4～5馬赫是可行的，并且有實現(xiàn)8馬赫飛行的潛力。目前，歐洲正在對飛行速度為8馬赫的飛行器進(jìn)行研究，以確定其性能。

為了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行，研究人員對超燃沖壓發(fā)動機(jī)及組合系統(tǒng)進(jìn)行了充分的研究，并盡量利用已經(jīng)取得的渦輪發(fā)動機(jī)的成果。設(shè)計了兩種分別采用航空煤油和氫燃料作為推進(jìn)燃料的渦輪-超燃沖壓發(fā)動機(jī)，以及在8馬赫狀態(tài)下采用氫助推器實現(xiàn)亞燃到超燃轉(zhuǎn)換的沖壓發(fā)動機(jī)。

SCRAMSPACE計劃 超燃沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)入空間系統(tǒng)（SCRAMSPACE）為澳大利亞昆士蘭大學(xué)牽頭、多國聯(lián)合開發(fā)的高超音速技術(shù)發(fā)展計劃。該計劃為大型長期計劃，用來規(guī)劃澳大利亞未來20年組合超燃沖壓發(fā)動機(jī)的技術(shù)發(fā)展，基于這種發(fā)動機(jī)的空天飛行器能夠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)入空間。試驗在武麥拉試驗場進(jìn)行。

該計劃于2010年啟動。2010—2013年為第一階段，主要進(jìn)行超燃沖壓發(fā)動機(jī)自由飛行試驗，驗證高超音速自由飛行時超燃沖壓發(fā)動機(jī)的推力、高溫性能及試驗設(shè)備的性能等。澳大利亞已投入經(jīng)費500萬美元，國際合作單位出資900萬美元。

第一階段，試飛器由S-30“獵戶座”改進(jìn)型探空火箭助推升空，在離開大氣層時火箭與試飛器分離。試飛器返回時，尾翼展開并鎖定。在滑翔過程中，飛行器在27～32千米的高空、以8馬赫的速度進(jìn)行試驗。澳大利亞將根據(jù)第一階段的試驗情況制定后續(xù)的研究計劃和研究內(nèi)容。

SCRAMSPACE是在HyCAUSE 、HiFiRe 、HyShot計劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，也得到了德國SHEFEX-2計劃的支持。該計劃充分利用了先前計劃取得的技術(shù)成果。所取得的成果將會對歐洲的未來空間運輸系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

（編輯/萬力）endprint