(来源:中国航空报)

这两种技术各有所长,并无绝对的优劣之分。火箭能够提供达到高超声速所需的加速度;而超燃冲压发动机则无须携带氧化剂,即可在大气层内维持动力飞行。在某些高超声速武器中,这两种技术会协同工作。
火箭提供初始助推
火箭发动机同时携带燃料和氧化剂,因此无须大气中的氧气即可产生推力,这使其具备了极强的通用性:无论是从静止状态启动,还是在高海拔地区乃至太空中,火箭都能正常工作。
对于高超声速武器而言,这种能力在加速阶段尤为重要。火箭能够迅速将飞行器推进至执行任务所需的速度——无论是携带常规载荷,还是释放出无须持续动力即可滑翔飞向目标的滑翔飞行器,火箭都能胜任。
其缺点在于,火箭必须同时携带燃料和氧化剂。这增加了飞行器的重量,而这些重量本可用于增加燃料储备、提升载荷能力或容纳其他组件。此外,根据飞行器的设计和飞行剖面,维持动力飞行可能会迅速消耗推进剂。
火箭是一项技术成熟、拥有数十年实际应用经验的方案。对于“助推—滑翔”式武器以及需要强劲初始加速度的导弹而言,火箭是顺理成章的首选。
超燃冲压发动机利用空气维持高超声速飞行
超燃冲压发动机(即“超声速燃烧冲压发动机”的简称)采用了一种不同的工作方式。它直接从大气中获取氧气,而无须自身携带氧化剂。当飞行器高速前进时,进气口会对进入的空气进行压缩,随后喷入燃料并进行燃烧。
其关键区别在于,流经燃烧室的气流始终保持超声速状态。这使得发动机能够在高超声速飞行状态下运行,且无须传统喷气发动机中常见的旋转式压缩机和涡轮。
与火箭相比,超燃冲压发动机在维持高超声速巡航方面可能更具效率,因为它无须携带机/弹载氧气供应。然而,它通常无法在静止状态下产生足够的推力来加速进入其有效工作区间。因此,必须先借助助推器或其他推进系统,将飞行器加速至足够的速度。
在数倍于声速的气流中保持燃烧稳定,也是一项极具挑战性的任务。发动机必须在几毫秒内完成燃料混合、压力调节以及对极端高温的控制。无疑,这是一项艰巨的挑战。而美国国家航空航天局(NASA)和美国国防预先研究计划局(DARPA)已对该技术的可行性进行了验证。
NASA的X-43A试验飞行器证实了超燃冲压推进技术在自由飞行中的可行性。2004年11月,该试验飞行器在火箭助推器将其加速至所需速度和高度后,达到了约马赫数9.6的速度。在完成试飞前,其超燃冲压发动机进行了短暂的运行。
军事领域的研究也遵循了类似的路径。2021年,DARPA与美国空军宣布,“高超声速吸气式武器概念”(HAWC)项目成功完成了飞行测试;该项目由雷神公司开发,是一种采用超燃冲压发动机的巡航导弹验证机。2023年,HAWC项目又进行了一次飞行测试,验证了由洛克希德·马丁公司开发的另一种设计方案。
这些测试表明,吸气式高超声速推进技术是可行的;但要将这些试验系统转化为可靠且经济实惠的武器,仍是一项重大的工程挑战。
为何高超声速武器可能需要两者结合?
火箭和超燃冲压发动机分别解决了不同的问题。火箭能够提供强劲的加速能力,并在各种运行环境下展现出更高的灵活性;而超燃冲压发动机则具备在大气层内实现持续动力高超声速飞行的潜力,且无须携带氧化剂。
正因如此,一些高超声速巡航导弹的设计方案选择将这两种技术结合起来。火箭助推器负责为飞行器加速,待超燃冲压发动机能够接管推进任务后,助推器便会分离。助推—滑翔武器则采用另一种模式:利用火箭动力为飞行器加速,随后飞行器以滑翔方式飞向目标。
归根结底,哪种技术更胜一筹,取决于具体的任务需求。火箭推进方式适用范围更广,而超燃冲压发动机则在实现大气层内持续高超声速巡航方面展现出巨大潜力。然而,无论采用哪种技术,都无法消除高超声速武器在热防护、飞行控制、成本及可靠性等方面所面临的严峻挑战——正是这些挑战,使得高超声速武器的研发变得极其困难。 (航柯)











