小央視頻前段時間發(fā)布了一條題為《中國“爆炸彈射”測試神秘物體》的短視頻，這條視頻頗為怪異，因為全程靜音沉默無任何解說，這個神秘物體究竟是什么？

此神秘物體，是既神秘，也不神秘。筆者猜想小央視頻團(tuán)隊可能是編輯人員太多了，相互之間又缺乏溝通，這段視頻畫面其實早在兩個多月前就已經(jīng)在央視關(guān)于中科院力學(xué)所的超高聲速風(fēng)洞專題節(jié)目中報道過。

這段視頻反映的其實是，某兩級入軌空天飛機的分離風(fēng)洞試驗畫面。

有一個事實大家需要明確一下，就是人類至今尚沒有成功研制出空天飛機。不論是炒作多年的X-37B，還是我國近年來先后兩次成功實施入軌發(fā)射試驗的“可重復(fù)使用試驗航天器”，它們都不屬于空天飛機，而是屬于依靠運載火箭發(fā)射入軌的“航天飛機”。

X-37B航天飛機

我國對于空天飛機有清晰的定義，這是一種能在機場跑道上水平起飛和降落，既可在大氣層內(nèi)飛行，也可在大氣層外飛行的飛行器。動力裝置在大氣層內(nèi)使用吸氣式發(fā)動機，在大氣層外用火箭發(fā)動機。

空天飛機與航天飛機相比，有兩點本質(zhì)不同：

1.起飛方式不同：航天飛機是垂直起飛，空天飛機是水平起飛；

2.動力不同：航天飛機不論大氣層內(nèi)外，使用的都是火箭發(fā)動機，需要自帶大量的氧化劑，空天飛機在大氣層內(nèi)使用吸氣式發(fā)動機無需使用自備氧化劑，或者只需少量自備氧化劑，大氣層外再使用火箭發(fā)動機；

波音公司發(fā)布的空天飛機渲染圖

人類對空天飛機的追求就如同夢想掌握核聚變發(fā)電能一樣如癡如醉，因為一旦研制成功，將是人類進(jìn)入空間能力的一個全新的里程碑，有一點可以肯定的是，人類擁有空天飛機的時間會早于擁有核聚變發(fā)電能力，而且放眼全球，中國是最接近這一目標(biāo)的國家。

為什么說，中國最接近空天飛機目標(biāo)？

因為我們做到了工欲善其事必先利其器，指的就是風(fēng)洞。

JF-22超高速風(fēng)洞

執(zhí)行此次“爆炸彈射”試驗的是JF-22爆轟驅(qū)動超高速高焓激波風(fēng)洞，這是我國在高超聲速風(fēng)洞領(lǐng)域全面領(lǐng)先全球的一款國之重器。

風(fēng)洞全長167米，能夠復(fù)現(xiàn)40到90公里高空約30馬赫的超高速飛行來流，流場直徑可達(dá)2.5米，國外同類指標(biāo)僅有1.5米，直徑越大，可試驗的飛行器規(guī)模越大，試驗時間也比國外同類指標(biāo)高出數(shù)倍，參試飛行器規(guī)模又大，試驗時間又長，獲得的數(shù)據(jù)精度自然就更高，再有就是總溫高、總壓高，溫度可以達(dá)到1.8萬攝氏度，壓力可以達(dá)到1萬個大氣壓。

JF-22風(fēng)洞的每一項指標(biāo)都是世界領(lǐng)先，此為“全面領(lǐng)先”，用該項目負(fù)責(zé)人的話說就是，在世界上沒有其它風(fēng)洞可比。

與JF-22并排布置的還有JF-12高超聲速風(fēng)洞，后者建成于十幾年前，時至今日，它也仍然是世界領(lǐng)先。

同樣世界領(lǐng)先的我國JF-12復(fù)現(xiàn)高超聲速激波風(fēng)洞

JF-22世界領(lǐng)先，JF-12也世界領(lǐng)先，這豈不是很矛盾的表述？它倆之間誰領(lǐng)先誰？

這絲毫不是什么矛盾的表述，因為兩個風(fēng)洞有著各自不同的舞臺，JF-22負(fù)責(zé)40至90公里高空，JF-12則負(fù)責(zé)20到50公里的空域，復(fù)現(xiàn)速度可達(dá)12馬赫，二者結(jié)合又使我國成為全球唯一一個能夠在高超聲速領(lǐng)域覆蓋全部飛行走廊的國家。

空天飛機要想從地面飛入太空，就需要掌握全部飛行走廊的氣動數(shù)據(jù)與對應(yīng)高度的發(fā)動機工況數(shù)據(jù)，在這個飛行走廊中有一個高度層對于人類的認(rèn)知而言仍存在大量的空白，這就是“臨近空間”，也被稱為“亞軌道空間”，高度是20至100公里。

臨近空間大氣稀薄，傳統(tǒng)吸氣式發(fā)動機運作效率隨高度升高而不斷下降，傳統(tǒng)航空器難以觸達(dá)，即便依靠能量優(yōu)勢觸摸到臨近空間，也會因為氣動效率驟然降低而難以長時間飛行。

臨近空間

臨近空間也并非不能進(jìn)入，比如發(fā)射航天器用的運載火箭就必然要經(jīng)過臨近空間，不過由于火箭氣動相對單一，動力系統(tǒng)又是不依賴大氣的火箭發(fā)動機，所以人們很難通過運載火箭提高對臨近空間的認(rèn)知。

即便是氣動布局稍微復(fù)雜的航天飛機也是火箭動力，它也不依賴空氣。

欲戴王冠必承其重，對于空天飛機而言，就必須克服臨近空間的種種技術(shù)障礙，讓臨近空間成為空天飛機自由翱翔的樂園。

有不少人認(rèn)為，中科院力學(xué)所實施的此次“爆炸彈射”試驗就是騰云空天飛機的兩級分離試驗，這樣表述對嗎？并不一定。

先來理解一下，央視為什么將其表述為“爆炸彈射”，這里的“爆炸”指的是JF-22超高聲速風(fēng)洞“爆轟驅(qū)動”的驅(qū)動方式，該風(fēng)洞正是利用正向爆轟驅(qū)動的頂流，才獲得了全面領(lǐng)先的各項性能，以往國際上都是反向爆轟，通常能量很有限，無法實現(xiàn)我們JF-22的性能。

能否實現(xiàn)順暢地分離，是研制兩級空天飛機的一個重要技術(shù)瓶頸。兩級空天飛機不同于傳統(tǒng)的兩級運載火箭，后者分離時的氣動條件相對單一，前者則不同，兩級空天飛機的一級與二級皆是帶翼飛行器，分離碰撞風(fēng)險大。

比如早在去年某單位就進(jìn)行過一次在6馬赫條件下的兩級空天飛機的風(fēng)洞分離試驗，兩級分離時產(chǎn)生的沖擊波在兩級之間來回震蕩，從而減慢了二級速度，這對于要達(dá)到入軌速度的二級飛行器而言是不利的，而且這種震蕩也影響了二級飛行器的姿態(tài)，使其產(chǎn)生了奇怪的傾斜，從而增加了兩級之間分離時的碰撞概率。

直接分離條件下，二級受一級激波影響顯著。

當(dāng)時研究人員給出的解決方案是，通過改變兩級飛行器的相對運動，建立一種在不同飛行情況下更安全的分離方法。

中科院力學(xué)所此次分離試驗則給出了一個看起來更加高明的兩級空天飛機分離方案，可以看到背負(fù)著二級飛行器的一級飛行器背部有一條導(dǎo)軌，二級通過導(dǎo)軌向前移動離開一級，這樣一來就能平穩(wěn)地穿過一級飛行器高超聲速飛行時產(chǎn)生的激波，這個設(shè)計可謂是匠心獨具。

為什么說此次試驗并不一定是騰云空天飛機？首先，中科院力學(xué)所與承擔(dān)騰云空天飛機項目的某單位并不隸屬同一集團(tuán)，當(dāng)然也不能排除兩家可能的合作關(guān)系，畢竟我們是全國一盤棋。但也要知道，我國空天飛機領(lǐng)域正呈現(xiàn)的是百花齊放的發(fā)展業(yè)態(tài)，并行推進(jìn)的空天飛機項目又何止一兩個。

在眾多空天飛機項目中，公開報道的，并已經(jīng)有實際飛行試驗經(jīng)歷的還是兩大傳統(tǒng)航天龍頭企業(yè)：航天科技集團(tuán)與航天科工集團(tuán)。

航天科工集團(tuán)的項目就是曝光度最高的騰云空天飛機，該項目早在5年前就已經(jīng)實現(xiàn)騰飛一號組合動力模態(tài)轉(zhuǎn)換首飛試驗，并計劃在兩年后實現(xiàn)技術(shù)驗證飛行試驗，2030年完成兩級入軌空天飛機的研制。

騰云空天飛機構(gòu)型圖

空天飛機要想實現(xiàn)從地面滑跑起飛進(jìn)入太空，就需要一款能夠適應(yīng)低空、中高空、太空不同高度層的發(fā)動機，也就是說需要組合渦輪、渦扇、沖壓、火箭各種動力模態(tài)，此為組合動力發(fā)動機。

可以說，航天科工集團(tuán)的時間表是最為激進(jìn)的，但他們也有激進(jìn)的底氣。因為承擔(dān)騰云空天飛機動力研制任務(wù)的航天科工集團(tuán)某單位恰好就是我國飛航發(fā)動機專業(yè)戶，半個多世紀(jì)的時間里向用戶交付了大量渦噴、渦扇、沖壓發(fā)動機、固體火箭發(fā)動機等各型動力產(chǎn)品，發(fā)動機種類非常齊全，對于他們而言，研發(fā)空天飛機組合動力發(fā)動機是有著先天優(yōu)勢的。

該單位研制的“云龍組合動力發(fā)動機”就是面向我國可重復(fù)使用單級/兩級入軌運載器、空天飛行器動力需要，提出的基于液氫燃料的多循環(huán)深度耦合預(yù)冷發(fā)動機，與歐洲的云霄塔空天飛機計劃配置的SABRE預(yù)冷組合發(fā)動機類似。

云龍組合動力發(fā)動機原理樣機

此種動力對發(fā)動機預(yù)冷器的工況要求極為嚴(yán)苛。因為組合動力發(fā)動機在大氣層內(nèi)長時間高速飛行條件下，氣流溫度急劇升高，發(fā)動機材料難以承受，這會導(dǎo)致壓氣機等高性能部件無法工作，單純依賴材料性能提升去硬抗，并不是高效率的辦法，最佳的辦法就是材料耐熱性能提升的同時，通過主動降溫的設(shè)計實現(xiàn)溫度控制。

預(yù)冷技術(shù)就是引入進(jìn)氣主動降溫，事實表明，承研云龍組合動力發(fā)動機的某單位是有實力的，他們早在三年前就完成了云龍發(fā)動機原理樣機的研制任務(wù)，并且順利開展了后續(xù)試車任務(wù)，并在兩年前就實現(xiàn)了預(yù)冷器在5馬赫熱態(tài)試驗中實現(xiàn)毫秒級降溫近1000℃。

原理樣機已經(jīng)問世三年，這也意味著工程樣機即將問世，照這個進(jìn)度，如期實現(xiàn)2030年兩級入軌空天飛機研制任務(wù)是可以預(yù)期的，即便有所遲延，到2035年之前也是完全有把握的，這個時間節(jié)點也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于西方。

騰云空天飛機二級風(fēng)洞測試

空天飛機的另一家主力單位便是航天科技集團(tuán)某單位了，他們并沒有云龍發(fā)動機承研單位的發(fā)動機全品類覆蓋的先天優(yōu)勢，但是他們有宇航產(chǎn)品優(yōu)勢，意思就是說，他們運載火箭產(chǎn)品多，發(fā)射經(jīng)驗也豐富，因此航天科技集團(tuán)因地制宜推出了符合自身條件三步走規(guī)劃：

第一步：2025年實現(xiàn)火箭動力部分重復(fù)使用，一級帶翼運載器背負(fù)二級火箭，一級將二級送入預(yù)定高度后可控返回地面機場著陸，二級自主入軌釋放載荷，該型運載器起飛級將配置80噸級液氧甲烷發(fā)動機；

第二步：2030年實現(xiàn)火箭動力完全重復(fù)使用，一二級均為帶翼運載器，一級將二級送入預(yù)定高度后可控返回地面機場著陸，二級自主入軌釋放載荷后再入大氣層可控返回地面機場著陸，該型運載器起飛級將配置200噸級液氧甲烷發(fā)動機；

第三步：2040年實現(xiàn)兩級組合動力入軌，完全重復(fù)使用。飛行步驟與第二步計劃一樣，但動力方案完全不同，一二級帶翼運載器均將配置適應(yīng)各自任務(wù)高度的“吸氣式組合動力發(fā)動機”。

目前航天科技集團(tuán)針對第一步計劃已經(jīng)先后兩次成功發(fā)射亞軌道重復(fù)使用運載器，且第二次發(fā)射就是重復(fù)使用，計劃配置的液氧甲烷發(fā)動機也正在持續(xù)試車，為兩年后實現(xiàn)第一步目標(biāo)奠定了堅實基礎(chǔ)。

完成第一步之后的第二步也會比較容易，畢竟我國已經(jīng)成功實施兩次可重復(fù)使用試驗運載器的入軌發(fā)射任務(wù)，第二次發(fā)射的在軌時間長達(dá)276天，綜合技術(shù)性能已經(jīng)可以與X-37B比肩。

最難的是第三步計劃，其與第二步之間的時間跨度長達(dá)十年，即便如此，針對第三步的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)也早已開始，其所使用的組合動力也是預(yù)冷組合發(fā)動機，與航天科工集團(tuán)的云龍發(fā)動機類似。

通過比較可知，最有希望率先首飛的真正意義的兩級入軌空天飛機還是航天科工的“騰云空天飛機”，所以文章前半部分?jǐn)⑹龅闹锌圃毫W(xué)所的空天飛機風(fēng)洞分離試驗與騰云空天飛機應(yīng)該是兩碼事。

要知道中科院本身就是立足于基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域研究的單位，航天科技集團(tuán)與航天科工集團(tuán)則是立足于工程實現(xiàn)與應(yīng)用的單位，就其定位而言，中科院力學(xué)所的工作往往更具基礎(chǔ)創(chuàng)新價值，其探索的也都是更為先進(jìn)的未來技術(shù)。

中科院力學(xué)所不僅提出了更具優(yōu)勢的導(dǎo)軌式兩級分離方案，還提出了新型空天動力方案：駐定斜爆震發(fā)動機。

兩大航天集團(tuán)的空天飛機項目都是基于預(yù)冷組合動力實現(xiàn)，此種動力中的超燃沖壓動力，隨著飛行速度的增加性能開始急劇下降。斜爆震發(fā)動機與普通的超燃沖壓發(fā)動機相比，能在更高的飛行馬赫數(shù)下保持較高的燃燒效率，另外還具有燃燒室長度短、重量輕、飛行阻力小及易于重復(fù)啟動等優(yōu)點，是空天飛機更有前景的動力選項。

再比如，中科院力學(xué)所的JF-12高超聲速風(fēng)洞與JF-22超高聲速風(fēng)洞，在沒有這兩個風(fēng)洞前，我們就沒有高超聲速與超高聲速風(fēng)洞嗎？

當(dāng)然有了，比如中國空氣動力研究與發(fā)展中心官網(wǎng)就大方地介紹了十幾款超高聲速風(fēng)洞，其中有一款2米激波風(fēng)洞的性能就達(dá)到了24馬赫，不然我們那么多東風(fēng)快遞、嫦娥五號、天問一號是怎么多快好省地研制出來的。JF-12與JF-22對于我們的意義在于，讓本就在高超聲速領(lǐng)域領(lǐng)先的我們，進(jìn)一步鞏固領(lǐng)先優(yōu)勢。

力學(xué)所主要是進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)的預(yù)先研究，同時可以為其它兄弟單位提供更為先進(jìn)的風(fēng)洞設(shè)施，共同促進(jìn)國家的科技軍工事業(yè)的快速發(fā)展。

任何新生事物的發(fā)展都有其客觀規(guī)律，都有一個成長進(jìn)步的過程，現(xiàn)在有些人一提到空天飛機，就盯著它的弱點，比如結(jié)構(gòu)重量大導(dǎo)致干質(zhì)比太低，運力不高。

然而空天飛機及其衍生技術(shù)的未來應(yīng)用場景卻是極為廣闊的，比如組合動力發(fā)動機可以用于高超聲速導(dǎo)彈、空天飛機一級運載器可以發(fā)展為點對點全球到達(dá)的高超聲速運載器、空天飛機還有著更為靈活的快速進(jìn)入空間能力，這些優(yōu)勢性能既可軍用，亦可民用。

空天飛機概念最早是由我國航天帶頭人錢學(xué)森于上世紀(jì)四十年代末率先提出，錢老當(dāng)時就設(shè)想一種背負(fù)入軌運載器的兩級空天飛機，回國后他也十分重視空氣動力學(xué)研究，在上世紀(jì)八十年代軍工大裁撤的年代，也是他力主保留了我國最大的風(fēng)洞群。后來在載人天地往返運輸載具的評選中，在給載人飛船投出關(guān)鍵一票后，錢老又寄語年輕一代航天人：

航天事業(yè)的又一重大發(fā)展是空天飛機，尤其是把它作為用半小時即可橫跨2萬公里的民航工具，所以空天飛機應(yīng)是21世紀(jì)的重大成就。21世紀(jì)的中國人一定要在空天飛機上顯一顯身手，一件國家大事！

以JF-22超高聲速風(fēng)洞為例，它所能達(dá)到的試驗速度極限是30馬赫，這一速度幾乎是殲-20戰(zhàn)斗機的12倍，基本就可以實現(xiàn)錢老當(dāng)年的設(shè)想。