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首款乘波体高超声速飞行器试验的成功,是否暗示国内航天事业的崛起?
2018-08-08 14:05 亿欧网   

 

图片来自“123rf.com.cn”

2018年8月3日06点41分,由中国航天科技集团公司空气动力技术研究院研制的首款乘波体高超声速飞行器系统——星空-2火箭在西北某靶场成功发射,经过近10分钟飞行试验,火箭完成主动段程序转弯、抛整流罩、级间分离、释放高超试飞器自主飞行、飞行器弹道大机动转弯等试验程序,最终按预定弹道进入落区。本次飞行试验实现了飞行试验窗口科学载荷的全通道测量,科学数据有效,实现了完整回收,标志着星空-2高超声速飞行器系统飞行试验取得了圆满成功。

其中,高超声速飞行器,一般是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器。具有突防成功率高的特点,有着巨大的军事价值和潜在的经济价值。而乘波体是指一种先进的高超声速飞行器气动流线形,具有高升阻比和强机动性。乘波体飞行时其前缘线与激波面重合,就像骑在激波的波面上,依靠激波的压力产生升力。对于此次首款乘波体高超声速飞行器试验的成功,本文将对其背后引申的意义进行解析。动力系统+热防护技术的完善,助推国内航天武器新发展

此前,国内高超声速飞行器的发展并不完善,除却在技术支持上有一些难点,在落地实现发展上仍然存有挑战。在技术支持上,高超声速飞行器主要涉及到动力系统和热障方面的设计选择困难,动力系统分为喷气式发动机与超燃冲压发动机。飞行器飞行速度的变化使得喷气式发动机的扇叶式压力机对进气速度有严格的把控,叶片转动对气流做功,使气流的压力、温度升高。高温涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速从尾部喷口向后排出的反作用力促使飞机前行,因而进气道必须可以将进气速度控制在合适的范围。

高超声速飞行器的另一个技术难点就是“热障”问题,飞行器飞行时由于激波和粘性的作用,其周围空气温度急剧升高,形成剧烈的气动加热环境,使一般飞行器结构无法承受。为克服热障,科研人员需精心设计飞行器的飞行轨道和气动外形,使其在不影响或较少影响飞行器性能的情况下,尽可能降低进入飞行器的气动加热率,即热流。克服热障更主要的手段是对飞行器进行热防护,即热沉防热;辐射防热;发汗冷却防热和烧蚀防热等方法。

此次由中国航天空气动力技术研究院利用三年时间,研制出的国内首款乘波体气动布局的高超声速试验飞行器。集成了疏导式热防护热系统、内外力热测量系统及转捩流动测试系统等,并采用航天科工四院某款火箭作为高超音速飞行器的助推系统,将高超音速飞行器投送到预定高度,并分离自主飞行。实现高度30Km,马赫数5.5~6飞行窗口自主飞行400秒以上,完成气动力/热、分离干扰、自然转捩/人工转捩等8项科学问题数据测量,是国内航天武器发展进步的又一里程碑。

国内民用航天商业发展稳步,导向清晰

本次高超声速飞行器试验的成功与国家的重点支持密不可分。航天动力技术研究院,又称为航天四院,始建于1962年,是我国最大的固体火箭发动机设计、研制、生产和试验的专业研究院,也是国家重点国防科研单位。航天四院在固体火箭发动机总体设计、喷管研制和检测、大型复合材料壳体、复合固体推进剂、大型发动机装药和固体发动机各项试验测试等技术领域处于全国领先地位。

建院50年多来,四院为我国宇航、战略、战术型号研制成功70多种固体火箭发动机,有1000多项科研成果获省部级以上奖励,其中地球静止通讯卫星远地点发动机和返回式遥感卫星用返回式制动发动机分别荣获国家金质奖和银质奖。民品产业也呈现出了良好的发展势头,在航天技术和平利用、复合材料、机械电子、精细化工等领域形成了支柱,并开发出一百多种产品,创造了良好的社会效益和经济效益。

近年来,除却国家级重点支持研究院与项目投入外,我国的民用航天商业化也正在稳步发展,且呈上升趋势。航天项目的发展趋势与现状,无论是军用化或者商用化、军民融合同步发展,都是国力增强的直接体现。随着军民融合逐步推进,民用商业航天相关领域也在逐渐放开,市场需求也将不断增长。载人航天、深空探测、导航定位、对地观测、通信广播、空间科学与技术试验等各类领域航天器在国民经济、国防建设、文化教育和科学研究等领域均得到了广泛应用。

2018年2月2日,“风马牛一号”搭载长征二号丁火箭在酒泉发射,这是我国国内首颗私人卫星。据了解,目前每年国内发射的卫星当中有7成左右是政府主导或军用,虽然国内约有三十家左右从事卫星相关业务的民营企业,但真正能制造卫星的企业只有不到十家。中国长城工业集团有限公司副总裁付志恒曾说道:“过去卫星称作皇冠上的明珠,现在已经进入平民了,国内来讲目前还未看到商业航天公司有清晰的商业模式,在未来国家肯定会出台更多鼓励的政策来支持商业航天的发展。”国际航天发展百家争鸣,未来可期

相关报告显示,去年全球近120家风投为商业航天公司提供了39亿美元的投资,创下了历史记录。在这些投资者中,包括了软银集团孙正义、SpaceX创始人马斯克、亚马逊创始人贝佐斯等商业大佬。日前有消息称,美国国防部负责研发工作的副部长迈克尔·格里芬曾表示,美国在高超声速武器领域的优势正在丧失,可能落后于中俄两国。

从高超声速飞行器研发能力上看,此前美国研发的X51飞行器,进行过乘波体高超音速飞行器验证,但是到目前为止,还没有得到可用于实战的成果。而我国研发的首款乘波体高超声速飞行器本身类似于弹道导弹的弹头,被释放出去后,还可以完成自主飞行,也可以进行弹道大机动转弯。这体现了高超的机动能力和穿透能力,实战中可以绕过导弹防御系统,而且最终落入了预订区域,即可精确命中目标。

目前我国拥有很多类型的高超音速飞行器,堪称是目前世界上高超音速飞行器类型最齐全的国家之一。而另一个高超音速飞行器强国是俄罗斯,普京在2018年国情咨文里透露俄罗斯研发有多个高超音速飞行器,涵盖了战略、战役、战术三个层级。正在试验萨尔马特导弹,这是一个装有多个高超声速弹头的200吨弹道导弹。还试验了先锋导弹——一种“滑翔翼”,飞行速度为20马赫的机动洲际导弹。纵观近年国际航天事业发展,格里芬如此说法也在情理之中。

然而国际航天事业在大力发展的同时,其背后所隐藏的一系列问题,也值得航天公司去关注思考与解决。例如火箭残骸垃圾的回收问题,昨日便有消息称,搭载印尼Merah Putih通信卫星的SpaceX“猎鹰9号”运载火箭,从美国佛罗里达的卡纳维拉尔角发射场发射升空。本次卫星发射首次重复使用了今年5月曾被用于发射、后被回收修复的5型“猎鹰9号”火箭的第一级助推器。火箭将卫星送入预定轨道,第一级助推器也成功降落到用于回收的无人船上。

综上可知,在高超声速飞行器研究发展方面,中俄美位于世界前列。而我国对于航天事业的强调支持,早在2016年,国务院新闻办公室就发布《2016中国的航天》首提“航天强国”的发展愿景,而在十九大报告中,习近平总书记再次提出航天强国战略。随着商业航天在卫星制造、运营、发射、测控、通信、遥感及商业火箭总体制造的逐步落地,我国的航天强国之路,将愈加广阔。

 

责任编辑: 3976DBC TS009

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