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科技日?qǐng)?bào)記者付毅飛

7月5日，西北工業(yè)大學(xué)發(fā)布了一則“字少事大”的消息，全文如下：

2022年7月4日，由西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院空天組合動(dòng)力創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)牽頭研制的“飛天一號(hào)”火箭沖壓組合動(dòng)力在西北某基地成功發(fā)射，國(guó)際首次驗(yàn)證了煤油燃料火箭沖壓組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)火箭/亞燃、亞燃、超燃、火箭/超燃的多模態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡和寬域綜合能力，突破了熱力喉道調(diào)節(jié)、超寬包線高效燃燒組織等關(guān)鍵技術(shù)，飛行試驗(yàn)圓滿成功。

這則惟獨(dú)一句話的消息馬上引起關(guān)注。網(wǎng)友紛紛表示“了別起的西工大”“一看就別簡(jiǎn)單”，還有人將其稱為“招生簡(jiǎn)章”。那么，這個(gè)地方面到底說(shuō)的是什么黑科技？

講到空天飛機(jī)，許多人并別陌生。這種將航空技術(shù)與航天技術(shù)高度結(jié)合的飛行器，能以高超音速在大氣層飛行，直截了當(dāng)進(jìn)入太空，也能像飛機(jī)一樣在跑道上降落，將極大提升乾坤往返效率。相關(guān)技術(shù)受到各國(guó)高度重視。早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)就提出了國(guó)家空天飛機(jī)納斯帕打算（NASP），聯(lián)邦德國(guó)（西德）也向歐洲空間局提出桑格爾（Sanger）空天飛機(jī)。20世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)82歲高齡的錢學(xué)森曾在信中寫道：“21世紀(jì)的中國(guó)人一定要在空天飛機(jī)上顯一顯身手，這是一件國(guó)家大事！”

但是，空天飛機(jī)所需的動(dòng)力技術(shù)，像一道難以逾越的門檻，將大部分國(guó)家拒之門外。

中國(guó)航天科工集團(tuán)二院研究員楊宇光向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，目前人類往返乾坤所用運(yùn)載火箭，均為多級(jí)構(gòu)型，哪怕是我國(guó)現(xiàn)役近地軌道推力最大、入軌最“直截了當(dāng)”的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭，也采用了一級(jí)半構(gòu)型。緣故在于，航天器要脫離地球引力進(jìn)入太空軌道，至少需要加速至每秒7.8公里，思考到大氣阻力妨礙以及所需達(dá)到的高度，實(shí)際速度要求約為每秒9.5公里。即使是當(dāng)前性能最高的液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)單級(jí)入軌。

為此，各國(guó)紛紛將目光投向組合循環(huán)動(dòng)力研究，要緊涉及火箭基組合動(dòng)力（RBCC）、渦輪基組合動(dòng)力（TBCC）、復(fù)合預(yù)冷吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（SABRE)等多種形式。在我國(guó)，航天科工集團(tuán)、航天科技集團(tuán)、國(guó)防大學(xué)以及多所高校均已開展相關(guān)研究多年。

組合動(dòng)力的基本原理是集成別同動(dòng)力模式，在別同飛行時(shí)期取長(zhǎng)補(bǔ)短。以RBCC為例，在飛行器起飛時(shí)期以及大氣比較稠密的高度，航空發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高。

飛行器達(dá)到一定高度和速度后，便可轉(zhuǎn)換為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，這是在大氣層內(nèi)實(shí)現(xiàn)高超音速飛行的理想動(dòng)力。與火箭需要攜帶大量氧化劑別同，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)能夠使用空氣中的氧，從而實(shí)現(xiàn)輕裝上陣。其工作原理是，飛行時(shí)迎面氣流在經(jīng)過(guò)進(jìn)氣道過(guò)程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?jīng)壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與燃料混合進(jìn)行等壓燃燒，生成的高溫燃?xì)庠趪姽苤信蛎浖铀俸笈懦霎a(chǎn)生推力。該技術(shù)成熟后，可在較大的高度范圍和速度范圍內(nèi)工作。

當(dāng)飛行器到達(dá)臨近空間要進(jìn)入太空時(shí)，便需使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣將別同動(dòng)力方式組合，依照其優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)換使用，可為飛行器在起飛、穿越大氣層、入軌、軌道機(jī)動(dòng)、軌道再入、降落等別同飛行時(shí)期提供最高效的動(dòng)力。

但要攻克組合動(dòng)力技術(shù)，面臨諸多難點(diǎn)，例如超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。楊宇光講，一般航空發(fā)動(dòng)機(jī)乃至超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，空氣從其進(jìn)氣道進(jìn)入燃燒室未來(lái)，氣流事實(shí)上是亞音速的，因而稱之為“亞燃”。而“超燃”顧名思義，算是空氣在燃燒室內(nèi)超音速燃燒，其難度如同在12級(jí)大風(fēng)里用打火機(jī)去點(diǎn)一捆柴火，還要保證它燃燒穩(wěn)定。并且其也面臨防熱咨詢題，以及對(duì)大空域大速域工作狀態(tài)導(dǎo)致來(lái)流浮現(xiàn)大密度差、大速度差的習(xí)慣性等咨詢題。

組合循環(huán)動(dòng)力技術(shù)也對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的可重復(fù)使用能力有一定要求。對(duì)此航天科技集團(tuán)科技委主任譚永華于2015年向科技日?qǐng)?bào)記者表示，將傳統(tǒng)一次性火箭變?yōu)榭啥啻问褂没鸺婕暗年P(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)大多差不多突破。我國(guó)新一代運(yùn)載火箭所用發(fā)動(dòng)機(jī)差不多具備一定重復(fù)使用能力。

除了各項(xiàng)動(dòng)力技術(shù)，別同動(dòng)力形式之間的模態(tài)轉(zhuǎn)換也是一大難點(diǎn)，僅在進(jìn)氣道方面，就涉及可變進(jìn)氣道設(shè)計(jì)，以及對(duì)來(lái)流氣動(dòng)熱、壁壓等多方因素的思考。

從西工大發(fā)布的消息能夠看出，“飛天一號(hào)”飛行試驗(yàn)驗(yàn)證了涵蓋亞燃、超燃、火箭的多模態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡和寬域綜合能力，突破了多項(xiàng)“過(guò)于先進(jìn)別便展示”的關(guān)鍵技術(shù)，使我國(guó)在吸氣式超燃沖壓火箭組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的高超音速飛行器研究領(lǐng)域又進(jìn)一步。

并且，依照航天科技集團(tuán)一院2017年發(fā)布的《2017-2045年航天運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)展路線圖》規(guī)劃，我國(guó)組合動(dòng)力兩級(jí)重復(fù)使用運(yùn)載器打算于2040年前后研制成功，組合動(dòng)力單級(jí)入軌重復(fù)使用運(yùn)載器于2045年研制成功。

來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng)