【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】这架圆滑的飞机，实际上比飞机还要多，从B-52轰炸机的机翼上滑落飞行，然后在加州海岸附近的穆古海域上空拍摄，留下了长长的白色尾迹。无人驾驶的X-51A达到4.8马赫，几乎是音速的五倍，借助固体火箭助推器的帮助。然后波音公司的飞机放弃了助推器，它的实验超燃冲压发动机接管了，吸入高度压缩空气，以推动车辆更快的速度，达到3400英里每小时或者是5.1马赫。在2013年的试飞过程中，这架飞机仅依靠超燃冲压发动机飞行了3分钟，但研究人员称，在10年内将飞机推进至5马赫或更高的超音速飞行的可靠技术将在10年内发挥作用，最初用于导弹。
图片版权：美国空军
存在很高的风险
五角大楼认为高超声速武器是一种潜在的游戏规则改变者，它可以给它或一个对手——在过去几十年里隐形飞机或智能炸弹的优势。高超音速导弹很难击落，到达时几乎没有任何警告和机动，以避免防御。俄罗斯和中国也在研制高超音速导弹，11月，有报道称中国已开始建造世界上最快的风洞，以测试高超音速飞机和武器。美国海军太平洋司令部(U.S. Pacific Command)司令、海军上将哈里哈里斯(Harry Harris Jr.)上周在众议院军事委员会(House Armed Services Committee)前表示:“我对中国大举投资下一波军事技术(包括高超音速导弹)深感担忧。如果美国不跟上步伐，(美国太平洋司令部)将很难与中国人民解放军在未来的战场上竞争。
就像过去的项目，包括隐形技术和弹道导弹研究一样，南加州可能会在其发展中发挥主导作用。美国国防高级研究计划局(DARPA)是帮助开发互联网的同一机构，美国空军正在牵头一个名为“高超声速空气呼吸武器”的项目。它已授予包括雷声公司(Raytheon Co.)和洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin Corp.)在内的防务公司的合同，以开发能够“有效且负担得起”的空中发射高超音速巡航导弹的技术。航空航天公司轨道ATK公司最近也被选中参加了美国国防部高级研究计划局的超音速飞机发动机项目，而军用飞机制造商已经讨论了他们自己的高超音速飞机的概念。
据报道，近一段时间，美国国防部准备开始测试一种超速度弹丸，其速度可以达到接近6马赫的速度。这枚炮弹可能对未来的导弹防御有影响。可靠特超音速不仅可以推动导弹难以置信的速度,使他们更难击落在不寻常而且还将允许更大的机动性altitudes-both靠近地面,远高于目前的导弹防御系统的范围,根据Rand corp .)去年发布的报告。波音公司的高级技术研究员、首席科学家凯文·鲍克特(Kevin Bowcutt)在1995年提出了X-51A的最初概念设计。美国目前的技术强调的是，hypersonics是多重的。从历史上看，美国一直是这一领域的领导者，而且这项技术也很有前途。
但卡内基国际和平智库(Carnegie Endowment for International Peace think tank)的核政策项目联席主任詹姆斯·阿克顿(James Acton)说，发展不是由特定的任务所驱动的。其他分析人士说，目前推动hypersonics的努力可能是试图阻止其他国家考虑高超音速导弹袭击。但是，为了开发功能性的超音速技术，美国需要开发发动机系统和材料，这些系统和材料可以在高速和高温下运行很长一段时间。专家说，光是研发成本就很重要，甚至不包括开发运营车辆所需的数十亿美元。莱克星敦研究所(Lexington Institute)智库的航空业分析师洛伦·汤普森(Loren Thompson)表示，如果研究“在真正的武器项目中取得成果”，那么到2020年至2035年之间，将有数百亿美元的资金投入到hypersonics合同上。
这对南加州来说可能是个福音
汤普森说，该地区是美国工业和美国政府重点研究中心的所在地，比如洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)神秘的帕姆戴尔(Palmdale Skunk)工厂和爱德华兹空军基地(Edwards Air Force base)，这可能使其成为hypersonics研究中心。波音公司表示，在亨廷顿海滩设施以及圣路易斯和西雅图都已经开展了超音速工作。过去的主要研究和发展项目给该地区带来了成千上万的就业机会。1992年，当B-2隐形轰炸机接近其生产高峰时，飞机制造商诺斯罗普在皮科里韦拉有9000名工人，在帕姆代尔有3000名工人。20世纪40年代美国的“海派”发展到现在，JPL在德国V-2火箭的鼻子上安装了一枚WAC下体火箭，以制造一枚两级火箭，这是美国陆军的“保险计划”的一部分。
1949年从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射，火箭达到了5150英里/小时或大约6.7马赫。另一个重大突破出现在20世纪50年代和60年代，X-15项目，实验火箭推进飞行器达到了最高速度的6.7马赫，并被设计用来提高对高超音速飞行的理解。来自测试飞行的数据帮助影响了阿波罗太空舱的航天器设计和将宇航员送上月球的土星五号火箭。从1981年到2011年的航天飞机，在重返地球大气层时也达到了高超音速，导致了吸热瓷砖和大圆角的发展，从而降低了重新进入大气层的温度。但是，尽管有这些渐进的发展，仍然有很大的技术障碍需要解决，尤其是在材料科学方面。
当重新进入地球大气层时，航天飞机的外表面遇到了接近3000华氏度的温度。飞机级的铝在温度大约比这低三倍的时候熔化，而飞机的结构在更低的温度下也会失败。一种可能的解决方案是诸如钛或镍基合金之类的材料，这些材料的速度可以略高于5马赫。过去，陶瓷基复合材料，一种更具有异国情调的强弱纤维混合，可能是一个答案。亚利桑那大学航天和机械工程系的助理教授Stuart a . Craig说：能更好地预测热负荷，就能更好地利用材料或结构来处理热负荷。开发一种更大的超燃冲压发动机——正式称为超音速燃烧冲压喷气发动机——也具有挑战性。虽然火箭可以获得高超音速的车辆，但它们太大、太笨重、没有效率，不能用于轻型导弹或飞机。
进入冲压喷气发动机-一个可以提供动力的空气呼吸引擎，它的速度大于5马赫，但更轻，更有效率。与火箭不同，超燃冲压发动机不需要携带自己的氧气罐来燃烧燃料，燃料通常是碳氢化合物。相反，它利用大气中的空气作为推进剂的氧化剂。兰德公司(Rand Corp.)的高级工程师、导弹开发专家乔治纳库兹(George Nacouzi)说：每次你想驾驶高超音速滑翔器或巡航导弹时，你都负担不起建造所有这些大型火箭的费用，这是不可能的。超燃冲压发动机通常以大约5马赫的速度开始工作，当气流仍然是超音速的并且高度压缩的时候。美国航空航天局(NASA)的X-43A飞机项目在过去的十年里证明了超音速冲压喷气发动机可以工作，尽管它的规模比普通飞机要小。
波音公司的Bowcutt说：扩大规模可能是一项挑战。他在洛克威尔国际公司(Rockwell International)开发了X-51A设计，后来被波音公司收购。由于风洞的大小是有限的，工程师们也必须更多地依赖于计算机模拟，这在现实世界中不一定能完全验证一个概念。但是新技术的发展使得一些问题更容易解决。在最近的一次航天技术会议上，洛克希德·马丁公司的副总裁Jack O'Banion说，计算机处理能力和数字工具的增加帮助国防巨头为一种叫做SR-72的平面概念设计了一个超冲压喷气发动机。
洛克希德·马丁公司表示，这种高超音速飞机概念的飞行速度可以达到6马赫，并在2030年投入使用。洛克希德公司的一名高管最近反驳了有关SR-72已经存在的猜测，称该公司的重点是高超音速武器系统。(这个名字是对洛克希德公司的“隐形SR-71黑鸟”的致敬，它在1964年首次飞行，平均时速达到了每小时2200英里。通过数字印刷制造，O'Banion表示，该公司可以将超燃冲压发动机与一个“令人难以置信的复杂冷却系统”结合起来，使发动机能够承受多次启动的常规操作，没有移动的部件。在所有这些挑战中，许多研究人员说可能首先用于导弹，之后用于载人飞行器。
不过，兰德公司(Rand Corp.)的Nacouzi说：不要指望很快就能在超音速客机上预定座位，因为这项技术的商业应用可能至少需要30年的时间。这一时间表将取决于高超声速旅行的商业案例，这可能会令票价上涨。协和客机的例子并不是很有希望。2000年，一场空难夺去了113人的生命，使舰队暂时搁浅，但在9·11事件后，航空公司的运营成本居高不下，导致飞机在2003年最终退役。从导弹开始就容易多了，比飞机简单，因为飞机有更多的系统。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
作者：Samantha Masunaga
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：洛杉矶时报
编译：中子星
审校：博科园
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