單方

歐 洲
歐洲國家同樣進行了一系列的高超音速技術研究,比如法國的STATALTEX和X 422項目。不過歐洲高超音速領域最著名的研究還是20世紀80年代提出的“赫爾墨斯”小型航天飛機(上圖)、“桑格爾Ⅱ”空天飛機和“霍托爾”空天飛機,堪稱歐洲三杰。
“赫爾墨斯”是一種可重復使用的航天飛機,它使用阿里安5火箭發射,要克服從近地軌道再入返回的嚴酷考驗,對高超音速氣動飛行控制和熱防護系統都提出了很高的要求。“桑格爾Ⅱ”是一種類似米格-105的設計,它的母機在馬赫數5速度下釋放子機,子機的液氧液氫火箭發動機海平面比沖堪比美國今天RS-68A液氧液氫發動機的真空比沖,而它在高超音速方面的主要難題,同樣是氣動和防熱。
相比之下,英國的“霍托爾”要激進的多。它使用了羅爾斯-羅伊斯公司的先進組合吸氣式發動機RB545。這種獨特的發動機不僅可以在沖壓模式下工作,還可以在火箭模式下工作,最終實現單級入軌重復使用的宏偉目標。
遺憾的是,可重復使用的航天飛機/空天飛機不僅技術難度極大,而且研制和使用成本非常高,最終在歐洲放棄獨立載人航天能力后付之東流。
歐洲對高超音速技術的追求并沒有因此結束。“霍托爾”下馬后,心有不甘的工程師們組建了反應發動機公司,提出了“云霄塔”空天飛機方案。“云霄塔”同樣追求單級入軌和重復使用的能力。反應發動機公司還計劃使用“佩刀”研制馬赫數5的高超音速洲際航班客機,力圖使倫敦到悉尼的快速航班變為現實。經過二十年的臥薪嘗膽,“佩刀”已經證明了關鍵的換熱器設計的可行性,十年內有望看到它實際飛行,甚至看到“云霄塔”對接國際空間站的壯觀一幕。
法國從1992年到1998年實施了PREPHA項目,這是一個雙模沖壓發動機飛行器項目。1999年又開始了雙模沖壓發動機PROMETHEE項目。法國還提出了ASLP和MARS等高超音速導彈的設想,以及高超音速吸氣式推進的無人機設計。
先進的推進技術為研制300名乘客、15000-18000千米航程、速度馬赫數5-8的高超音速客機奠定基礎。歐洲的另一個試驗項目是高速飛行的空氣動力和熱載荷交互及先進的輕型材料,它使用甲烷燃料計劃實現馬赫數5-6的速度,并進行了耐高溫陶瓷,輕質結構、氣動外形和發汗式冷卻技術的研究。歐洲人還計劃進行LEA和HEXAFLY試驗項目,以增強對高超音速飛行器的先進推進系統、結構和防熱等關鍵技術的研究,其中LEA高超音速驗證機將使用俄羅斯的“彩虹”D2試驗器發射,而HEXAFLY也是一個歐俄合作研究項目(題圖)。
歐洲航天局不僅研制了哥倫布軌道艙,還打算研制自動轉移飛行器和乘員運輸飛行器,其中后者作為載人飛船需要突破關鍵的返回技術。1998年歐洲航天局進行大氣層外再入試驗飛行器試驗。它的外形設計和“阿波羅”飛船相似,重量2.8噸最大直徑2.8米。其試驗旨在實驗航天器返回地面的全套技術,包括再入過程中的氣動受力和氣動加熱,以及導航制導控制和海上打撈回收經驗。德國還進行了著名的SHEFEX銳邊飛行試驗器研究。
傳統的高超音速飛行器要么是基于再入彈頭的圓錐體、雙椎體等外形,要么是升力體或航天飛機那樣有翼的氣動外形,而德國的研究項目使用小型火箭發射外形獨特的銳邊飛行器進行再入大氣層控制和防熱技術的研究,擴展了人類對高超音速下氣動和防熱設計的研究。2015年2月11日IXV飛行器由“織女星”火箭發射后再入大氣層并落入太平洋,它擁有兩個可動襟翼進行再入高超音速飛行中的飛行控制,還使用了耐熱陶瓷和燒蝕性材料制成的機身,主要用于驗證再入飛行器的氣動控制和防熱技術。IXV作為歐航局下一代運載系統的關鍵技術驗證項目之一,將為歐洲研制下一代再入飛行器鋪平了道路,有助于研制可重復使用的貨運甚至在人飛船。
日 本
日本在高超音速領域也有巨額投入,并以高超音速客機和高超音速技術上的重復使用航天器為重點進行了大量研究。日本參與國際空間站項目前后,航天方面的需求同樣帶來了對高超音速氣動防熱的研究。為了研制可重復使用的軌道飛機HOPE,從1994年開始,日本先后進行了軌道再入等一系列實驗,使用小型艙體驗證了軌道返回的氣動控制和防熱系統技術。日本近些年來還打算在HTV貨運飛船上增加下行貨運能力,也就是研制HTV-R飛船。它使用的倒錐形返回艙也將為日本獲得更多的高超音速飛行試驗數據,為更遙遠的載人飛船奠定基礎。
日本還進行了一系列高超音速推進系統的研究。從20世紀80年代開始日本進行了渦輪基組合循環推進系統的研究,其中預冷高速渦輪噴氣發動機方案一路發展下來,吸氣式渦輪沖壓膨脹循環發動機項目就是其中的核心,目前日本正在積極探索馬赫數4-8的先進吸氣式發動機的發展,為未來研制高超音速導彈和客機鋪平道路。
日本還推動HYTEX研究項目,使用固體火箭測試馬赫數5的預冷吸氣式發動機。日本也為未來的重復使用航天器進行了火箭基組合循環發動機的研究,其中使用RJTF發動機試驗設施測試了4、6、8馬赫的工作情況,而HIEST項目則著眼馬赫數8-15的工作范圍,正在進行風洞測試。
印 度
印度也進行了高超音速技術的研究。2006年印度進行了超燃沖壓發動機的地面試驗,據稱在風洞中實現了馬赫數6下穩定燃燒了7秒。2010年3月4日印度使用探空火箭進行了超燃沖壓發動機燃燒室模塊的被動飛行試驗,試驗使用的火箭稱為高級技術火箭。火箭頂部搭載了一個被動式超燃沖壓發動機的燃燒室模塊,對超燃沖壓技術進行演示,火箭在預定的環境下進行了7秒的高速飛行,搜集了燃燒室的氣動數據,為后續的主動式超燃沖壓發動機試驗奠定了基礎。
印度還使用ATV火箭進行RLVTD的系列試驗,其中第一次試驗HEX發射了一架縮比的小型航天飛機。2016年5月23日HEX試驗成功,驗證了航天飛機的氣動控制系統和防熱系統。當然航天飛機縮比模型只達到了不到馬赫數6,飛行高度也僅有約65千米,其試驗難度與其他國家有很大差距。印度還在積極準備后續RLV-TD飛行試驗,據稱后續飛行試驗中將驗證超燃沖壓發動機的主動燃燒試驗,使印度突破高超音速推進技術,躋身屈指可數的高超音速技術俱樂部。按照預定計劃,印度的RLV-TD總計進行4次飛行試驗,為印度發展可重復使用運載器鋪平道路。印度使用ATV的超燃沖壓發動機試驗也在繼續,據稱2016年月或是略晚進行ATV的后續實驗,進行主動點火燃燒,印度空間研究組織希望達成馬赫數6速度下點火和發動機工作5秒的目標。
印度還和俄羅斯聯合開展了“布拉莫斯2”高超音速巡航導彈項目,不過由于技術難度巨大,發動機飛行試驗的時間節點不斷推遲,導彈首飛更是遙遙無期。“布拉莫斯2”更多的還停留在紙面上,不過航展中展出的類似美國X-43A的模型,倒是展示了印度在高超音速技術領域的雄心壯志。
澳大利亞
澳大利亞等國家也沒有放棄對高超音速技術的研究,著名的Hyshot和Hifire就是美澳合作的高超音速的項目。Hyshot項目使用小獵犬-獵戶座火箭進行高超音速試驗,主要用于驗證超燃沖壓發動機的工作情況,2001年首次試驗試驗。而2002年7月30日的第二次試驗中,超燃沖壓發動機首次成功工作產生加速。當然很多人更傾向于俄羅斯“冷“計劃才是超燃沖壓發動機的首次成功試驗,Hyshot項目后續又進行了多次試驗。
Hifire計劃由美國空軍研究實驗室和澳大利亞國防科學與技術組織共同領導,項目更注重高超音速技術的基礎研究。Hifire計劃進行最多10次飛行試驗,其中前三次分別編號為HyshotⅤ、Hyshot Ⅵ和Hyshot Ⅶ,分別進行高超音速下的乘波滑翔、馬赫數8下超燃沖壓發動機的自由飛行和馬赫數8下超燃沖壓發動機的動力飛行,Hifire計劃將搜集大于馬赫數5的高超音速飛行數據,為未來的吸氣式高超音速飛行器尤其是武器系統的研制奠定基礎。