美國高超聲速飛機技術在研項目布局

廖孟豪

自2015年以來，美國空軍首席科學家、空軍研究實驗室主任等高層人士在多個公開場合多次宣稱，美國將在21世紀30年代研制一種壽命有限、性能有限的高超聲速飛機，在21世紀40年代研制一種長壽命、高性能的高超聲速飛機。美國洛克希德·馬丁公司更是在2013年底便宣稱，將在2030年完成SR-72高超聲速飛機研制。然而，高超聲速飛機這種高端航空武器裝備的研發過程，通常需要長達20年以上的周期。

本文以2017年為節點，利用開源情報信息，梳理分析了美國各方在研的高超聲速飛機技術項目信息，以期通過美國高超聲速飛機技術科研項目的布局概況，切實掌握美國高超聲速飛機研發力度和進度。

演示驗證類

集成演示驗證是航空武器裝備在研發過程中最具標志性的重大里程碑，通常也是高技術裝備由技術預研轉入型號研制的關鍵決策點。目前美國在研的演示驗證類項目有兩項，包括飛機類和發動機類各一項。

飛機類演示驗證項目為洛克希德·馬丁公司自籌10億美元啟動的項目，周期約6年。如果進展順利，有望在2023年完成驗證機首飛，從而使美國高超聲速飛機具備型號研制的技術條件。

發動機類演示驗證項目為美國國防預研局（DARPA）主管，計劃在2020年完成馬赫數Ma5級全尺寸TBCC發動機地面驗證，目前已經完成了科研合同簽署，承研單位確定為美國軌道ATK公司和洛克達因公司。

此外，波音公司在2018年1月也公開披露了Ma5級高超聲速飛機的概念方案及研制計劃。目前，波音公司依靠自籌資金以及DARPA和美國空軍的部分資助，已經完成了一輪高超聲速飛機概念方案研究。波音期望以該方案為基礎，第一步先研制一型F-16大小、采用單臺渦輪基沖壓組合發動機（TBCC）的驗證機，第二步再研制一型SR-71大小、采用兩臺TBCC發動機的飛機型號，并計劃在21世紀20年代末完成型號，打造SR-71偵察機的后繼機。

關鍵技術研究類

截至目前，從大量公開信息不難判斷，美國軍方主導的高超聲速飛機科研工作仍處于以“技術推動”為主基調的預研階段，主管機關為掌管美國空軍全部預研工作的美空軍研究實驗室（AFRL）。從本文羅列的在研項目信息可以看出，AFRL在高超聲速飛機技術預研領域已經系統性地安排了包括總體氣動、推進系統、材料結構與制造、機載系統（包括航電、機電）等技術方向，其中又以總體氣動和推進系統等瓶頸技術為重點，布局全面，主次分明。

總體氣動

主要依托“高速作戰平臺支撐技術”（ETHOS）項目，計劃投入3億美元預算和7年時間，系統安排了Ma3以上高速/高超聲速作戰平臺技術（包括飛機和可重復使用航天運載飛行器）的科研工作，全面提升相關技術的成熟度。

推進系統

以渦輪基沖壓組合發動機（TBCC）為主線，布局了高速渦輪發動機、中等尺寸超燃沖壓發動機等核心部件的技術攻關項目；同時以換熱預冷動力技術為輔線安排相關技術探索和考核摸底研究。

材料結構與制造

以中等投資強度，在材料、結構以及相關制造工藝等方面面向企業和院校安排了研究項目，做好相關技術儲備。

機載系統

以較低投資強度，面向中小企業安排了電力生成系統、機載雷達系統和機載光電/紅外系統等方向的探索性研究。

試驗試飛技術類項目

高超聲速試驗設施是支撐掌握高超聲速科學理論、驗證關鍵技術以及開展裝備工程研制不可或缺的基礎能力。圍繞高超聲速飛機需求，美國空軍重點安排了一個高超聲速飛行試驗平臺的研制和試飛項目，試圖通過大批量、高頻次的飛行試驗，快速提升高超聲速技術成熟度。

該項目雖然未披露預算信息，但本文分析認為，若該項目按計劃順利實施，其經費規模在項目周期內總計將超過12億美元（不含飛行試驗平臺研制費，僅為利用該平臺開展飛行試驗的部分費用）。此外，美國空軍還安排了高空大氣數據收集、中等尺寸超燃沖壓發動機直連式地面試驗設施、高超聲速飛機設計仿真計算工具等新建或升級改造工作。

分析與總結

必須說明的是，本文所列項目一定不是美國在研項目的全部，而僅僅是公開的部分項目。盡管如此，通過分析這些項目，仍可管窺美國高超聲速飛機科研概況。總體上，美軍主導的高超聲速飛機研究已經全面布局開展技術攻關，并已啟動分系統級演示驗證，美國工業界主導的高超聲速飛機研究也即將啟動飛機驗證機演示驗證。

以2017年為節點，美國高超聲速飛機技術在研項目布局特點包括：

（1）門類齊全，方向廣泛。涵蓋了集成演示驗證、關鍵技術研究和條件保障等類別，技術領域涵蓋了總體氣動、推進、材料結構與制造、機電、航電、地面與飛行試驗、建模仿真等。

（2）重點突出，主次分明。重點技術方向安排了總體、推進以及飛行試驗平臺等項目，穩步推進高超聲速飛機瓶頸技術突破和成熟。相關航電、機電等技術則僅以較小投資開展技術探索。

（3）軍方投資為主，企業自籌為輔。無論項目數量還是經費投入，美國空軍無疑是主導美國高超聲速飛機技術研發的主管機關。在經費規模上，全部項目總計超過26億美元，其中美空軍主管項目經費超過15億美元，洛馬公司自籌項目經費10億美元，DARPA主管項目經費不到1億美元。不難預見，隨著時間推移，美國各界將逐步啟動更多高超聲速飛機技術科研項目，投入經費規模將繼續擴大。

盡管目前還沒有公開信息顯示，但美國軍方、洛馬和波音已經投入資金正式啟動了高超聲速飛機或驗證機的研制。從以上在研項目布局來看，美國有基礎、有能力實現“在2030年代率先研制一型壽命有限的高超聲速飛機，在2040年代研制一型長壽命、高性能的高超聲速飛機”的發展構想。