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在全球超燃冲压发动机连续突破的背后，远不止某枚导弹或火箭的成功;它对人类的真正意义在于不久的将来的航空航天战略。幸运的是，中国在这方面已经达到了世界之巅。
近日，在全球局势动荡混乱的背景下，一款名为S-520-RD1的日本探空火箭意外引起了世界的关注。事实上，这枚火箭在任务或技术方面并没有什么特别之处。而它之所以能如此轰动，核心原因在于其非凡的力量之心。据了解，这枚火箭实际上搭载了日本政府斥巨资建造的新型超燃冲压发动机。
日本S-520-RD1探空火箭使用超燃冲压发动机
了解国际新闻的朋友应该会发现，近年来，除了日本，如俄罗斯、美国、欧洲甚至中国，都在争先恐后地布局超燃冲压发动机技术。为了能够带头，一些国家毫不犹豫地采取合作研究的方式。看来，这项技术的突破已经成为改变当前全球战争形态的重中之重！那么问题来了：
超燃冲压发动机的具体应用有哪些，为什么它们会让世界大国争先恐后？
这项技术有哪些困难可以使世界大国停滞不前？
最重要的是，今天中国在这个领域的发展水平如何？
高超音速武器的心脏
在这个阶段，当我们提到超燃冲压发动机时，它们实际上与一种武器紧密相连，即高超音速武器。早在21世纪初，雄心勃勃的美国军方就大张旗鼓地宣布了一个名为PGS的概念，即通过现有的战斗编队在60分钟内打击全球任何地方。这也是我们常说的“一小时全球快速打击”作战系统。
不过，众所周知，这个武器馅饼虽然容易画，但实现起来却要困难得多。据计算，该项目如果真正实施，至少需要一种速度超过16马赫的武器才能进行高超音速飞行。只有这样变循环超燃冲压发动机，才有可能在一小时内绕地球飞行半圈，并对世界上任何目标进行远程精确打击。
但从当时的发动机技术来看，唯一能满足高超音速武器要求的，或许就是战略洲际导弹了。但是，战略洲际导弹首先作为一种战略威慑武器，注定无法投入常规作战。其次，使用的战略洲际弹道导弹大多是一次性火箭发动机，不能重复使用，这决定了它们的成本太高。
此外，如果使用涡轮喷气发动机等常规发动机，则绝对不可能实现高超音速飞行。比如，当时美国最快的SR-71黑鸟战略侦察机，能够以3马赫的速度突破3马赫，距离16马赫还差得很远。因此，在如此严格的要求下，技术路线完全不同的超燃冲压发动机技术成为高超音速武器发动机的最佳选择。
美国SR-71黑鸟战略侦察机
究竟什么是超燃冲压发动机？
要理解这一点，让我们从最简单的冲压式喷气发动机开始。所谓冲压式喷气发动机，就是专门用于高速行驶的喷气发动机。与复杂的涡轮喷气发动机相比，结构极其简单，仅由进气管、定子、燃烧室和喷嘴四部分组成。从外面看，它几乎是一根管子船舶自动化设备维修，有两个粗端和一个薄中间包裹着一个梭形金属锥体。
原理并不复杂，即利用管子的一端收集超音速移动空气，然后在内部定子的阻塞下将空气压缩减速至亚音速进入燃烧室。然后它与内部的燃料混合，最终的高温膨胀气体从管子的另一端喷出，从而形成巨大的反向推力，推动发动机本身向前。
这种发动机不仅比普通发动机简单，而且由于风速增加而具有更高的推力，甚至可以帮助在飞行中打破音障。因此，冲压式喷气发动机一直是超音速飞机的首选动力心脏！
但是，冲压式喷气发动机并非没有限制，一旦飞机达到4马赫以上的速度，那么冲压式喷气发动机想要再次加速就有失速的可能。因为我们前面提到过，压缩空气进入燃烧室时需要将速度减慢到亚音速。然而，当冲压式喷气发动机的消耗超过4马赫时，即使在内部定子减速后，空气也会比音速更快。
如果这样的空气直接进入燃烧室，不仅不会与燃料混合，甚至可能吹出燃烧的燃料。它的特性相当于将燃烧的火柴直接扔进 12 级大风中。此外，在速度超过4马赫后，材料与空气之间的摩擦温度、燃烧室中的反应强度以及燃料的热平衡性能也将达到极限。因此，所有常规飞机几乎总是低于4马赫，这也成为人类常规飞机的障碍。
而在了解了冲压发动机的原理和缺点之后，超燃冲压发动机就很容易理解了。所谓超燃冲压发动机，全称其实就是超音速内燃冲压发动机，顾名思义，在冲压发动机核心原理的基础上，突破4马赫的速度极限，实现更困难的高超音速燃烧飞行。可想而知船舶安全管理体系软件，制作那根普通的火柴不仅在12级强风中连续燃烧，甚至在龙卷风中毫发无损地扔掉它，难度可想而知。
它不仅需要重新设计整体发动机结构，还需要调整燃油特性和喷射方法。同时，需要重新寻找主要制造材料，计算燃料和燃烧之间的热平衡，并确保发动机的空气动力学、结构设计、调控能够集成。复杂的工作清单几乎使超燃冲压发动机与冲压发动机完全不同。这对人类的工业水平、物质水平、能源利用水平都是一个巨大的挑战。
进入航空航天时代的关键
当然，在如此艰巨的项目背后，超燃冲压发动机也带来了极其丰富的效益。与火箭发动机和传统的涡轮喷气发动机相比，超燃冲压发动机具有结构简单、重量轻、单位推力大、速度快等诸多优点。而这些优势正是高超音速巡航导弹和高超音速飞机等先进军事装备所急需的。
可以说，只要超燃冲压发动机技术真正落地并进入量产阶段，在军事领域将是前所未有的。最重要的是，除了军事武器，超燃冲压发动机的突破也将帮助人类实现新一代航天飞机的着陆。
上世纪80年代，在对航空航天的热情高涨下，世界掀起了航天飞机发展的热潮。根据科学家的描述，这种新型飞机不仅可以像普通飞机一样水平起飞，还可以自行在高大气层中正常飞行，甚至可以直接加速进入地球轨道成为太空飞行器。重新进入大气层后，还可以像飞机一样降落在机场，彻底突破人与太空的最后一道屏障，自由地成为天地之间的交通工具。
但在繁荣之后，科学家们发现，以今天的人类发动机技术，航空航天飞机几乎不可能降落。因为从地面到太空，由于空气密度的差异，飞机需要能够在亚音速、超音速和高超音速之间自由调整。其中前两个也可以通过传统的涡扇发动机、涡轮喷气发动机和冲压式喷气发动机来实现，但在最后的高超音速阶段，超燃冲压发动机别无选择。
所以当然，超燃冲压发动机已经成为人类航天战略的核心技术！后来，随着高超音速巡航导弹、高超音速飞行器等装备的兴起，超燃冲压发动机技术成为世界各国发展的热点领域。从美国、俄罗斯和中国等世界顶级大国，到日本、法国、德国和印度等世界大国，他们基本上都在这项技术上下了很大的赌注。其中，进展最快的是中国和美国。
美国率先，中国反击
首先，美国作为全球航空航天技术的先驱，早在上世纪六七十年代就开始探索超燃冲压发动机领域。凭借先发优势，50多年来，美国先后进行了X-15、X-30、X-43、X-51等一系列高超音速飞行器实验。
同时，它还与雷神公司、格鲁曼公司等军事综合体巨头合作，开发了一批以超燃冲压发动机为动力的高超音速概念武器。在此期间，美国X-51B试验机携带的超燃冲压发动机创下了连续工作三分半钟的记录。这使得美国成为该领域的领导者，但这个数字距离超燃冲压发动机的实际应用还很遥远。
相比之下，起步较晚的中国近年来出现了迎头赶上的趋势。事实上，与上世纪六七十年代初不同，中国直到2015年才正式宣布对超燃冲压发动机的研究，整整四五十年后。然而，起步晚并不意味着发展缓慢，得益于后发优势，中国在超燃冲压发动机领域取得了快速进展。
首先，2020年，中国科学院力学研究所团队成功将中国自主研发制造的超燃冲压发动机运行时间提高到600秒。它不仅打破了八年前在美国创下的纪录，而且极大地促进了这项技术的实际应用。今年年初，清华大学相关项目组对超燃冲压发动机技术进行了飞行试验，并成功验证了燃料和吸气技术。
前段时间，习理工大学成功发射的“飞天一号”，直接为下一代超燃冲压发动机的实际应用奠定了基础。首次验证了火箭/次燃烧、次燃烧、超燃、火箭/加扰的多模态平滑过渡和广域综合能力。而这一系列的成功，意味着中国在超燃冲压发动机领域正式走在了世界前列，甚至与美国相比也是如此。
当然，中国仅凭这些成绩超越美国和俄罗斯，登上世界之巅是不现实的。不过，以如此迅猛的发展速度，相信用不了多久，中国的超燃冲压发动机就会正式进入实用化阶段。届时，我们期待已久的南天门计划，以及辉煌壮丽的滦鸟航天舰载平台，也将从梦想变为现实变循环超燃冲压发动机，助力伟大的中华民族再次站在世界之巅。在这里，我和大东一起，祝愿这一天早日到来！
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