联合开发

高超音速技术专业面广，技术极为复杂。它又是投资大、技术和经济风险极高的领域。例如，所需实验设备少则几百万美元，多则数十亿美元。这是世界上任何一个国家不能独立承受的。本人于1999年在俄罗斯考察时，亲眼目睹了欧洲第一、世界第二（第一在美国）C-16高超音速风洞设施的壮观。但是这类设施使用频率极低，多处于闲置状态，维护费惊人，“买得起马，配不起鞍”。俄罗斯当时经济面临崩溃的边沿，巨额的高超音速技术研制费用更无从谈起，当时寻求外资和出租设备、联合开发是其唯一的选择。在技术基础研究领域，哪怕是政见不同，都能够采用联合开发的形式。高超音速技术研究难度大、耗费惊人，采用联合开发或者租用实验设备，避免重复投资，是获取最大经济效益的最好办法。俄罗斯、美国、法国以及西欧其他国家就是在高超音速技术研究领域合作开发的典型代表。

借鸡生蛋

上世纪末俄罗斯凭借在冲压发动机领域独占鳌头的优势，开发了有许多飞行试验计划，重要的飞行试验计划有4个：“冷”（Холод）计划、“鹰”（Орёл，ИГЛА、IGLA）计划、和“彩虹”-D2（Радуга-д2）计划试验计划。“鹰”现在发展为GLL-VK高超音速试验计划。其中有一些项目，尤其一些基础性研究是与国外合作开发的。1999年，我们在俄罗斯考察时，俄方设计局就明确表达了希望与中国联合开发的意向。

“冷”计划 “冷”计划是俄罗斯最早进行的高超音速技术飞行试验计划，由俄罗斯中央航空发动机研究院（ЦИАМ）与俄罗斯中央空气流体动力研究院（ЦАГИ）等单位联合承担。

该计划研制的轴对称亚/超燃冲压发动机是一个自主系统，它包括携带氢燃料的亚/超燃冲压发动机、燃料监控/测量系统、遥测系统等。发动机及支架的很多部件均用普通材料制成，进气道及中心锥、燃烧室和液氢燃料箱由不锈钢制成；锥尖和整流罩前缘处用铝-铁-铬粉末冶金材料，可承受1200℃以上的高温。

该试飞器利用已经开始退役的远程、中高空地对空导弹系统SA-5“甘蒙”（俄罗斯名称为Bera“维加”，系统代号C-200）中的5B28导弹。5B28导弹拆除战斗部及无关系统，增加测量设备，发动机模型安装在5B28导弹的头部。

1991—1998年，该轴对称亚/超燃冲压发动机的验证性飞行试验共进行过5次：其中第一次为俄罗斯自筹资金开发试验；第二、三次为与法国共同研究；第四、五次为与美国NASA合作试验项目。这5次试验均是在哈萨克斯坦拜科努尔航天中心附近的靶场进行的，都使用氢燃料。

1991年11月27日，俄罗斯首次进行轴对称亚/超燃冲压发动机模型的系留试验。在飞行结束时，将试飞器回收（但在后来的试验中，试飞器并没有设计成可回收的，在试验后就损坏了）。这次试验基本上获得成功。导弹飞行180千米，飞行时间约为130秒，最大飞行高度达到35千米，弹道非常平坦；最大飞行速度达到1653米/秒，最大飞行马赫数为5.6。试验验证了发动机的点火系统，并在最终5秒，发动机实现了超音速燃烧。

这是世界上首次在飞行试验中实现了冲压发动机从亚音速燃烧模态到超音速燃烧模态的转换。这一事件在现代发动机技术发展领域具有重大意义，它标志着超燃冲压发动机从地面试验的理论性研究到了应用开发阶段，更加确立了俄罗斯在这一专业技术领域的领先地位。试验成功之后，俄罗斯向西方国家通报了试验结果。1992年年初美国一家科技刊物报道说，“当我们还在进行理论研究时，俄罗斯人已经在进行飞行试验了。”上世纪90年代中期，美国加速发展高超音速技术，与这一事件可能有很大关系。

早在1990年年底，俄罗斯航空航天官员就曾访问了美国NASA的几个研究中心，其中包括德赖登研究中心。访问期间俄罗斯就介绍了“冷”计划的概要，并提出合作开发的意向。NASA则始终把6.5马赫超燃发动机试验作为追求的目标。最后，俄美终于在1991年11月达成了合作开发的协议。

美国与俄罗斯联合试验研究的目的是：验证基础理论研究成果；验证建造的数学模型、软件及修正系统；计算推力；增加对飞行试验复杂性的认识；将两国的试验设备与试验技术水平进行比较。另外，美国认为，本国相同的计划成本要高得多，该协议联合试验方式是获得有价值飞行数据的低成本有效方法；而俄罗斯的目的在于利用其设备、场地优势获得持续发展的资金。

1992年11月17日进行了第二次试验飞行，这是俄罗斯与法国共同进行的试验。飞行速度为1535米/秒，最大飞行高度为22.4千米，飞行马赫数为5.35，亚/超燃发动机工作时间为41.5秒，克服了第一次试验中高度控制的问题，实现高度的稳定控制。据俄罗斯报道，第二次试验是5次发动机飞行试验中最为成功的，获得的数据最全。

1995年3月1日进行了第三次试验，这次与法国合作的试验是一次失败的试验。由于电源系统故障，导弹没有达到预定点。其飞行速度为1712米/秒，最大高度为30千米，最大飞行马赫数为5.8。由于电源出了问题，控制氢燃料的阀门没有打开，氢燃料未进入到燃烧室，试验发动机未点火工作。但是，试验并未造成灾难。

1997年8月1进行了第四次试验。

1998年2月12日进行了第五次试验。

第四、五次试验是俄罗斯中央航空发动机研究院与美国NASA合作进行的，合同金额为180万美元。当时NASA曾提出飞行马赫数大于6.5，力争达到7。但是，俄罗斯认为这样的试验做不到，即使发动机可以达到8马赫，但试飞器不能在这样条件下飞行，最后试验要求是6～6.5马赫。这项合同要求对SA-5试飞器进行改进。SA-5导弹试飞器的翼面积加大了，去掉了与试验无关的部件以减轻总质量。

NASA的合同要求要重新设计和制造4台相同的试验发动机。美国在对其中的2台进行结构试验和测试，后又运回NASA兰利研究中心，并在2.438米高温风洞中进行新一轮地面试验。第三台发动机为试验用发动机，第四台为备用发动机。endprint

由于考虑到轴对称亚/超燃冲压发动机在实际应用时会碰到许多难以克服的困难，所以，俄罗斯中央航空发动机研究院在完成上述5次飞行试验后，就宣布“冷”计划终结。而美国NASA为获得更全面的试验数据，与该研究院商讨继续进行飞行试验事宜。用NASA的钱来丰富自己的成果和数据，俄罗斯又何乐而不为呢？一次飞行试验最早的报价为100万美元以上，但是俄罗斯现在的要价可不只这些了。

“彩虹”-D2计划 该计划是俄罗斯彩虹设计局与中央空气流体动力研究院共同开发一个高超音速技术发展计划，前者负责飞行试验器的研制，后者负责超燃冲压发动机的研制。后来，德国航空航天公司、德国航空航天研究院、慕尼黑发动机涡轮联合公司也参加了该计划，并在德国进行的试验中取得成功。虽然，“彩虹”-D2试飞器在1997年莫斯科航展上进行过公开展出，但是后来对其详细资料介绍却很少。“彩虹”-D2试飞器采用彩虹设计局自行研制的AS-4“厨房”远程战略空对面导弹（俄罗斯名称为“风暴”，代号Kh-22）。

从俄罗斯资料来看，“彩虹”-D2的飞行试验并没有独特之处。它在做好技术准备后，由图-22M3载带升空，在预定的飞行条件下发射“彩虹”-D2试飞器；飞行器在程序控制下完成亚/超燃冲压发动机的试验；然后在预定的着陆点用降落伞进行回收。飞行过程中，图-22M、米-8直升机进行控制飞行，地面站接收遥测信息，米-8直升机将试验发动机和测试设备运回进行评估。

“彩虹”-D2试验飞行器有一个复杂的回收系统。它采用三级降落伞回收，前两级减速，最后一级是主伞，回收降落。该系统采用全弹回收，试飞器与试验发动机不分离。试飞器用后就报废了，试验发动机进行评估和鉴定。彩虹设计局介绍说，回收时头部先着地，头部损伤大，试验发动机和测试设备则很安全。

彩虹设计局与中央空气流体动力研究院均表示愿意为国外公司进行高超音速技术的开发，也愿意为国外用户进行试验服务。预计一次飞行试验的费用在1000万美元以上。

1995年，彩虹设计局研制的Kh-90高超音速空射巡航导弹首次公开展出，被称为GELA试飞器。当时已在图-95轰炸机上进行过多次飞行试验，飞行试验为5马赫。与此同时，俄罗斯机械设计局也在探索10马赫的高超音速导弹技术，但后来具体资料甚少。

法、俄联合开发的技术成果 从1993年开始，航天马特拉公司（MBDA）法国公司和法国航空航天研究中心（ONERA）一直和俄罗斯的许多实验室和学院合作，研究未来高速吸气式推进系统。尤其是莫斯科航空学院（MAI）和MBDA法国公司开展了富有成果的合作，其中许多项目由法国政府和MBDA法国公司共同投资。

俄罗斯几乎参与了法国高超音速技术发展的全过程，它们为法国正在进行的LEA计划联合设计发动机，并在莫斯科航空学院的试车台上进行实验，积累了丰富的经验。

MBDA法国公司和俄罗斯MAI学员开发了实验性的“宽幅双燃料双模冲压发动机”（WRR）。这种在研的发动机具有完全可变的几何形状，在整个马赫数范围内都保持高性能。它能使可重复使用的空间运载器加速至最低为3马赫，最高可达12马赫。

西方国家联合开发计划

西方国家开展了该领域的广泛合作，制定了许多发展计划，比较重大的有HyShot、HyCause、HiFiRe等，另外还开展了多项基础技术的专题研究。

HyShot计划 HyShot是1999年开始启动的高超音速技术联合开发计划，由澳大利亚、美国、英国、德国、韩国、日本等国合作进行，目的是对氢燃料超燃冲压发动机进行飞行试验演示验证。

该计划进行了大量的地面试验，包括传感器响应时间、各部件的结构整体性、振动试验、冲击试验、真空试验和源码评估等。最重要的地面发动机风洞试验在澳大利亚昆士兰大学高超音速中心的T-4激波风洞中进行（2004年对该风洞进行了升级，升级后能模拟在30千米高度进行10马赫的飞行）。

2001年10月30日，HyShot计划在澳大利亚的武麦拉靶场进行进行首次发射试验。所用的超燃冲压发动机是澳大利亚昆士兰大学设计的二维燃烧室发动机，称为HyShot-1。但这次试验中，在超燃冲压发动机进入试验前，运载火箭出现故障，要求达到369千米高度，实际只达到100千米，最终导致试验失败。

2002年7月30日，第二次发射在武麦拉导弹靶场进行，试验获得成功。此次试验受日本航空航天研究开发机构的委托，用于开发未来的空间运输系统，对超燃冲压发动机较高的压力和温度进行测试，目的是得到真实飞行条件下质量为100千克的超燃冲压发动机（采用日本提供的先进燃料喷射器）的试验数据，并用这些数据与在日本的地面试验结果进行比较。

在飞行的最后阶段进行了超燃冲压发动机试验。在向地面回落的过程中，超燃冲压发动机出现短暂的点火燃烧，速度达到7.6马赫。澳大利亚声称这是世界上超燃冲压发动机首次发射成功（实际上，俄罗斯在1991年首先获得成功，但俄罗斯使用的是亚/超燃冲压发动机）。

2006年3月25日下午1点45分，英国奎奈蒂克公司在武麦拉试验场进行了HyShot-3发射，取得成功，耗费100万英镑。飞行试验使用该公司设计的三维燃烧室发动机。

2006年3月30日进行了HyShot-4发射，飞行试验使用的日本超燃冲压发动机的质量为100千克，采用了先进的燃料喷注器。

HyShot计划原定还将进行3次飞行试验：HyShot-5在高超音速自由飞行的滑翔试验；HyShot-6在8马赫条件下的超燃冲压发动机推进的自由飞行试验；HyShot-7在8马赫条件下由超燃冲压发动机推进的持续飞行。

HiFiRe计划 2006年11月10日，美国和澳大利亚合作的“高超音速国际飞行研究试验”（HiFiRe）项目正式启动，总投资预计为5400万美元，预定将持续8年。美、澳双方的项目牵头单位分别是美国空军研究实验室（AFRL）和澳大利亚国防科学技术机构（DSTO）。endprint

HiFiRe项目计划将试验21世纪用于先进超燃冲压发动机推进的航天运载火箭和武器中的航空航天技术。该项目的目标是为新型波音X-51超燃冲压发动机演示器提供支持，同时为快速响应太空发射研究和高超音速快速打击武器建立一个强大的飞行试验数据库。

该项目以美澳合作的高超音速飞行试验HyShot-2和HyShot-3为基础，计划在2007—2011年之间，在南澳大利亚州的武麦拉试验场开展10次飞行试验，这些试验将收集大于5马赫高超音速飞行数据，这些数据将构成一个“世界级数据组”。

据最新消息，HiFiRe飞行计划已经从最初的多达10次缩减至6～8次。Flight-2也将从位于夏威夷的太平洋导弹靶场设施发射，有些试飞将改在白沙导弹靶场。经过这些变化，澳大利亚参与飞行的程度有所降低，但DSTO称他们将保持对HIFiRE项目的竭力支持。

HyCAUSE计划 2004年4月正式启动的澳大利亚/美国高超音速联合试验（Hypersonic Collaborative Australian/United States Experiment， HyCAUSE）计划是美国和澳大利亚联合进行的一个研究项目，由美国DARPA和澳大利亚DSTO共同负责，美国和澳大利亚的多个研究小组参与了此项计划。

HyCAUSE项目旨在研究极高速飞行条件下氢燃料超燃冲压发动机的性能和可操控性，将地面试验结果和飞行试验结果进行对比，研究低成本飞行试验方法。这一目的是和DARPA的FALCON计划的远期目标是一致的。HyCAUSE项目最初在澳大利亚和美国进行了多项地面试验。

欧盟LARPCAT计划 2005年春季，欧盟启动了一项持续3年的项目，名为“长期先进推进概念和技术”（LAPCAT），为高超音速飞行推进概念研究。欧洲航天局-欧洲航天技术中心联合了来自6个欧洲国家的工业界、研究所以及大学共同参与该项目，由位于荷兰的欧洲空间研究和技术中心（ESTEC-ESA）负责协调。研究团队包括4个工业界成员、4个研究所成员和4个大学成员。

该项目的目标为：在系统层面上定义高速飞行的需求和工作状态；建立针对超音速下的高速气动高压燃烧以及流体现象的试验数据库；通过数字仿真工具建立并验证物理模型，从而确定超音速、高压燃烧、湍流以及转捩现象；对质量性能涡轮和热交换器部件的可行性进行研究。

LAPCAT项目希望能够重新评估超音速运输机（SST），并且通过采用轻型先进材料突破“和谐”号超音速飞机的材料极限，从而实现4～8倍音速的飞行。LAPCAT项目的初步研究显示，到目前为止4～5马赫是可行的，并且有实现8马赫飞行的潜力。目前，欧洲正在对飞行速度为8马赫的飞行器进行研究，以确定其性能。

为了实现远距离飞行，研究人员对超燃冲压发动机及组合系统进行了充分的研究，并尽量利用已经取得的涡轮发动机的成果。设计了两种分别采用航空煤油和氢燃料作为推进燃料的涡轮-超燃冲压发动机，以及在8马赫状态下采用氢助推器实现亚燃到超燃转换的冲压发动机。

SCRAMSPACE计划 超燃冲压发动机进入空间系统（SCRAMSPACE）为澳大利亚昆士兰大学牵头、多国联合开发的高超音速技术发展计划。该计划为大型长期计划，用来规划澳大利亚未来20年组合超燃冲压发动机的技术发展，基于这种发动机的空天飞行器能够安全、可靠、经济地进入空间。试验在武麦拉试验场进行。

该计划于2010年启动。2010—2013年为第一阶段，主要进行超燃冲压发动机自由飞行试验，验证高超音速自由飞行时超燃冲压发动机的推力、高温性能及试验设备的性能等。澳大利亚已投入经费500万美元，国际合作单位出资900万美元。

第一阶段，试飞器由S-30“猎户座”改进型探空火箭助推升空，在离开大气层时火箭与试飞器分离。试飞器返回时，尾翼展开并锁定。在滑翔过程中，飞行器在27～32千米的高空、以8马赫的速度进行试验。澳大利亚将根据第一阶段的试验情况制定后续的研究计划和研究内容。

SCRAMSPACE是在HyCAUSE 、HiFiRe 、HyShot计划的基础上进行的，也得到了德国SHEFEX-2计划的支持。该计划充分利用了先前计划取得的技术成果。所取得的成果将会对欧洲的未来空间运输系统提供技术支持。

（编辑/万力）endprint