高超声速飞行的希望

孟祥飞，林晓宇

1.空军指挥学院

2.国家空域管理中心

众多初创企业正在致力于高超声速运输机研究、太空发射技术开发与服务，一些商业公司仍在继续吸引风险资本机构和政府的重大投资。目前，9家制造商已融资超过4.24亿美元并签订合同。

1949年，美军火箭的飞行速度首次超过Ma 5，自此以来，高超声速飞机一直是美国政府部门军用武器计划和科学项目的重点研究方向，美国政府实施的计划也许为高超声速技术搭建了发展平台。但是，美国政府垄断高超声速系统项目的格局可能会在今年晚些时候被打破。

制造商继续融资

目前，至少13家初创公司和知名制造商已宣布高超声速技术验证计划。部分公司计划在未来3年内进行试飞。这些高超声速系统项目旨在寻找营利机会，但面临着巨大的技术挑战，正是由于技术挑战的冲击，这些高超声速系统项目遭遇了失败或变得复杂化，仅少数政府资助的项目依然持续发展。即便如此，众多商业公司仍在继续吸引风险资本机构和政府的重大投资。

截至目前，9家制造商已为高超声速系统项目融资超过4.24亿美元并签订合同，另外4家初创公司尚未公布融资结果。混合动力技术和推进技术大大拓展了多样性应用，获资金支持的这些项目涵盖卫星发射器、太空运输、试验台等产品与服务。

金星航宇公司完成A 轮融资

金星航宇公司（Venus Aerospace）位于美国休斯顿市，已成立2年，计划制造一架高超声速客机。金星航宇公司于2021年3月完成300万美元种子轮融资，2022年4月，完成2000万美元A轮融资，A轮融资由优秀漫步者实验室（Prime Movers Lab）风险基金领投。该基金旨在为那些希望通过科技创新来创造商业价值的初创公司提供资助。

德斯蒂努斯SA公司融资概况与产品

初创企业德斯蒂努斯SA公司（Destinus SA）位于瑞士，由一家俄罗斯的财务风险公司创立，正在开发氢动力高超声速运输机。约7个月前，另一家风险基金财团向德斯蒂努斯SA公司投资2900万美元。

瑞迪安航宇公司完成A 轮融资

在德斯蒂努斯SA公司完成A轮融资的前一个月，位于美国华盛顿市的瑞迪安航宇公司（Radian Aerospace）在种子轮融资中共筹集资金2750万美元，以开发单级入轨航天飞机。该航天飞机开发的意向协议涉及卫星发射、空间站补给和点对点运输等一系列潜在服务，协议总金额达15亿美元。

图1 德斯蒂努斯公司表示，“埃格”（Eiger）高超声速运输机验证机将运往西班牙，在大西洋上空进行飞行试验。

赫尔墨斯公司项目融资非常成功

当平流层发射系统公司（Stratolaunch）、太空探索公司（SpaceX）和反应发动机公司（Reaction Engines）实施机载卫星发射器、轨道运输飞船和航天飞机部署的长期计划之后，众多初创公司如浪潮般涌现。在吸引投资方面，位于美国亚特兰大市的赫尔墨斯公司（Hermeus）最为成功。该公司计划开发一系列高超声速飞行器，在产品研制初期，赫尔墨斯公司开发了“夸克马”（Quarterhorse）验证机，该验证机项目已吸引1.26亿美元投资，其中包括RTX风险机构（RTX Ventures）的股份，以及美国空军超过6000万美元的投资。赫尔墨斯公司设计“夸克马”验证机的目的是，确定本公司制造的“喀迈拉”（Chimera）涡轮基组合循环发动机的性能。不仅如此，美国空军未来也可能选择使用“夸克马”作为高超声速系统。目前，赫尔墨斯公司正在挑选一家公司以制造“梅亥姆”（Mayhem）高超声速试验台。

面临的挑战

运营与资金挑战

虽然众多制造商正在尝试开发盈利性高超声速客机，但实际上面临着商业运营与财务资金的挑战。赫尔墨斯公司“平安幸福”（Halcyon）高超声速客机的商业化运营依然举步维艰。空中客车公司和波音公司亚声速客机的运营很难获利。法国航空公司和英国航空公司在运营中均通过与行业伙伴合作来获利，但是如果没有法国和英国政府的资助，高超声速客机开发所产生的不可预知成本不断增加，很可能导致制造商破产。

即便是一家拥有20年历史且取得成功的火箭制造企业，太空探索公司也须要政府的资助来确保“星际飞船”（Starship）亚轨道飞船成功完成点对点运输。作为美国空军研究实验室主持的一项首要计划，“火箭货运”（Rocket Cargo）计划将验证高超声速飞行器在约1h的时间内到达地球上任何地点并提供补给的能力。而“星际飞船”有望成为“火箭货运”（Rocket Cargo）计划的候选方案。

资金是一个公司首先要解决的问题，任何公司高管不仅要正确使用所筹集的私人资本，而且应具有盈利及解决问题的能力，确保企业获得永远用不完的经费。

技术挑战

高超声速系统开发面临着艰巨的技术挑战。金星航宇公司提议制造一架能以Ma 9的高超声速在50000m高空飞越太平洋的高超声速客机，并采用三种从未商业化的技术，即旋转爆震发动机、乘波体机身和嵌入机翼前缘的新型冷却系统。即使在军事领域，这三种技术仍然处于试验阶段，距离应用还有相当长的时间，但这些工程问题终能被解决。

失败项目

虽然融资取得成功，但历史经验表明，成功部署一架高超声速系统的道路是艰难曲折的。罗纳德·里根总统曾构想“东方快车”（Orient Express）客机的愿景，该机飞行速度可达Ma 25，但是项目于1990年以失败而告终。随着预算经费的飙升和技术问题的增加，罗克韦尔公司X-30“国家航空航天飞机”（National Aero-Space Plane）项目被取消。20世纪90年代中期，麦道公司“三角洲快艇”（Delta Clipper）和洛马公司“冒险之星”（VentureStar）项目均夭折，成为美国国家航空航天局（NASA）预算削减的牺牲品。

表1 商用高超声速系统项目发展概况

图2 美国空军未来可能选用赫尔墨斯公司“夸克马”高超声速飞行器。

图3 平流层发射系统公司开发的“鹰爪”-A 高超声速试验台。

图4 太空探索公司研制的“星际飞船”验证机准备发射升空。

近年来，一些公司对面向商业需求且以高超声速再入大气层的航天飞机开展了多次潜能验证试验，但是均宣告失败，然而并不是任何技术或成本因素造成的失败。2017年，美国国防预研局（DARPA）未选用几家小公司的投标方案，而是选中了波音公司的方案，并授予波音公司一份总金额为1.46亿美元的合同，要求波音公司设计和发射XS-1航天飞机，这是一种可在轨道上释放小型卫星的试验型航天飞机。但是，波音公司于2020年1月决定退出该计划，因为当时波音公司正在处理737 MAX飞机的停飞问题，以及与XS-1航天飞机项目无关的多项商业和军事计划的成本问题。

盈利目的明确

尽管政府资助的一系列项目失败了，但是多型高超声速飞行器的商业盈利目的非常明确。例如，根据太空探索公司（SpaceX）2022年发射标准费率计算，“猎鹰”9 号（Falcon 9）火箭的发射成本已降低至2938 美元/千克，相当于向近地轨道发射航天器的成本，从而刺激了高超声速系统进入地球轨道的需求。尽管“猎鹰”9号火箭重复使用时可靠性较高，且取得巨大的成功，但仍然存在火箭所固有的问题，即效率低，因为推进剂应采用一种由70% ～80%液氧组成的混合物。

通过改用可重复使用的吸气式高超声速飞行器，一些新的商业初创公司能够进一步大幅降低发射成本，进而获利。位于加拿大的太空发动机系统（Space Engine Systems）公司预计，“哈罗”-2（Hello-2）高超声速飞行器使用冲压式喷气发动机提供动力，将小型卫星发射到近地轨道的成本为950美元/千克。与此同时，位于美国俄亥俄州的维朗特拉公司对“野马”项目寄予同望，“野马”是一种可重复使用的卫星发射系统，由涡轮基组合循环发动机提供动力。