领先美国一代！中国高超音速技术再获突破：不可能的表面材料诞生

香港《南华早报》10月24日报道称，中国军方最近测试了一种新型“乘波体”表面材料，这种材料不但可以在高超音速飞行时产生的高温中完好无损，并且还能透过电磁波，这种新型材料的诞生将是一个革命性的进步，而美国则还在落后中国一代的高温透波材料上苦苦研究！

不可能制造的高超音速飞行器表面材料测试成功

《南华早报》报道称，国内知名期刊《气体物理》的最新一期中刊发了中国航天空气动力技术研究院航天飞行器气动热防护重点实验室技术突破的论文，一种非常薄的表面材料在乘波体的高超音速飞行中不仅隔离了上千度的高温，而且同时还能允许信号自由穿透。

中国科学院副院长艾邦成带领的研究团队表示，此前认为这种材料是不可能的，但中国这项试验取得了圆满成功，他同时表示这种新的热防护技术可以帮助开发新一代可重复使用的高超音速飞行器，“航程更远、速度更快，不断突破飞行边界”。

艾院长表示，目前全球高超音速竞赛已经进入了一个新的阶段，这表示各国都面临着“巨大的挑战，但同样有很多机遇”，目前中国已经进入了这个新阶段，而美国仍然在试图突破上一代材料的研究中苦苦支撑。

研究团队表示，此前各国都在突破飞行器在高超音速环境中的耐高温问题，主要挑战是高温下的热防护，而中国已经过了这个阶段，中国目前的高超音速导弹已经可以打击移动目标，并能在很远的距离外就开始机动规避拦截。

而中国目前已进入了高超音速竞赛的第二阶段，重点是开发具有军事和民用等多种用途的远程、可重复使用平台，这种超薄并且能在高超音速飞行后完好无损的材料正好符合这个环境中要求多次重复使用的要求。

对于军方来说，这些高超音速飞机可以执行侦察任务、投掷炸弹、拦截 F-22 等隐形飞机，或者在一两个小时内将一小群特种部队运送到地球上的任何地点。对于民用领域来说，这种高超音速飞行器将成为数小时内跨越洲际，甚至在通过二级乃至一级飞行器直接进入近地轨道，这对于未来的发展是不可限量的。

高超音速飞行器表面：到底有哪些变态的要求

在国内社交媒体上，已经有网友对这种技术嗤之以鼻了，留言称美国在1960年代末就实现了登月载人返回，1980年代实现了航天飞机再入返回并重复利用，中国在二十一世纪的三个十年中才达到了这种耐高温技术，不是妥妥的落后吗？

此耐高温非彼耐高温

其实这位网友还真没说错，阿波罗飞船实现了第二宇宙速度载人返回，而航天飞机的绝热瓦还真实现了重复使用，但这俩的技术不是过时了，而是完全无法应用在高超音速飞行器上，因为两者使用要求完全不一样！

阿波罗的防热大底与航天飞机的绝热陶瓷确实都先后做到了这点，但前者的防热大底是一种烧蚀材料，原理是在阿波罗飞船返回时被烧蚀蒸发带走热量，保证衬底后面的飞行器安全。而航天飞机则用了总共7种绝热材料，其中在超过1350℃的区域使用的是绝热陶瓷，利用耐高温并热传导很慢的材料，保证飞行器安全。

这两种技术都非常优秀，但这些技术完全不适合现代高超音速飞行器，原因很简单，一枚高超音速飞行的导弹上覆盖了防热烧蚀材料？或者覆盖上绝热陶瓷？这简直就是不可能的事情嘛！

使用环境不一样：要求完全不一样

因为高超音速的使用环境已经和第二宇宙速度再入返回以及航天飞机的要求不一样了，一个是速度低，比如一般会在20马赫以内，甚至在10马赫以内，此时的高温可能会达到800℃以上，但不会达到第二宇宙速度返回的2500℃以上。

而另一个要求则比飞船和航天飞机再入返回要求高多了，这俩兄弟返回时飞船外部在高超音速激波压缩加热产生的高温直接将产生等离子体（黑障）包围飞行器，通信根本就没法进行，所以此时无需考虑通信。但高超音速武器以及飞行器不一样，飞行中随时可能需要制导或者通信，怎么办？

都没有黑障了，为何还不能通信？

准确的说大部分高超音速飞行器都不会产生黑障，但它仍然无法在高超音速飞行时通信，原因不是飞太快电磁波追不上，而是没有一种既能耐高温又能高效率透波的材料，比如战斗机复合材料的雷达罩，常温或者比较低的温度下透波性能极好，但在高温下就挂了，不是不透波，而是无法耐高温。或者能耐高温，但透波性却变差了。

所以必须要找一种既能耐高温又能透波的材料，而且还不能太重太厚，因为这会影响高超音速飞行器的飞行性能，并且还要求防热结构实现防热、承载一体化，而实现这种方式的主要有三种方式，一种是从从空气动力学优化改善，另一种则是通过防热结构设计，第三种则是使用特殊的材料。

从空气动力学结构设计改善理解起来不难，比如干扰气流，使其不要经过有透波要求的区域，改善耐热环境；或者预测湍流转捩区域，因为湍流加热要比层流加热高出4~5倍，因此准确预测出湍流转捩的区域可以避免通信区域受到湍流影响；甚至极端的还通过控制飞行弹道来抑制气动加热过高的问题。

通过防热结构设计来改善理解起来更容易，比如控制表界面粗糙度，用材料表面超光净的材料能有效降低气流风阻系数，改善热环境条件是有帮助的；另外还有使用弹头发汗冷却热防护法，即在材料表面加入容易被热蒸发的材料，类似于烧蚀材料，但还没到烧蚀的程度，所以被称为是发汗材料。

《南华早报》此前曾报道过一个中国舰艇上导弹维护案例，称导弹需要“刷漆”，某技术人员发明的方式可以很快的将导弹“刷漆”，你结合这个发汗材料或者涂料来看

还有一种是使用气体引射降温，即在弹头顶部喷出气流，用常温气流将表面与高温隔离，达到缓解弹头高温的目的；另外也有使用分布式微通道孔隙结构的材料，能大幅降低弹头所面临的高温环境，比如牛津大学Rocher等研究了基于超高温陶瓷硼化锆的发汗冷却新方案。方案以氦气或氮气作为发汗剂，一方面通过热阻塞效应降低来流动加热热流。

这些方法一般都是几种联合使用，但随着对高超音速耐热材料要求越来越高，比如此前只要求透波，这对于一次性的导弹没啥问题，毕竟打出去了就打算收回来再用。但在要求重复使用的飞行器环境就不行了，这个耐高温区域用一次就得换一次，不仅麻烦而且成本还很高，另外这些复杂结构的弹头用在武器上，也是面临重量增加，弹头有效载荷下降的问题。

所以中国科学家就搞出了这种能耐高温、透波并且还能重复使用的材料，论文中并没有透露这种材料的详细成分，只列出了上述几种可能得方案，不透露半点有用的信息，这还真不错，虽然笔者的好奇心被打败了，但关于高超音速的技术不泄露半点这个非常赞成，美国人卡在透波材料上太久了，搞不好就只差了临门一脚，所以保密在保密！

目前在论文中，研究人员表示，中国在这些关键方法已经达到了高达8级的技术准备水平（TRL），这意味着该系统已经完成并在运行环境中合格。距离最终批准现场部署仅一步之遥，简单的说就等着服役了。

美国已经下马：中国领先美国一代，还有可变形状乘波体

10月9日在华盛顿举行的美国陆军协会（AUSA）年会上，陆军快速能力和关键技术办公室（RCCTO）的高超音速项目办公室副主任詹姆斯·米尔斯（James Mills）表示LRHW（美国陆军高超音速项目）的时间表充满信心，预计在2023年底将可以实现战斗部署。

笔者了解了下这个LRHW的进展，这是一种美国陆军支持研究的高超音速滑翔打击武器，但自从2020年开始测试以来，仅有两次分系统测试成功，在2022年6月和2023年9月7日测试的作战版却两次失败，然而年底就要装备了？这美军有那么急吗？要是在发射筒中炸了咋办？

高超音速技术上，美国的短板很多

美国有十个高超音速武器项目，但迄今为止却没有一个项目正式服役！各位可是要知道，当年的X-43A和X-51A（吸气式高超音速发动机测试）项目真是惊为天人，但二十多年过去了，美国还是没有高超音速武器，测试时不是没法点火就是没法分离，或者试射后失踪，空射版AARW高超音速武器就是这样被取消的。

其实取消的那些武器并没有说明美国在高超音速武器上的短板，其中最最关键的就是上文所说的透波材料，美国不是不能解决，只是目前的解决方案实在是到不了服役状态，做不出像中国那样既轻便又高效的材料，然而中国却没有留下美国人，而是又搞出了可以重复使用的耐高温并且透波的材料，这简直要让美国人眼睛喷火了。

中国的高超音速研究：已经从常规乘波体进入了可变形乘波体阶段

2023你那8月4日，CCTV-1晚8点档播出的《逐梦》第七集《勇当军事变革的先锋》中播出了我国在可变形乘波体领域研究获得突破的消息！美国人还在搞轴对称高超音速滑翔弹（美国陆军的LRHW项目），中国都已经开始搞可变形乘波体了。

这种技术可以大幅增加乘波体的滑翔距离，在不同速度下都将使用最具升阻比的空气动力学外形，这个不仅需要结构设计上的考量，还需要强大的风洞技术支持，而中国刚好在风洞研究领域有非得独到的经验，将会助力我国高超音速技术的再次突破。

这些问题对美国来说其实很严重，表明了美国高超音速技术已经全面落后，美国目前高科技研发工程系统的设计和进度掌控已经普遍出现了问题，案例其实不少，比如重返月球的阿尔忒弥斯计划严重失控，火星采样返回也面临几次三番推迟的情况，高超音速的陆军与空军项目只是一个小项目而已都搞成这样，实在是难以想象。

至于材料技术方面，中国的后发优势正在积累到全面突破，中国那么多理工科类的大学的人才正在井喷。2022年是一个分水岭，衡量自然科学研究顶尖成果的英国自然指数，2015年时候中国只有美国的1/3多点，到了2022年，中国已经超过了美国，高科技研究与制造超越美国只是一个时间问题。

各位必须要知道，美国的这些研究成果，很大一部分都是外国高科技人才加入美国籍后产生的。简单的说就是中国人搞得大部分研究都是中国自己在研究，而美国的研究有很大一部分都是外国人在美国的研究。其实我们也应该反思一下，如何让中国代替美国为全球科学领域的研究中心？