高超声速的诱惑

　　近70年前，人类掌握了以超越声音的速度飞行的能力，继而发现突破音障之后的天空是一片“坦途”。此后，人类又开始了向更高速度进军的征程，想要让空中打击和日常旅行都变得更为迅捷，高超声速的概念应运而生。越来越多为实现高超声速而研制的实验飞行器，逐渐模糊了航空与航天的界限。

　　从突破音障到挑战热障

　　第二次世界大战末期，以活塞式发动机和螺旋桨驱动的飞机，其性能已经达到了极限。当飞行速度接近声速的时候，螺旋桨桨叶尖端的运动速度会超过声速，使螺旋桨的性能迅速下降；机翼和机身表面的气流也变得非常紊乱，令飞机难以操控。此时，飞行员们发现，他们的飞机仿佛撞在了一堵无形的墙上，这就是音障现象，如果处置不当，很可能导致坠毁事故。很显然，想要突破音障，实现超声速飞行，只能由动力更为强大，而且机体经过特别设计的喷气式飞机来完成。

　　战后，突破音障成为航空研究的热点课题。1947年10月14日，美国试飞员查克·耶格尔驾驶着以火箭为动力的X-1型飞机，完成了人类第一次超声速飞行。此后，人们很快发现音障只有一道，也就是说，飞机只要突破音障，便拥有一段相当大的提速空间。只有在飞行速度超过2.5倍声速的时候，飞机才会面临另一重威胁，即机体与空气摩擦，将会产生足以威胁机体强度的高温，这种新的挑战被称为热障。

　　想要克服热障，传统的航空铝合金材料已经无能为力，只有借助钛合金、不锈钢和特制的高温铝合金等材料。美国研制的SR-71战略侦察机和XB-70女武神轰炸机，飞行速度都达到了声速的3倍。苏联为截击XB-70研制的米格-25狐蝠战斗机，也拥有这样的高速。它们是为数不多的克服热障的成功者。

　　但这些为军备竞赛研制的飞机，都是不计成本的产物，而且为克服热障，在其他性能上做出了或多或少的让步，因而有着各自的缺陷。例如，SR-71需要大量的地面准备工作才能起飞，而且其机体结构需要为高速飞行时的热胀预留空间，所以在地面上和低速飞行时会不可避免地漏油，以至于每一次任务都只能带半箱油起飞，还必须有专用的空中加油机随时待命补给燃油。米格-25受制于苏联在钛合金领域的短板，机体主要由不锈钢制造，不仅牺牲了操控的灵活性，而且只能维持很短的高速时间。XB-70原本是为高速突破苏联的防空网所设计，因此不计成本地使用了大量钛合金材料；但迅速进步的洲际导弹技术，提供了更高的速度和打击精度，这使得XB-70凭借的战术不再有意义，XB-70和为它护航的F-108轻剑战斗机也胎死腹中。

　　目前，世界上各个军事强国最先进的那一批主力战斗机，比如美国的F-22猛禽战斗机，最高速度都在声速的2.5倍以下。但凭借超声速巡航能力，它们能够以更快的速度长途奔袭作战。至于研制既能够以声速的3倍甚至更高速度巡航，又能投入空战的战斗机，不再是人们追求的目标。这是因为，同时具备轻质、坚固和耐高温，经济上也可以接受的材料尚未出现，燃油效率更高的发动机也有待研发；而且，想要让这样的飞机充分发挥实力，还需要空中加油机或者其他等效的装备随叫随到。

　　因此可以说，在美国科幻电影《绝密飞行》里，几架新锐战机以4倍声速做长途奔袭，到达战场后随即展开攻击的情节，短时间内还难以成为现实。即使是在电影虚构的近未来世界中，这样的战术也是在美国部署了大量巨型飞艇“加油站”的条件下，方才能偶尔为之。

　　高超声速为航天“奠基”

　　如果在科幻电影中未来战机的基础上进一步提速，我们就进入了高超声速的领域，也就是以声速的5倍或者更高的速度飞行。以人类目前的动力和材料技术，这样的速度只有在空气极为稀薄的高空，或者外层空间，才有达到的可能。

　　20世纪50年代末和60年代初，美国为载人航天方面的研究，设计了X-15试验飞机。时至今日，它仍然是飞行速度最快的有人驾驶飞机。这种独特的飞机使用以液氨和液氧驱动的火箭发动机，以挑战高空高速飞行。但独特的结构和动力模式，决定了它的发动机工作时间极为短暂。因此，它只能被一架B-52同温层堡垒轰炸机搭载升空，“发射”之后飞上一小段时间再滑翔降落。在一些航次的飞行中，X-15达到了声速的6.72倍，并突破距离地面100千米的卡门线进入了太空；那些驾机突破卡门线的飞行员，后来被归入宇航员之列。

　　X-15为美国早期的载人航天计划，甚至后来的阿波罗登月计划，积累了极为宝贵的实验数据；而它超越时代的高超性能，也模糊了航空与航天的界限。随着人类进入太空并踏足月球，宇宙航行逐渐普及和廉价的“大宇航时代”仿佛触手可及，就像飞机从猎奇者的玩具到实用的交通工具，不过只用了几十年一样。一些人开始憧憬，未来的洲际长途旅行会以亚轨道飞行完成，也就是说，未来的远程客机在起飞之后，会进入太空并越过遥远的距离，迅速抵达上万千米外的异乡，再像传统飞机一样降落，飞行轨迹和洲际导弹有些相似；军队也会使用类似的技术，完成作战力量的快速调遣和超远程的精确打击。这种能够像传统飞机一样经历多次起飞和降落，又能像航天器一样在太空中飞行的机械，被称为“空天飞机”。虽然人类的科技发展如今已经走到了另一个方向，更为重视互联网这样的“内向型”技术，但空天飞机的概念仍然被保留下来。

　　无论是民用还是军用的空天飞机，都是科幻作品里的常客，相关的图书和影视作品不胜枚举；还有一些作品会为了契合对科技发展脉络的设定，使用等效却看上去相对原始的技术。比如，美国科幻作家菲利普·迪克的《高堡奇人》，幻想了德国和日本在第二次世界大战中取胜的世界。在迪克笔下与真实历史完全相反的世界里，德国为战争研发的火箭技术，在战后获得了畸形发展，以至于人们可以乘坐火箭动力的高速客机跨越大西洋。

　　扑朔迷离的未来天空

　　不过，在现实生活里，研制以高超声速飞行的空天飞机的努力，却显得举步维艰。20世纪80年代末和90年代初，美国曾试图研制能够以8倍声速飞行的空天飞机X-30，按照计划，这种飞机可以搭载2~3名军人，以惊人的速度穿洲越洋，对敌国进行侦察乃至攻击。但飞机离开和再次进入大气层时的高温，成为最大的技术难关，即使用最先进的钛基复合材料也难以克服。随着东欧剧变和苏联解体，美国最主要的竞争对手在几年内消失，这使成本极高的X-30不再有继续研发的价值。因此，在苏联解体后不久，美国就中止了X-30计划。

　　对空天飞机的探索，转到了无人机的方向。相比于有人驾驶的飞机，无人机不必考虑乘员的生存需求，因此能够相对小巧和简单（关于无人机在战场上的优势，请参阅《知识就是力量》杂志2016年第2期）。美国在21世纪进行的几项空天飞机研发计划，比如X-37B、X-43和X-51，都是小巧的无人机。不仅如此，X-43和X-51的性能指标，甚至比多年前的X-30还要保守一些，在取得一些成就之后便被暂时搁置。2010年试飞成功，并且在太空中飞行了270天的X-37B，则是目前世界上最接近于实用水平的空天飞机。近几年里，中国也投入研发空天飞机的竞争之中，建造了与X-37B类似的神龙无人空天飞机，并开始试飞。

　　在研发空天飞机的同时，对高超声速的研究还有一条更为艰难的路，那就是在地球大气层中实现高超声速飞行。2013年，美国公布了SR-71战略侦察机的后继者，无人侦察机SR-72的研发计划。按照技术指标，SR-72能够在平流层顶部以6倍声速飞行。这意味着它可以在一小时内从美国本土到达地球表面的任意地区，并且因为飞行高度低于空天飞机和间谍卫星的优势，而能够得到更为清晰的侦察照片。

　　没有人知道SR-72是否真的能够如计划所言，在2030年顺利入役；但这个充满科幻感的计划再次提醒我们，高超声速技术或许会是下一轮军备竞赛的制高点，而“选手”们已经在暗自发力。毕竟，以高超声速跨越遥远距离的能力，可以为军队带来巨大的战略优势。这种来自高速度的诱惑，显然值得大国投入巨量资源奋力一搏。

　　撰文/苗若玖