神州十七號載人飛船發射成功之際,我國在高超聲速領域也傳來好消息:我國已經開發出一種用於高超聲速飛行器的新型塗層材料,該材料可以在長時間、高超聲速飛行後保持完好無損!
而這項技術以前被認為是不可能的,這意味著在被稱為高超聲速競賽2.0的階段中,我國的革命性技術正在測試下一代乘波體超高聲速飛行器,其效果更是領先於美國。
圖、未來典型的高超聲速飛行器新的速域和空域
在最新的一項測試中,新的塗層材料被用於高超聲速飛行器表面,它能利用自身飛行時產生的衝擊波來提高升力。高超聲速飛行器周圍的空氣能被加熱至數千攝氏度。這對於任何材料而言都是非常嚴苛的考驗。
相關數據材料顯示:飛行器表面應用新材料後,不僅能讓關鍵部件保持適宜溫度,還不影響無線信號。在由中國航天空氣動力技術研究院艾邦成領銜發表的「關於高超聲速飛行器新熱障的認知與探討」一文中,其在摘要中提到:「未來高超聲速飛行器向更遠的航程、更快的速度等航空航天技術融合的方向發展, 不斷突破飛行速度邊界、巡弋空間邊界。」
圖、梯度非燒蝕防熱材料典型應用
現在超高音速競賽進入新2.0階段,這也帶來挑戰和機遇的雙重考驗。高超聲速飛行器相當於傳統的彈道飛彈而言,彈頭速度能超過聲速5倍。現在太空梭和返回艙都有隔熱瓦,這些材料可以燃燒並帶走熱量。但這些高超聲速飛行時間都很短,通常僅持續幾分鐘。
美方過去曾啟動多個研發高超聲速飛行器項目,但在經歷多次失敗後,這些項目陸續被取消。主要失敗原因是飛機表面的材料難題,沒有任何材料能在持續1個小時或更長時間高超聲速飛行後,還能保持完好無損的狀態。材料破損之後,飛行器很容易損壞。
近些年,美國政府曾重啟高超聲速計劃,但不斷遭遇挫折。美國的一項報告表示,他們高超音速武器開發商最頭疼的問題是熱損傷。其他問題包括如何處理高超聲速在飛行中所面臨的極端高溫。未來部分高超聲速飛行器飛行時間超過50分鐘,甚至更長。這讓長時間嚴酷加熱下輕質防隔熱設計挑戰變得更大突出。
對於高超聲速2.0階段的競賽,其已經超過了飛彈的範疇,涵蓋具有軍民兩用的遠程、可重複使用平台。有消息顯示,我國相關單位已經開始研發飛行時間超過50分鐘,表面溫度達到3000攝氏度的高超聲速飛行器平台。而在如此極端的環境中,空氣中的分子能分解並和塗層材料發生化學反應。