神州十七号载人飞船发射成功之际,我国在高超声速领域也传来好消息:我国已经开发出一种用于高超声速飞行器的新型涂层材料,该材料可以在长时间、高超声速飞行后保持完好无损!
而这项技术以前被认为是不可能的,这意味着在被称为高超声速竞赛2.0的阶段中,我国的革命性技术正在测试下一代乘波体超高声速飞行器,其效果更是领先于美国。
图、未来典型的高超声速飞行器新的速域和空域
在最新的一项测试中,新的涂层材料被用于高超声速飞行器表面,它能利用自身飞行时产生的冲击波来提高升力。高超声速飞行器周围的空气能被加热至数千摄氏度。这对于任何材料而言都是非常严苛的考验。
相关数据材料显示:飞行器表面应用新材料后,不仅能让关键部件保持适宜温度,还不影响无线信号。在由中国航天空气动力技术研究院艾邦成领衔发表的“关于高超声速飞行器新热障的认知与探讨”一文中,其在摘要中提到:“未来高超声速飞行器向更远的航程、更快的速度等航空航天技术融合的方向发展, 不断突破飞行速度边界、巡弋空间边界。”
图、梯度非烧蚀防热材料典型应用
现在超高音速竞赛进入新2.0阶段,这也带来挑战和机遇的双重考验。高超声速飞行器相当于传统的弹道导弹而言,弹头速度能超过声速5倍。现在航天飞机和返回舱都有隔热瓦,这些材料可以燃烧并带走热量。但这些高超声速飞行时间都很短,通常仅持续几分钟。
美方过去曾启动多个研发高超声速飞行器项目,但在经历多次失败后,这些项目陆续被取消。主要失败原因是飞机表面的材料难题,没有任何材料能在持续1个小时或更长时间高超声速飞行后,还能保持完好无损的状态。材料破损之后,飞行器很容易损坏。
近些年,美国政府曾重启高超声速计划,但不断遭遇挫折。美国的一项报告表示,他们高超音速武器开发商最头疼的问题是热损伤。其他问题包括如何处理高超声速在飞行中所面临的极端高温。未来部分高超声速飞行器飞行时间超过50分钟,甚至更长。这让长时间严酷加热下轻质防隔热设计挑战变得更大突出。
对于高超声速2.0阶段的竞赛,其已经超过了导弹的范畴,涵盖具有军民两用的远程、可重复使用平台。有消息显示,我国相关单位已经开始研发飞行时间超过50分钟,表面温度达到3000摄氏度的高超声速飞行器平台。而在如此极端的环境中,空气中的分子能分解并和涂层材料发生化学反应。