央視意外曝光中國空天飛機方案,二級入軌優(yōu)勢大,遠超美國
中央電視臺最近采訪了中國科學(xué)院力學(xué)研究所的JF-22風(fēng)洞,披露了大量重要的信息。不但在國內(nèi)引發(fā)了關(guān)注,外電也進行了詳細的分析報道。很多網(wǎng)友們關(guān)心,這個風(fēng)洞和相關(guān)的研究,到底先進到什么程度呢?
高超音速是一種通用技術(shù),可以軍用也可以民用。如今大家更關(guān)心它的軍事用途,主要是美國方面炒作的結(jié)果。因為中國的東風(fēng)17導(dǎo)彈參加國慶閱兵,以及俄羅斯先鋒導(dǎo)彈投入服役,讓美國軍方相當(dāng)惶恐,在國內(nèi)國際輿論上反復(fù)表示,美國在高超音速領(lǐng)域已經(jīng)落后,需要大量投資開發(fā)自己的高超導(dǎo)彈,以及高超攔截技術(shù)。
其實高超的軍事用途只是一部分,民用、商用同樣很重要。今天的洲際旅行基本上依靠民航飛機,亞音速的飛機從北京飛到歐洲,要十個小時左右。飛到北美、澳大利亞,時間更長一些。如果要前往非洲和南美,還需要中途轉(zhuǎn)機,乘客疲憊不堪。雖然比起只能坐海輪的年代,亞音速民航機已經(jīng)算是很快了,但人類對方便快捷的追求是無止境的。如果能研制成功高超音速民航客機,那從中國出發(fā),前往地球另外一面的時間,就可以縮短到幾個小時,甚至兩個小時以內(nèi)。這對于全球化和國際經(jīng)貿(mào)、文化交流,都是有決定性意義的。
高超音速飛行需要攻克的技術(shù)難題很多,包括結(jié)構(gòu)、氣動外形、防熱、動力、控制、通信導(dǎo)航,等等。其中,有大量的基礎(chǔ)性問題需要在風(fēng)洞里解決。而這樣的風(fēng)洞,自然是模擬的速度越高越好、時間越長越好,尺寸越大越好。這里需要強調(diào)一下尺寸問題,尺寸越大,模型就越精細,越能接近實際制造的飛行器,模擬效果也就越好。
所以在JF12和JF22的采訪中,科研人員特意強調(diào),JF-22的流場大概有2.5米直徑,一般國外最大的是1.5米直徑,所以JF-22可以放更大的飛行器;JF-22可以將馬赫數(shù)10的風(fēng)速持續(xù)40毫秒,性能比國內(nèi)外同類型號有成倍的提高,實驗結(jié)果的精度也更高。所以我們有理由可以確認,在已經(jīng)公開的高超音速風(fēng)洞設(shè)施中,JF-22是全球最先進的。
國外媒體對JF22里的模型很感興趣。這是一臺空天飛行器的風(fēng)洞模型,采用了重復(fù)使用兩級入軌概念。也就是一臺母機攜帶一臺子機起飛,到達一定高度后分離。母機返回地面,子機用自身動力進入繞地球飛行的軌道。從某種程度上說,航天飛機就是不完整的重復(fù)使用兩級入軌概念。為了實現(xiàn)這個目標(biāo),需要解決大量的關(guān)鍵技術(shù)。其中,子母機如何安全可靠地分離,就是一個大問題。
迄今為止,人類還沒有制造出實際的子母機。主要是因為制造費用昂貴,而且前期試驗肯定會出現(xiàn)大量失敗和故障,墜毀一次就損失巨大。所以,風(fēng)洞試驗的作用就很明顯了。在風(fēng)洞中,通過模型的分離試驗,可以充分研究高超音速氣流條件下,子母機應(yīng)該用什么方式連接、什么方式分離,分離的程序和速度應(yīng)該是什么樣的,對分離速度和高度有什么要求,等等。
這樣的母機,為了實現(xiàn)重復(fù)使用,不能再使用傳統(tǒng)的一次性火箭發(fā)動機,必須采用吸氣式發(fā)動機。這一點在采訪中也提到了,科研團隊提出了新的發(fā)動機概念,叫做駐定斜爆轟發(fā)動機。目前已經(jīng)實現(xiàn)了9倍音速的試驗,下一步要在JF-22中能夠?qū)崿F(xiàn)16倍音速。我們可以簡單地認為,這樣的發(fā)動機研制成功后,可以把洲際飛行的時間縮短到現(xiàn)在的十六分之一。
而母機的相關(guān)技術(shù),和高超音速客機有很多相似之處。誰能夠在這方面取得領(lǐng)先,就能率先研制出可重復(fù)使用的兩級入軌飛行器,能夠?qū)崿F(xiàn)頻繁的天地往返飛行,也能夠制造出高超音速客機,推動中國的空天飛行技術(shù)達到世界領(lǐng)先地位。
至于說,JF12和JF22能不能用在軍事研究上,按照國內(nèi)技術(shù)保密的慣例,在前沿技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中,能上電視就不是軍用的,更不是最先進的。在高超領(lǐng)域,中國也面臨著爬坡升級的需求。東風(fēng)17是一種助推滑翔式的導(dǎo)彈,發(fā)射特征明顯、容易在助推段被攔截。
為了進一步提高突防能力,我們需要開發(fā)吸氣式的新一代導(dǎo)彈。這同樣需要在風(fēng)洞當(dāng)中解決超音速燃燒沖壓發(fā)動機的設(shè)計、材料、工藝,不斷迭代發(fā)展。至于這樣的導(dǎo)彈和發(fā)動機在哪個風(fēng)洞中試驗,那當(dāng)然就是“過于先進,無法展示”的內(nèi)容了。