亚洲特快：“飞天一号”是导弹吗？

各位朋友们大家好， 欢迎收看《亚洲特快》，本期节目我们来说说最近官宣的“飞天1号”组合式发动机验证飞行器试验。

关于这枚由西北工业大学、北京动力机械研究所、陕西空天动力研究院联合研制的验证飞行器，列车长已经在7月5日试验消息发出的那天，就在音频节目里与嘉宾聊过了，关于它的原理细节我们已经谈了不少，大家有兴趣的话可以收听，这里呢，我们就简单说一下。

组合动力其实也是个由来已久的设计思路，简单来说就是让一台发动机，在不同的飞行状态下，具备多种工作原理，以达到最佳的工作效率。

实际上这方面比较早期的组合动力方案，已经在美国SR-71侦察机上得到运用，这就是“涡轮冲压组合发动机”，缩写TBCC，它能够在涡轮和冲压发动机两种模式中转换，以在低速和高速飞行时都能达到较高的工作效率。

其实说起来的话，我们已经熟悉的苏联“立方体”导弹就是也是一种典型组合式发动机，它的原理是在固体冲压式发动机的燃烧室内安装固体药柱，在起飞阶段，固体药柱燃烧，以火箭发动机原理完成起飞。

起飞后，飞行速度达到亚音速水平，达到了冲压发动机的工作速度，此时正好燃烧室内的固体药柱也烧完，导弹前半截的固体燃料开始点燃，通过燃气发生器进入燃烧室，在这里与经过进气道压缩的空气混合，继续燃烧，产生的高温燃气通过尾部的喷管喷出产生推力。

这种技术原理将火箭和冲压发动机组合在一起，就解决了冲压发动机只能在较高速度下才能开始工作的问题。而与一般使用可抛弃的第一级助推器的其他冲压式导弹相比，“立方体”导弹就可以做的更轻，更小。

这一技术后来在苏联3M80“马斯基特”导弹，Kh-31等超音速反舰导弹上也得到了运用，它也是利用冲压发动机燃烧室内的固体火箭燃料来进行加速。与“立方体”导弹相比，这些导弹的区别在于它的冲压式发动机不是固体冲压，而是使用液体燃料。而中国人民解放军今天的主力超音速反舰导弹“鹰击-12”也采用相同技术原理，如果用比较宽泛的标准来说，也可以说属于火箭\冲压组合动力。

而美国当然也有类似的技术发展，这就是STM技术验证弹，台湾方面上世纪90年代引进相关技术兵制造出了“擎天载具”试验弹，“按比例放大”了STM，在它基础上发展出了今天台湾地区引以自豪的“雄风3”导弹。

只不过，组合动力技术显然并不能通过简单的“按比例放大”来沿用，我们看“雄风3”导弹的后部安装了两个固体火箭助推器，感觉外形就有点类似大陆上世纪80年代到90年代发展的外贸超音速反舰导弹“C-301”的样子，如此的设计显然就不如鹰击-12来的优雅了，当然要降低导弹的效率，同时，也导致雄风3不具备发展出空射型的前提条件。

当然“飞天一号”的火箭冲压组合就已经不是这么简单的火箭冲压组合了。

按照相关论文当中的说法，它的动力方式应该称为：“火箭基组合循环推进系统”，英文缩写RBCC。

我们上面说的那种火箭冲压组合动力只有两种模态，即刚发射的时候是火箭模态，之后转入冲压模态。

但是在RBCC上，按照理想设计，应该是有四种模态：引射模态、亚燃冲压模态、超燃冲压模态和纯火箭模态。

也就是说，它首先用火箭模态，也就是用自身携带的氧化剂和燃料混合燃烧，直接在火箭燃烧室内产生推力，实现起飞。起飞后进气道开启，进入进气道内的空气在火箭发动机工作产生高速气流的引射效应下，进一步提高速度进入燃烧室，此时就能在飞行器飞行速度较低的情况下达到冲压发动机的启动条件，从而转入亚燃冲压模态。

此时发动机后部通过热源形成一个“热力喉道”，来模拟拉瓦尔喷管，当然随着速度的提高，这个“热力喉道”必须具备调节能力。直到发动机进入下一个工作模态，即超燃冲压模态，此时发动机已经不再需要喉道压缩效应，“热力喉道”可以关闭。

当然超燃冲压模态下，发动机的进气状态也要有所不同，这就主要是通过进气道内的斜板来进行调节了。

最终，当飞行器的飞行速度达到超燃冲压发动机产生正推力的速度上限，约7马赫左右后，关闭进气道，再次进入只使用火箭发动机工作的状态，此时飞行器可以在火箭发动机推力下飞出大气层。

那么与这个理论上理想的用于跨大气层飞行的RBCC原理相比，这次“飞天一号”的四种工作模式有所不同。

我们看官方发布的内容，将这几种工作模态称为：“火箭/亚燃”，“亚燃","超燃”和“火箭/超燃”。

与上面说的经典原理相比，“飞天一号”并非靠自身发动机直接升空，而是由固体火箭助推器发射升空，这就相当于经典原理中从0速度起步时以纯火箭模式起飞的过程，而“火箭亚燃”实际上应该就是是引射模态的另一种说法，在“亚燃”和“超燃”模态下，发动机不需要使用自身携带的氧化剂，直接利用空气来流飞行，而最后的“火箭/超燃”，则应该是在飞行速度接近超燃发动机工作速度上限时，用火箭发动机补充一部分推力，虽然最大飞行速度并不能超过超燃发动机工作速度上限，但验证了从超燃冲压模式向纯火箭模式的过渡形态。

那么从上述这个工作过程的说明，我们可以看出几点。第一就是”飞天一号“本身并不是一个以实用为主要目的的飞行器，它的主要任务就是验证发动机在四种工作模态之间的转换能力。同时我们还可以看到新闻里还提到了“热力喉道调节”和“超宽包线高效燃烧组织”等关键技术。

着其中热力喉道我们已经解释过了，而“超宽包线高效燃烧组织”则是主要指发动机在上述四种模态下都能够以较高的效率进行工作，不会出现在某一种模式下突然发动机耗油率激增这样的尴尬情况。

那么接下来我们说一下“飞天一号”的实用前景。

英国《武器与国防工业军事技术》网站第一时间就发表文章介绍了"飞天一号”试验成功的消息，不过他们显然还是有点“望文生义”，认为“飞天一号”它看起来像是一发导弹，所以它就是一发导弹。于是就按照导弹技术的相关原理进行分析，他们认为，“飞天一号”属于吸气式高超声速飞行器，因此它技术和美国X-51类似，由于可以使用空气中的氧气，因此可以减少导弹自身携带的氧化剂数量，由此节约重量，就可以携带更多的载荷。因此他们分析称，“飞天一号”意味着中国可以制造一种比美国AGM-183A导弹更轻，但能携带更大战斗部的空射高超声速导弹。

这个分析怎么说呢，不能说完全离谱，但也只是稍稍沾点边。

作为一种导弹的话，在“飞天一号”这样尺寸和重量的飞行器上使用如此复杂的RBCC动力其实意义不大，因为导弹飞行路线相对固定，如果有了能够稳定高效工作的超燃冲压发动机，只需要用火箭发动机将导弹加速到6马赫，再启动超燃冲压发动机，工作几百秒，就能实现几千公里的射程。

相比之下，在导弹上使用RBCC发动机，过于复杂，拉高了制造成本，实际上这类发动机如果只能一次性使用的话，实在是过于昂贵了。

而如果是在空天飞机，比如我国航天科工集团的“腾云工程”当中使用，那么RBCC发动机在低速时要使用火箭模式起飞，需要消耗大量的燃料和氧化剂，也一样不划算。

因此，“腾云工程”计划中，使用的是TRRE发动机，也就是“涡轮辅助火箭增强冲压组合循环发动机”，它的技术原理就更复杂了，这里就不详细描述了，不过这里可以简单的理解一下，那就是它要用到的一些技术，与RBCC的技术是相通的。某种意义上可以理解为在RBCC基础上增加了一台涡轮风扇发动机用于解决0-2马赫的动力问题。在飞行速度超过2马赫后，涡扇发动机的进气口和喷管封闭，实际上停止工作，这时就进入了RBCC的亚燃冲压模式，此时仍需要“热力喉道”技术来调节尾喷口工作效率，直到最后飞行速度达到6马赫，进入超燃冲压工作模式。

最后如果需要飞行速度超过7马赫，则可以完全关闭进气道，进入纯火箭模式。

用我们熟悉的科技树状图表示，那么亚燃冲压是超燃冲压的前置科技，而一体化火箭/冲压发动机或TBCC则是组合动力的前置科技，这两条路线合并，进入RBCC，而它才是最终目标，TRRE的前置科技。

也就是说，拥有RBCC，表明我们的一体化冲压发动机和压燃冲压、超燃冲压的技术都已经非常纯熟。

其实超燃冲压发动机作为一种动力方案，是有很大缺陷的，主要就是它的速度区间非常狭窄，仅能在6-7马赫的速度区间内工作。这既造成了这种发动机研制难度很高，也导致它的实用前景受限。所以目前开展相关研究的各国，通常都认为实用化的空天飞行器还是需要运用组合动力的方式，让发动机能够在亚燃和超燃模态之间转换，再衔接上低速下工作的涡轮发动机和超过7马赫后的火箭发动机模式，才能说是具备了一种完善的高超声速动力方案。

但是这种模态转换十分复杂，在“飞天一号”之前，全世界尚无任何一个国家，包括我国，完成过发动机从其他模态下转入超燃冲压模态的尝试。

目前美国和俄罗斯的超燃冲压发动机技术研究水平都没有达到这个水平， 美国前段时间进行了HAWC吸气式高超声速飞行试验，但很可能仅仅是在X-51基础上略有进步的水平。

而俄罗斯则已经完成“锆石”高超声速导弹的研制，这种导弹据称采用超燃冲压发动机，从它的飞行速度和射程来看，这个宣称很可能是真的，因为仅仅使用火箭发动机的话，这种尺寸的导弹无法达到如此的射程。

因此英国人对于“飞天一号”的评论，某种程度上歪打正着，我国使用超燃冲压发动机为动力的导弹确实可以实现以更小的尺寸和重量，投射较大的弹头的能力，所以说还是稍稍沾点边。

但是用复杂的RBCC循环去作为导弹动力其实是有点得不偿失的，这种动力方式最合适的任务依然是作为TRRE技术的验证工具和试验平台。

在“飞天一号”的参与方当中，北京动力机械研究所和西北工业大学，恰恰是当年在国际高超声速会议上石破天惊的论文《TRRE发动机关键技术分析及推进性能探索研究》的发表方。而陕西空天动力研究所，则发表了大量RBCC发动机的相关研究论文。

所以从这一对组合可以看出，这次的联合项目的最终目的，依然是指向了目前人类廉价进入宇宙的最优解决方案：“腾云工程”。

从技术解决方案的优雅程度来说的话，如果说“腾云工程”是火车，那么马斯克的不锈钢火箭不说是犹如原始人的滚木一样吧，顶多也就是老牛拉破车。

当然美国也并非没有优雅的设计方案，他们提出的SABRE和TRIJET等动力设计方案和与之相配合的“云霄塔”等空天飞机方案虽然在技术上也遇到了不少的难题，但至少也是包含了追求优雅的工程师精神。只不过在追求快钱的资本压力之下，美国的工程师们不得不穷经皓首，尝试用最简单粗暴的办法来解决问题，至于“优雅”，那只要通过媒体包装就可以假装出来了嘛。

但我们这里说的优雅绝不是通常意义上的优雅，而是追求以最高效率，最低成本，巧妙的设计，来让一部工业奇迹顺畅的运转起来的能力，这可不是在座舱里堆满触摸屏这么简单。以力破巧的设计通常出现在技术不成熟的阶段，而这种技术进入成熟阶段后展现出来的犹如魔法的奇迹，就是优雅，这才是今天工程技术人员所追求的最高境界。

优雅的技术当然能带来实实在在的好处，在经济性、重复使用周期、全寿命成本，发射成本等各方面，“腾云”都会远远超过任何大火箭，正如优雅的蒸汽轮机取代笨拙的往复式蒸汽机，这是一个不可抗拒的潮流。而使用蒸汽轮机的无畏舰一问世，所有其他战舰立刻就会相形见绌，我们也可以期待“腾云”问世，所有传统大型运载火箭完成历史使命的那个时刻。

当然，TRRE发动机，既然能做大的，自然也就可以做小的，美国人只能在电影里意淫一下的“暗星”那样的高超声速战机，可能会和“腾云”同期得到实现。实际上早在上世纪90年代，歼-12战斗机总师陆孝彭就在战略轰炸机方案研讨阶段提出，可以研制一种高超声速轰炸机，这种飞机即使发射不带助推器的高超声速滑翔弹药，射程也可达到数百公里。如果发射导弹，那么只需要类似今天战术空地导弹尺寸的导弹，就可以达到洲际射程。

也就是说，如果TRRE技术成熟，只要一个高超声速轰炸机团，就可以实现现在我们需要数十个战术导弹发射旅才能实现的大规模打击任务，战术飞机对敌方严密设防目标的打击效率将会超越地地战术导弹，并且作战成本可以大幅度降低，这必然再次改变战场规则。

而这一切，都将从“飞天一号”不起眼的身躯上开始。

好了，今天我们的节目就到这里，咱们下次再见吧。