西工大发布的“招生简章”讲的是什么黑科技？

  2022年7月4日，由西北工业大学航天学院空天组合动力创新团队牵头研制的“飞天一号”火箭冲压组合动力在西北某基地成功发射，国际首次验证了煤油燃料火箭冲压组合循环发动机火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力，突破了热力喉道调节、超宽包线高效燃烧组织等关键技术，飞行试验圆满成功。

  这则只有一句话的消息立即引起关注。网友都表示“了不起的西工大”“一看就不简单”，还有人将其称为“招生简章”。那么，这里面到底讲的是什么黑科技？

  说到空天飞机，许多人并不陌生。这种将航空技术与航天技术高度结合的飞行器，能以高超音速在大气层飞行，立即进入太空，也能像飞机一样在跑道上降落，将极大提升天地往返效率。有关技术受到各国格外的重视。早在20世纪80年代，美国就提出了国家空天飞机纳斯帕计划（NASP），联邦德国（西德）也向欧洲空间局提出桑格尔（Sanger）空天飞机。20世纪90年代，当时82岁高龄的钱学森曾在信中写道：“21世纪的中国人一定要在空天飞机上显一显身手，这是一件国家大事！”

  然而，空天飞机所需的动力技术，像一道难以逾越的门槛，将大部分国家拒之门外。

  中国航天科工集团二院研究员杨宇光向科技日报记者介绍，目前人类往返天地所用运载火箭，均为多级构型，哪怕是我国现役近地轨道推力最大、入轨最“直接”的长征五号B运载火箭，也采用了一级半构型。原因主要在于，航天器要脱离地球引力进入太空轨道，至少需要加速至每秒7.8公里，考虑到大气阻力影响以及所需达到的高度，实际速度要求约为每秒9.5公里。即使是当前性能最高的液氢液氧火箭发动机，也没办法实现单级入轨。

  为此，各国纷纷将目光投向组合循环动力研究，主要涉及火箭基组合动力（RBCC）、涡轮基组合动力（TBCC）、复合预冷吸气式火箭发动机（SABRE) 等多种形式。在我国，航天科工集团、航天科技集团、国防大学以及多所高校均已开展相关研究多年。

  组合动力的基础原理是集成不同动力模式，在不同飞行阶段取长补短。以RBCC为例，在飞行器起飞阶段和大气比较稠密的高度，航空发动机效率最高。

  飞行器达到一定高度和速度后，便可转换为冲压发动机，这是在大气层内实现高超音速飞行的理想动力。与火箭需要携带大量氧化剂不同，冲压发动机能够正常的使用空气中的氧，以此来实现轻装上阵。其工作原理是，飞行时迎面气流在通过进气道过程中将动能转变为压力能，经压缩后的空气进入燃烧室，与燃料混合进行等压燃烧，生成的高温燃气在喷管中膨胀加速后排出产生推力。该技术成熟后，可在较大的高度范围和速度范围内工作。

  当飞行器到达临近空间要进入太空时，便需使用火箭发动机。如此将不同动力方式组合，根据其优势转换使用，可为飞行器在起飞、穿越大气层、入轨、轨道机动、轨道再入、降落等不同飞行阶段提供最高效的动力。

  但要攻克组合动力技术，面临诸多难点，例如超燃冲压发动机。杨宇光说，普通航空发动机乃至超音速喷气发动机，空气从其进气道进入燃烧室以后，气流其实是亚音速的，因而称之为“亚燃”。而“超燃”顾名思义，就是空气在燃烧室内超音速燃烧，其难度如同在12级大风里用打火机去点一捆柴火，还要保证它燃烧稳定。同时其也面临防热问题，以及对大空域大速域工作状态导致来流出现大密度差、大速度差的适应性等问题。

  组合循环动力技术也对火箭发动机的可重复使用能力有一定要求。对此航天科技集团科技委主任谭永华于2015年向科技日报记者表示，将传统一次性火箭变为可多次使用火箭所涉及的关键技术，我国大多已经突破。我国新一代运载火箭所用发动机已经具备一定重复使用能力。

  除了各项动力技术，不同动力形式之间的模态转换也是一大难点，仅在进气道方面，就涉及可变进气道设计，以及对来流气动热、壁压等多方因素的考虑。

  从西工大发布的消息能够准确的看出，“飞天一号”飞行试验验证了涵盖亚燃、超燃、火箭的多模态平稳过渡和宽域综合能力，突破了多项“过于先进不便展示”的关键技术，使我国在吸气式超燃冲压火箭组合循环发动机的高超音速飞行器研究领域又进一步。

  同时，根据航天科技集团一院2017年发布的《2017-2045年航天运输系统发展路线图》规划，我国组合动力两级重复使用运载器计划于2040年前后研制成功，组合动力单级入轨重复使用运载器于2045年研制成功。