◎ 文 《法人》特约撰稿 刘畅

2021年初，美国拜登政府上任不久，面临一个棘手课题：美国要不要在发展临近空间高超音速武器上加大投入。美国虽然是最早开展高超音速技术研究的国家，但近年来由于研究目标分散和政府重视程度不够，在该领域已被中国和俄罗斯“甩开半个身位”。

相关资料显示，美国国防部拨付的高超音速领域科研经费中，除高超音速武器系统开发外，还包括可重复使用平台、各专业关键技术、试验能力、基础科学研究等多个子领域。这些对于未来科技发展具有深远作用，由此形成的技术体系可以在众多领域带来持续变革和颠覆性创新。相对于欧美强国，中国航天机构在此领域的探索更加务实稳健，近年来的追赶超越速度明显加快。

飞行试验商业化

美国国防部网站2021年2月27日发表《美国防部官员透露高超音速武器研发战略》称，美国国防部已将高超音速武器列为优先级别最高的武器装备现代化项目之一。该战略将分四阶段实施，以加快这种武器系统的研发和部署。

作为大量尖端技术集合体，飞行试验是临近空间高超音速飞行器研制过程中至关重要的环节。2004年，在美国一场旨在鼓励私人投资航天事业、拓展太空旅游产业的“X奖”大赛中，一艘由加利福尼亚州私营企业Scaled Composites公司研制的亚轨道、超音速、可重复使用飞行器“太空船一号”夺得冠军。

相对于传统高速飞行器动辄数亿美元的开发成本，“太空船一号”研发成本仅为2500万美元，这让欧美航天界备受启发。通过私营企业的灵活机制，不仅可以有效降低飞行平台开发成本，还能通过商业化方式将这项技术应用于更广阔市场，争取更多社会资本投入，带来效率效益最大化。

国内商业航天政策破冰以来，中国民营商业航天企业开始进入这一领域，以空天技术科研试验需求为突破口，瞄准亚轨道飞行试验市场，研制低成本探空火箭和飞行平台。这些企业在填补市场空白的同时，也给“国家队”形成能力补充。

凌空天行是一家从事临近空间高超音速飞行器研制的民营商业航天企业。2019年4月23日，由其和厦门大学联合研制的 “天行Ⅰ-1”火箭完成首次飞行试验。这枚看起来像是装上了翅膀的火箭，除了圆满完成厦门大学航空航天学院空气动力学试验和回收重复使用技术试验任务外，还搭载了西安电子科技大学研制的两部高能粒子探测器。这些探测器可以对穿透舱壁进入飞行器内部的多种高能粒子进行统计，通过多次飞行试验，逐渐积累临近空间不同高度的测量数据，对未来空天飞机电子系统可靠性设计、人身安全剂量评估提供极具价值的参考依据。

在飞行器研制过程中，基于真实环境的飞行试验，能够解决无法通过地面试验进行验证的问题。例如，地面风洞可以做到模拟大气密度，但无法完全模拟温度、湿度。一些重要分系统(如气动、动力、结构、控制、热保护等)，必须通过飞行试验才能得到充分验证。

从飞行试验市场切入、滚雪球式发展的商业模式，让部分民营商业航天企业在初创期拥有不错现金流。通过高频次试验任务积累的技术经验，民营商业航天企业能力迅速提升，逐步具备向更高、更远目标迈进的条件。

某些领域“领先半个身位”

好莱坞导演早在科幻电影里，构想了可以任意时间起飞、高超音速飞行、自由往返天地的空天飞机。半个多世纪以来，从航天界到航空界，都在围绕这种未来飞行器展开一系列前瞻性研究。相对于欧美强国，中国航天机构在此领域的探索更加务实稳健，近年来赶超速度明显加快。

2017年11月12日，航天科技集团旗下的中国运载火箭技术研究院发布《2017—2045航天运输系统发展路线图》。按照规划，至2025年研制成功可重复使用的亚轨道运载器，让太空旅游变为现实。同一年的全球航天探索大会上，航天科工集团“腾云工程”正式亮相，目标在2030年之前，设计制造完成中国首架可水平起飞、水平着陆并可多次重复使用的空天往返飞行器。

与此同时，这场全球角逐的空天竞速赛里，中国民营商业航天企业作为另外一支新生力量悄悄崛起，并迅速占据一席之地。

随着临近空间高超音速飞行技术的日臻成熟并投入使用，“一小时全球抵达”这一美妙想法，已不仅是某一家商业公司的愿景蓝图，而正在逐步成为整个中国航天科技界奋斗努力的宏伟目标。

2020年中国航天大会上，航天科技集团科技委主任包为民院士指出，中国将计划分三步走，到2045年全面实现“按需发射、每年总飞行次数达千次量级、总货运万吨级、总客运万人次”这一构想，最终实现像飞机一样重复使用和航班化运营，全面完成“一小时全球抵达”和天地往返的任务目标。

公开资料显示，中国目前对于临近空间高超音速、天地往返飞行器的研究，已初步形成梯队化、体系化总体发展规划，并朝着远景目标稳步推进。这场瞄准临近空间广袤空域展开的全球竞速，中国科研机构和航天企业虽相对后发，但并不居于下风，甚至在某些领域已“领先半个身位”。

弥合航空航天裂隙

“空天飞机”顾名思义，是将航空技术与航天技术高度结合的飞行器，既能直接进入太空成为航天器，又能像民航客机一样在飞机场跑道上自由起降。

航空和航天两个学科原本同出一脉，却在日后发展进程中出现分化。空天飞行将推动航空和航天技术深度融合，最终弥合两个技术学科裂隙，为人类创造一种革命性的交通方式。

“卡门线”是目前被国际航空联合会(FAI)所接受的航空、航天之间边界定义，得名自钱学森授业导师——匈牙利裔美国物理学家、航空航天工程学家西奥多·冯·卡门。

根据冯·卡门的计算，在位于海拔100 km(330000英尺)处的高度线附近，因大气太过稀薄，难以产生足够支持航空器飞行的升力。当超越这个边界，航天学开始发挥作用，达到第一宇宙速度 (7.9km/s)的飞行器可以持续轨道运行，而不会被地球引力吸向地面。这条分界线，让航空和航天两个技术学科出现裂隙。

传统客机集工业制造大成，但飞行高度主要集中在海拔20km以下的大气层内空域，可以做到安全起降数万小时，但难以突破大气层。而传统航天器集尖端科学技术于一体，大多数只能一次性使用。因此，可在20km～100km临近空间高超音速飞行。自由穿梭大气层的空天飞机，成为全球科学家们正在努力追求的目标。该飞机具备“自由进出空间、按需返回地面、多次重复使用”等特征的空天往返运输系统，是未来降低航天运输成本、拓展人类出行边界的理想运输工具。

同时，这种飞行系统可分为无人和载人两种形态。航天运输方面，可以部分替代现有固定式发射火箭，以更低成本向太空发射微小卫星或前往空间站运送货物，还可部分替代现有飞机运输，以更高效率实现洲际点对点运输，具有巨大商业潜力。未来，可以载人的空天飞机将成为超音速客机和航天飞机的复合体，不仅可在极短时间内将乘客送达目的地，也有望成为未来太空旅游的主要运载工具。

可以预见，从无人飞行到载人飞行、从单次使用到重复往返，临近空间高超音速飞行正在逐步颠覆航空航天的边界定义，通过科技跨域融合，创造出一种全新的空天经济业态。而这种代表未来趋势的技术跃迁，必将在此后数十年内，深刻改变我们的产业和生活。

(作者系钛禾智库研究员)

(责编 王茜)

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