獨家報導 記者楊俊斌/綜合報導
中國學術期刊《氣體物理》曝光最新一期學術成果,其中一篇名為《關於高超音速飛行器新熱障的認知與探討》的論文引起了外界的注意。這篇論文中,中國科學家首次披露了一種「耐燒蝕梯度輕質化防熱材料」,具備比現有材料更優秀的抗燒蝕性能與隔熱性能,且能夠在不影響內部設備與外界之間無線信號強度的情況下進行重複使用。
高超音速武器之所以直到21世紀才逐漸為人們所熟知,並成為新一代尖端武器的代名詞之一,主要原因就在於在高超音速概念提出的冷戰時期,材料學尚不足以支撐起這類武器的大規模生產與使用。
當飛行器的速度超過2.5馬赫時,受激波、來流空氣與飛行器表面摩擦等影響,飛行器就會遭遇「熱障」,表面溫度急劇升高;達到3馬赫時,飛行器表面溫度就足以達到370度C,雖然沒到航空鋁的熔點,但也足以讓整個飛行器內部結構的強度大幅降低,此時面對巨大的空氣阻力,整個飛行器隨時會面臨解體的風險。
美、蘇兩國為此在建造黑鳥偵察機與米格-25/31戰鬥機時,分別選擇了鈦合金與不鏽鋼作為主體結構材料;這兩種材料能夠在數百攝氏度的熱障下維持強度,確保機體不會解體。
不鏽鋼、鈦合金作為航空材料極限也就到此,畢竟隨著技術的發展,飛行器對於材料的需求不再只是耐高溫,而是要在耐高溫的同時,確保內部設備的工作溫度依舊維持在一個合適的水平。
要求聽上去似乎很簡單,但做起來卻不容易,因熱障的溫度並不恆定,而是會隨著飛行速度的增加而增加。
在3馬赫時,鈦合金與不鏽鋼配合熱交換機等設備還能維持機體內部設備溫度;如果達到5馬赫,那麼以冷戰時期的標準就只有航天級材料能夠滿足這種需求。
美、蘇兩國分別裝備了最大速度12馬赫的潘興2與最大速度20馬赫的先鋒彈道飛彈,但這兩型飛彈都是「昂貴」的戰術核武器,並不具備大規模裝備的條件。
除了材料本身需要用金錢換性能外,高超音速條件下的通信制導問題也困擾著冷戰時期的科學家們。在「熱障」之外還有「黑障」,而後者會對無線電信號的傳輸產生巨大影響;問題可以通過改良彈體外殼材料等方式來解決,但改良後的彈體又需要面對熱障帶來的燒蝕問題,導致早期高超音速飛彈只能在速度性能與可控性之間進行權衡。
美國的標準6防空飛彈與愛國者防空飛彈具備攔截東風-17高超音速飛彈的能力,主要東風-17需要在末端減速制導;新材料有望解決這個問題,因為不僅同時具備優秀的抗燒蝕與保溫性能,還不會影響無線電信號的傳輸;該型材料除了可以用來造高超音速飛行器飛彈外,還可以用來製造高超音速飛行器。
解放軍的無偵-8雖然也可以重複使用,但受制於機體材料與成本等因素,無偵-8可重復使用次數並不多,本質上還是一種低成本的消耗品。
在外界普遍認為無偵-8只具備3萬米、3馬赫的雙3性能的情況下,使用了新材料的無人機有望進一步提高性能指標。