x-51a

X-51A（又名：“乘波者”），為美國軍方最新研發的實驗型高超音速飛行器。

美國X-51A型高超音速飛行器成功完成最後一次試飛。此前，“乘波者”共進行過三次試飛，均未能實現以6倍音速飛行300秒的初始計畫。

基本介紹

• 中文名：x-51a
• 別稱：乘波者
• 屬於：美國
• 類型：高超音速飛行器

基本概述

X-51A超燃衝壓發動機技術將套用到其他領域，比如研發可一小時內攻擊全球任一目標的武器。

據國外媒體報導，美軍在2013年5月1日進行了實驗型高超音速飛行器的測試，速度達到五倍音速以上，測試獲得了圓滿成功。美國空軍X-51A“乘波者”無人飛行器在大約6分鐘的測試過程中飛行了230多海里，即425千米左右，測試地點位於加利福尼亞海岸，最快速度為5.1馬赫。本周三測試的X-51A“乘波者”是波音公司研發的第四架該型高超音速飛行器，在此之前已經進行過數次測試，其中2012年8月的測試以失敗而告終。

X-51A藝術概念圖

周三進行的測試中，X-51A“乘波者”飛行時間長達6分多鐘，是有史以來最長的吸氣式超音速飛行，空軍研究實驗室X-51A項目主管查理·布林克認為該項目是成功的，X-51A首先從加州愛德華茲空軍基地由B-52H“同溫層堡壘”攜帶起飛，吊掛在其機翼下方，大約爬升到50,000英尺（約為15,000米）的高度時將X-51A釋放，固體火箭助推器在僅僅26秒的時間內就加速至4.8馬赫。X-51A與火箭分離後繼續在60,000英尺（大約為18,300米）的高度飛行，並使用吸氣式超燃衝壓發動機將速度提升至5.1馬赫。

X-51A的超燃衝壓發動機進行了4分鐘左右的燃料供給，最終被燒毀，美國空軍的工程師設定將其墜毀在太平洋上，獲得了大約370秒的飛行數據。到目前為止，美國空軍沒有計畫建造更多的X-51A來進行高超音速研究，科學家認為高超音速技術是未來飛行的基石，通常在5馬赫及其以上速度的飛行被認為高超音速，聲音的速度為海平面每小時762英里，或1226公里每小時。

大多數高超聲速飛行器使用氫燃料作為推進劑，X-51A的超燃衝壓發動機是使用烴類燃料，美國空軍的工程師認為在邏輯上是可行的，該技術也將被套用到更加廣泛的領域。2010年5月，美國空軍測試了第一架X-51A，結果被認為是成功的，飛行時間超過了3分鐘，速度達到4.88馬赫，但接下來的兩次飛行測試都出現失敗，時間分別為2011年6月和2012年8月。美國軍方一直在研究高超音速的飛行計畫，試圖研製新型武器，可以在1小時內攻擊地球上的任何一處目標。

除了研發X-51A外，美國防部高級研究計畫局（DARPA）還有HTV計畫，是高超音速轟炸機的原型，但是其在2011年8月的測試中墜毀，工程師希望其能達到20馬赫的飛行速度。2011年進行的HTV任務歷時9分鐘，但是飛行器只進行了大約3分鐘的可控飛行，它與X-51A相比，HTV並沒有配備吸氣式的超燃衝壓發動機。

試飛不順

“乘波者”崎嶇坎坷的試飛之路從2010年就開始了。

那一年，由普惠公司和波音公司製造的4架“乘波者”驗證機交付美國空軍。美軍希望通過多次測試，使其最終達到以6倍音速飛行300秒的計畫。

X51A高超聲速飛行器

2010年5月28日，“乘波者”第一次試飛打響。“乘波者”以約5倍音速飛行了143秒。後來，飛行器失去加速度和推力，空軍地面控制人員遙控將其摧毀。雖然失敗了，但“乘波者”表現出的優質性能仍讓美軍興奮不已。

一年之後，“乘波者”在太平洋上空進行了第二次試飛。從母機B-52H戰略轟炸機上脫離出去後，“乘波者”的速度成功達到5倍音速，超燃衝壓噴射器也實現乙烯點火。

此刻，為達到全動力，飛行器需要向JP7燃料運行轉換。但由於發動機進氣口未激活，無法實現燃料轉換。最終，“乘波者”在達到試驗範圍內的海洋區域後墜毀。這次試飛又失敗了！

2012年8月14日，第三次試飛又開始了。這一次，“乘波者”飛行器迅速將飛行速度提升到預期的6倍音速，但只飛行了16秒，就墜落太平洋。美空軍在調查研究數月後，對“乘波者”飛行器墜落的原因作出解釋：由於其中的一個作動器突然開啟，致使X-51A飛行器發生故障，最終導致飛行器螺旋下降。

發動機瓶頸

命運多舛的“乘波者”以一次次的失敗，向世人普及著高超音速飛行器的概念。

多數專家認為，高超音速飛行器指的是飛行速度超過5倍音速的飛機、飛彈、炮彈之類的有翼或無翼飛行器。

飛行器的飛行速度一旦達到高超音速，面臨著很多的技術難題。首當其衝的是發動機瓶頸。飛行速度一旦超過音速，飛行器的進氣道吸入空氣的速率將受到激波效應的影響無法達到發動機的需求，進而發動機也就無法產生足夠的動力。

“乘波者”飛行器使用的是超燃衝壓發動機，它可以在攀升過程中從大氣里攫取氧氣。放棄攜帶氧化劑，從飛行中獲取氧氣，意味著在消耗相同質量推進劑的條件下，超燃衝壓發動機能夠產生4倍於火箭的推力。

超燃衝壓發動機最大的技術難點是點火。難度有多大？在高超音速氣流中添加燃料並點火，相當於在龍捲風中點燃一根火柴！

“乘波者”飛行器幾次試飛，都已經完成了超燃衝壓發動機的點火，但是燃燒室內氣流的不均勻以及超燃衝壓發動機本身低速性能不好，一直是影響“乘波者”飛行器穩定飛行的潛在威脅。

專家們指出，超燃衝壓發動機的6倍音速只是點火技術的瓶頸。一旦突破之後，飛行器的飛行速度將有更大的提升空間，而不僅僅只是6倍音速。

前景誘人

正如武俠小說概括的一句要義：天下武功，唯快不破。“乘波者”反覆試飛的背後，是美軍對“全球快速打擊”武器的迫切需求。

“乘波者”所要達到的速度是6倍音速，時速約為6400公里。一旦實現，飛行器從加利福尼亞范登堡空軍基地發射升空後，可在60分鐘內攻擊地球上任何目標。

美軍有關人士透露，他們計畫在2015年左右利用“乘波者”飛行器試飛後論證的技術，開發出一種快速打擊飛彈。這種飛彈對其他國家的威懾力將等同於核武器的威懾力。

除此之外，利用這一技術開發的各型飛機在性能方面也會有很大提升：偵察機將能在短時間完成作戰區域的偵察，戰鬥機將能快速部署到指定的作戰區域，運輸機將能及時把物資運輸到目標地域……

相比軍事方面的套用，“乘波者”飛行器的高超音速技術在航天方面的套用前景更加誘人——

把它用於新型“太空運輸載具”，利用超燃衝壓發動機結構簡單、重量輕、成本低、比沖高的優點，發射衛星將不再需要多級火箭。

把它用於太空梭，在同等質量的情況下，太空梭離開地球時的速度比眼下至少要高出四倍——這也意味著太空梭將能夠飛得更遠。

此外，“乘波者”的推力系統可以在兩種模式下運行。低速條件下，使用有氧燃料；高速條件下，使用無氧燃料。切換技術成熟之後，航空與航天能力將實現無縫對接。屆時，再加上高速飛行時材料耐熱技術上的突破，空天飛機將不再是夢想。它不但可以在大氣層內外自由飛行，而且可以重複使用。

除了美軍，俄羅斯、法國、澳大利亞等國也不斷展開類似的試驗。他們看重的正是其誘人前景。

這一次，“乘波者”抓住了屬於它的最後機會。但是人類探索高超音速飛行器的步伐才剛剛開始。

團隊獲獎

日前美國新研發的高超音速飛行器X-51A“馭波者”研發團隊，被美國航空航天協會授予國家獎章，獲獎聲明稱：X-51A的試飛成功對美國的航空界有劃時代的意義。X-51A可達5.1倍音速，即每小時能夠飛5300多公里。它已被美軍列入了“一小時打遍全球”的武器庫當中。

總體評價

X-51A有著三大優勢：

反應速度快，亞音速巡航飛彈打擊1000公里外目標需要一個小時，而X-51A只需要10幾分鐘；

突防能力強，現有的巡航飛彈主要依靠超低空飛行和隱身技術來突破敵方防禦，由於速度慢，暴露後易被攔截，而對於在高空飛行的X-51A來說，現有的防空武器對它基本無計可施；

破壞威力大，X-51A有著驚人的動能，面對鋼筋混凝土的打擊目標，它也能鑽進去10餘米，特別適合打擊深埋於地下的指揮中心等堅固目標。