□作者: 易軒

[1]

　　由于電子裝置故障，此次試飛比預定時間推遲了一天。去年11月16日下午，一架經過改裝後的B-52轟炸機搭載著X-43A無人駕駛飛機從愛德華茲空軍基地起飛。兩架F-18戰斗機在空中擔任護航工作，它們配備了高清晰攝像機，以便地面專家及時掌握試驗情況。美國東部時間下午5點5分，在飛行到1.2萬米的高空後，B-52轟炸機與X-43A分離，同時，捆綁在X-43A上的“飛馬座”火箭點火，將X-43A推至大約3萬米的高空。隨後X-43A打開進氣室，啟動沖壓式發動機，依靠自身動力以11260千米的時速飛行了大約10秒鐘，墜入預先劃定的太平洋上的限制試驗區。這短暫而輝煌的10秒鐘，不僅見證了一項新世界紀錄的誕生，而且標志著人類飛行器制造史進入一個新的紀元。
　　
　　超強功能的“心髒”
　　
　　 X-43A再創極速神話的奧秘在于其獨特的超音速燃料沖壓式噴氣發動機。與普通民航機不同，它可以吸進空氣中的氧氣以作為一種補充動力，這樣不僅能為飛機提供無比強大的動力，而且還極大地減輕了飛行燃料載荷。而普通飛機在進入高空稀薄大氣層時必須使用自身攜帶的固態或液態氧才能保證燃料充分燃燒，以提供足夠推力。
　　發動機是飛行器的心髒，早期的飛機使用活塞式發動機速度普遍比較低。為了進一步提高速度，1939年德國人亨克爾設計了世界首台采用渦輪噴氣發動機的單翼機，飛行速度達到每小時700千米。二戰末期時，德國的Me-262新型戰斗機最大時速可達870千米，是世界上第一種實戰噴氣式戰斗機。1954年，甦聯的米格-19和美國的F-100“超佩刀”問世，標志著超音速飛機正式登上歷史舞台。經過材料、工藝以及技術上的不斷改良，超音速飛機時速現在已實現了3馬赫數的夢想。雖然這個速度已經接近噴氣式發動機的極限，但是人們卻並沒有因此而裹足不前，向更高速度邁進的步伐反而越走越快。1967年，美國X-15型實驗機曾達到了6.7倍音速，但由于X-15使用的是火箭推進動力，因此有別于傳統意義上的獨立引擎飛機。20世紀60年代以來，高超音速沖壓噴氣發動機成為研究熱點，美、俄、法、德、日、印和澳大利亞等國紛紛斥巨資向終極高速發起沖擊，美國航宇局的高超音速X飛行器(Hyper-X)計劃就是其中的代表。
　　當飛行速度超過５馬赫數以後，飛機在溫度、壓力等方面會遇到和低速飛行時差別極大的嚴酷環境，因此超過這一速度，就被認為是“高超音速”。而突破這種速度所需要的發動機，就是所謂的“能呼吸”的發動機——超高音速燃料沖壓式噴氣發動機，它實際上是沖壓噴氣發動機的一種。沖壓噴氣發動機分為亞音速、超音速、高超音速三類，高超音速沖壓發動機使用碳氫燃料或液氫燃料，是目前方興未艾的一種新型發動機，飛行時馬赫數可高達5∼16。X-43A的三次試飛就是為了驗證美國科學家在這一領域內的研究成果，結果表明，凝聚了他們40多年心血的高超音速燃料沖壓噴氣發動機果然不負眾望，以一個漂亮的極速飛躍證明了自己的價值。在此之前，采用沖壓噴氣發動機的美國“SR-71”戰斗機曾傲視群雄，飛行速度為3.2馬赫數，而X-43A橫空出世以來，飛行速度達到劃時代的6.8和9.8馬赫數，連續兩次以絕對優勢摘得極速王者的桂冠，顯示了新技術的巨大威力。
　　
　　精良的設計
　　
　　除了動力強勁的引擎，X-43A的其他方面也有很多過人之處。在時速上萬千米的高速下，X-43A尾翼邊緣與大氣的劇烈摩擦能產生3600度左右的高溫，足以融化任何金屬，在它的碳-碳熱保護材料上還加上了專門的熱保護涂層。另外，地面實驗室不可能用風洞模擬出每小時上萬千米高速氣流下的物理狀況，因此本次X-43A發動機的所有設計數據都通過計算得來，這對設計師是一個巨大的挑戰。令人敬佩的是，他們通過數學模型計算出來的數據與實驗采集的數據的誤差只有2％！這為今後的進一步工作打下了堅實基礎。
　　X-43A飛行實驗共耗時8年、耗資2.3億美元。2001年進行第一次試飛時以失敗而告終。當時，B-52轟炸機成功發射出了運載火箭，但不久就出現了導航系統故障，地面指揮專家果斷下達了啟動自爆程序的命令，火箭殘骸和X-43A無人機隨後墜入了太平洋。去年3月，X-43A進行的第二次試飛取得成功，它以將近7倍音速(約8300千米/小時)飛行了約22千米，把當時的世界紀錄提高了一倍多。11月的這次飛行是X-43A進行的第三次試驗，也是最後一次試驗。它百尺竿頭，更進一步，再次以一個精彩的沖刺刷新了世界紀錄。實際上，X-43A只是美國航宇局航空與太空運輸技術公司主持的大型科研計劃“Hyper-X”計劃的第一階段，第二階段的飛行器代號為“X-43B”，初步定于未來5年內實施。第二階段的試驗目標是驗證飛向太空的高速發動機的性能和耐用性。
　　最後順便提一句，雖然X-43A飛行試驗證明了這種飛行器可以達到上萬千米的時速，而且還具有可以減速的優點，但是有專家指出，高超音速飛機未必適用于商業用途，因為高速飛行產生的高溫、極度加速等問題會令乘客難以適應，因此這種飛機將來最大的可能是運用在軍事上。例如，若將它們改造成無人駕駛的轟炸機，美國只需要在東西兩岸部署，便可在極短的時間內轟炸全球任何地方。看來，這些新技術能造福人類的日子還需要耐心的等待。