飞机最高能飞多高

纵横全球的美国"超高飞"飞行器

鲁焊

美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室提出了一种高超音速飞行器的方案。这种飞

行器被称作“超高飞”（HyperSoar）飞行器。它在大气层上部“跳跃”式飞行，能在2小时

之内把有效载荷运送到地球表面的任何地点。它还能用作两级轨道发射器的第一级。目前该

飞行器仍需要在几个方面进行技术完善，但能在3年左右研制出验证机。

飞行方式

根据执行任务的不同，“超高飞”飞行器有两种飞行方式：

全球飞行方式是执行全球飞行或全球打击任务所采取的飞行方式。这种驾波式“超

高飞”飞行器将从3000米长的跑道上水平起飞，加速到10马赫，同时爬升到40000米的

高度，然后关闭火箭基组合发动机，依靠惯性向上滑翔飞出大气层，随后开始沿着周期性的

高超音速巡航轨迹——正弦波飞行轨迹飞行。在每个飞行周期的波谷，火箭基组合发动机将

短时重新开动，使飞行器加速并爬升，然后空气喷气发动机在大气层内只燃烧约20秒将飞

行器推入下一个惯性滑翔轨道。于是“超高飞”飞行器就这样周期地沿正弦波转变高超音

速巡航飞行，正弦波飞行轨迹最大高度为61000米，最低高度为35000-46000米。这只需要

约±8°航迹角的微小变化。一个正弦周期飞行历时2分钟。

这种正弦波周期飞行轨迹将使飞行器飞入飞出大气层，有效地增大了航程。大约飞行

2．5个周期就可飞行约1000公里。在每次“跳跃”飞行期间，航迹可能调±50公里，从

而具有良好的偏航控制能力。

两极运载火箭第一级飞行方式“超高飞”飞行器作为运载火箭可重复使用的第一级

时，它先按执行远程飞行方式进行加速与爬升，但当它接近第一个正弦“跳跃”波波峰时释

放第二级和有效载荷。第二级便点火并携带卫星或其它有效载荷进入轨道，与此同时“超高

飞”飞行器返回起飞点作常规着陆。它能把13700公斤的载荷有效地运送到500公里高处的

低地球轨道上。对于执行空间爬高飞行任务，“超高飞”的速度可以提高到12马赫。

主要用途

“超高飞”飞行器既可军用又可民用。

美国空军研究试验室科学家们经分析后支持劳伦斯·利弗莫尔实验室作出的性能估算

和方案可靠性估算。

战场管理与感知工具有“超高飞”还可作为高级侦察与武器投放平台，从而得到了美

国战略司令部的有力支持。这种飞行器在作战双方互投核弹后作为战场管理与感知工具是非

常有用的。美国战略司令部官员已建议美国国防高级研究计划局拨款支持研制“超高飞”的

验证机。

用作轰炸机“超高飞”用作轰炸机能把炸弹投到地球上任何地点并返回到原起飞点

而不需要中途加油和在国外设置前进基地。它的飞行高度高、速度快、侧向机动性好，目前

任何防空武器都无法打到它。高超音速轰炸机型的“超高飞”飞行器长度计划为61米，起

飞重量为227000公斤。当速度为10马赫时，它可携负载45000公斤，任务半径为10000

公里，能精确投掷高爆穿甲弹或动能武器；在正弦波飞行轨迹的爬升段投掷武器时，可以减

少在高超音速飞行时飞行器与武器分离时产生的气动力与气动热问题。“超高飞”能在2小

时内以10马赫的速度飞行2000公里，快速攻击远距离目标。

一个小的“超高飞”机群能完成几种军事任务，全球打击、侦察、快速到达太空和科学

研究等是最初的应用。如果世界局势紧张，可将机群分散部署到几个军用或民用机场，就象

冷战时期战略轰炸机分散部署一样。分散部署可以降低飞向太空时受到攻击的危险性。

用作运输机“超高飞”飞行器是一种大型运输机。它比其它飞机运载的有效载荷多、

飞得远和飞得快，从而使它成为一种具有吸引力的运输工具。“超高飞”能运载的有效载荷

是波音747飞机的2倍，且能达到波音747的最大航程。它能在一天之内比亚音速运输机多

运送9倍的有效载荷到12000多公里，因为它每次运载的有效载荷多，每天往返飞行的次数

多。另外，“超高飞”做再次飞行准备所需的完善基础设施比较少，而完成同样任务，亚音

速运输机（如C-5）却需要庞大的基础设施。据认为，它能在民用市场上找到直接应用，如

用作国际间的货运机。美国航空工业协会预计“超高飞”飞行器每天获得的收益是亚音速飞

机的10倍，不过使用费用是亚音速飞机的2倍，这主要是由于液氢燃料的管理和消耗造成

的。从理论上来说，一旦“超高飞”飞行器的基础设施完善了，它产生的利润将是亚音速飞

机的5倍。

关键技术

在“超高飞”飞行器达到能真正飞行阶段之前必须研究的关键技术也是大多数高超音速

飞机都需要解决的技术，主要包括高升阻比、依靠机身下部形状来控制发动机气流的机体、

防热材料、弹道制导、导弹与飞行控制系统等。“超高飞”飞行器的验证机所需的大多数技

术现在都在研究之中，有几项已列入NASA和美国防部的技术发展计划中。

技术释疑“超高飞”飞行器方案曾受到美国航空航天部门中的一些人对其技术上的

质疑，他们列举了美国国家航空航天计划（NASP）初期所遇到的一些问题。诚然，“超高

飞”飞行器是有技术风险的，但它的概念和困难与NASP的截然不同。NASP是空气喷气发

动机单级轨道飞行器，而“超高飞”实际上是可全球飞行的飞行器。作为太空运输器，它是

两级轨道飞行器的第一级。另外，“超高飞”的飞行速度为10马赫，而NASP的速度应达到

12马赫或更高。10和12马赫在气动热方面意味着有很大的差别，因为气动热量与速度的立

方根成正比。“超高飞”机体气动热低，而使其技术难度大大降低。

“超高飞”飞行器比其它高超音速飞机的气动热低，这有两个原因：一是它在大气层之

外飞行约2/3的时间，二是沿正弦波周期飞行期间，飞行器通过辐射方式散去大部分热量。

不过“超高飞”仍需要隔热，其机翼、进气道前缘和头锥的温度约为1650℃。

研制发动机选用火箭基组合发动机是因为它非常简单，把3种发动机合为一体，它能

在从起飞速度到10马赫的速度范围内工作。随着飞行速度和高度的增加，它能从低速的冲

压或喷射式火箭转换成超音速燃烧冲压喷气方式，然后再转换成纯火箭方式发动机。美国几

家公司正在研究这种组合发动机，其推重比约为20-30。

在进行全球军事打击飞行期间，发动机只以超音速燃烧冲压喷气方式工作而不以火箭方

式工作，以便节省燃烧和缓解气动热问题。而太空发射就需要进入火箭方式工作。在火箭分

离之前，重点是获得较大的升力，然后转入火箭方式工作以获得较大的加速度并高速飞离大

气层。近期飞行缩比验证机的最大问题是组合发动机的研制和完善问题。

显然，因经费问题超音速燃烧冲压喷气发动机的飞行状态试验比其它发动机试验少。目

前看来，“超高飞”方案最大的阻力是来自航空航天专家，他们偏爱纯火箭发动机，不喜欢

空气喷气发动机。他们认为火箭发动机更成熟。不过“超高飞”的支持者们说，必须考虑到

飞行器的可重复使用性后才能作出正确的比较。可重复使用的火箭目前还不成熟，空气喷气

发动机的成熟性与其差不多，但应力比纯火箭发动机的小很多。

前景预卜

据悉，制造一架尺寸为实际“超高飞”尺寸三分之二的原型机大约需要5亿美元，其中

3．5亿美元用于制造和飞行试验，1．5亿美元用于技术开发。如果经费有保证的话，则将

花3-5年时间就能制造出原型机。

美国军用型“超高飞”飞行器的前景可能取决于美国国防部对这种飞行器的态度。民用

公司可能不会研制民用“超高飞”，因为对他们来说风险还是很大的。这种技术还没有经过

验证，市场前景也不明朗，因此它必须走逐渐发展的道路，可以首先从政府计划开始，然后

再发展民用型。

全球攻击型“超高飞”飞行器技术数据

机长

65米

机宽

24米

起飞重量度

225000公斤

最大推进剂重量

156200公斤

净重

52500公斤

机体重

42717公斤

推进装置重

9783公斤

跳跃速度

3000米/秒

跳跃时过载

1．5g

滑翔距离

2000公里

有效载荷

（任务半径为1000公里时）

45000公斤

（任务半径为14000公里时）

5000公斤

（500公里低地球轨道飞行时）

13700公斤

起飞跑道长度

小于220米