高超音速飞行器呼之欲出
范韬
①“高超音速”是个专业术语，指超过5倍音速的速度。5倍音速又被称为5马赫，相当于海平面每小时6200公里或高海拔每小时5300公里的速度（在高海拔位置，气温低、空气稀薄，声音传播速度也很慢）。
②工程师们正在构想一种飞行器，它必须重量轻，能以空气为氧化剂，不需携带额外氧化剂，并且飞行方式和普通喷气飞机一样，速度可达5马赫或更高——这就是构想中的高超音速飞行器。
③飞行器在大气层以高超音速飞行，会带来诸多好处。首先，它不受现存弹道导弹条约的限制；其次，可以躲避拦截，如果目标移动，它也能随之改变轨道；第三，利用高超音速飞行器，人们飞入大气层高端位置的成本也随之下降，这项技术有助于降低军用或民用设备进入外太空的成本。
④虽然有着种种好处，这种飞行器发动机的构造却与现有客机和战斗机使用的涡扇或涡轮喷气发动机非常不同。现有飞机的速度很少能超过2马赫（2倍音速），如果超过这个速度，喷气发动机的旋转叶片就不能将进气口的空气速度减慢至亚音速，这将使喷气发动机无法正常燃烧燃料。为提升飞行器的速度，工程师设计出一种被称为冲压喷气发动机的新型发动机。冲压喷气发动机的进气口采用精心设计的形状，能将空气流在进气口处进行压缩，从而减缓空气流进入喷气发动机的速度。
⑤然而，要将飞行器在大气层里的飞行速度提高至5马赫或更高，意味着冲压喷气发动机必须利用超音速空气流来燃烧燃料。这种情况使工程师不得不面对一个大难题：让冲压发动机吸入超音速空气流，并且在超音速空气流里点燃燃料。这种情况如同在在飓风里点燃一根火柴并保持其燃烧。
⑥一个解决办法就是采取特殊的燃料喷嘴，使其能以特定的角度将燃料注入超音速空气流中。燃料导致空气流中产生微小震荡波，这种微小震荡波能将氧气和燃料充分混合；随后氧气——燃料混合物进入冲压喷气发动机燃烧室，燃烧室内更大的空气震荡波会将这种混合物点燃。此外，澳大利亚国防学院也发明了另一种冲压喷气发动机的点火方法：他们使用持续时间为几纳秒的激光脉冲来剥离燃料混合物的电子，从而在冲压喷气发动机燃烧室内产生大量的热等离子，燃料混合物被热等离子点燃。这种点火方式与汽油发动机的火花塞放电类似。
⑦最近的两次高超音速飞行器测试是由美国国家航空航天局进行的，这表明美国在这方面的研究取得了一些进展。被测试的两架飞行器全部由运输机带到空中，在空中被释放后，首先由火箭助推器进行加速，然后再启动超音速冲压喷气发动机进行飞行。无须讳言，发展高超音速飞行器将是十分困难的工作，但没有人会放弃它。
（选自《自然与科技》，有改动）
