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开发高超音速航班的挑战
本文探讨了阻碍高超音速技术发展的主要挑战，重点是热管理，推进系统和可操作性。超音速技术（定义为超过5马赫的飞行）为军事和商业航空的进步提供了重要的机会。尽管五十多年的发展和不断增长的投资，尤其是五角大楼的2025年预算要求（69亿美元）强调了高超音速技术的广泛采用仍然不完整。在超声速度下产生的极端热量需要先进的材料和冷却系统，以维持结构完整性并保护关键组件。此外，开发合适的推进系统，例如Ramjets和Scramjets，对于实现和维持高超音速速度至关重要，但是这些系统目前在效率和应用方面面临限制。最后，本文讨论了与超声飞行相关的可操作性约束和雷达检测问题，这构成了重大的操作挑战。正在进行的国际竞争，特别是与俄罗斯和中国的竞争，强调了克服这些挑战以推进高超音速技术的战略重要性。调查结果表明，尽管已经取得了重大进展，但进一步的研发对于在军事和商业环境中都充分发挥了高超音速技术的潜力至关重要。
减缓高超音速军备竞赛
技术军备竞赛很少会导致在武器开发方面做出理性、具有成本效益的决策。美国对相关陷阱有着丰富的经验，尤其是在导弹方面。例如，在 20 世纪 60 年代，美国试图对抗假定的苏联导弹防御系统，但其系统“为时过早、过度，甚至完全不合适”，因为预期的苏联防御系统从未实现（Spinardi 1994，175）。在 20 世纪 80 年代，战略防御计划旨在建立强大的国土防御系统以抵御苏联弹道导弹，但它却导致投资于一些技术，独立技术评估发现这些技术在很大程度上是推测性的，并最终因此而放弃（Bloembergen 等人 1987；Carter 1984）。
武器化和过度炒作：高超音速技术
高超音速武器主要有两种类型：高超音速巡航导弹 (HCM) 和高超音速滑翔飞行器 (HGV)。北约科学技术组织等一些机构还将高超音速“后隐形”攻击和侦察机列入其中，预计到 2030 年代问世。HCM 是现有巡航导弹的加速版，飞行高度为 20-30 千米。它们由称为超音速燃烧冲压发动机的吸气式喷气发动机推进。这些“超燃冲压发动机”在燃烧阶段之前将进入的空气压缩在一个短漏斗中，使发动机在高速下极其高效地运转。由于超燃冲压导弹直接从大气中获取必要的氧气，因此体积更小、机动性更强。相比之下，HGV 则是无推进式，依靠火箭助推滑翔技术升入高层大气。在 40-100 公里的高度释放后，它们以高超音速飞行，无需关闭动力即可打击目标。它们能够机动并在不同高度释放，这使得它们的轨迹难以预测和计算。
高超音速武器问世的含义......
50 美国致力于利用廉价的商业太空平台建造大型军用卫星群。DARPA 的 Blackjack 计划致力于在将发射到低地球轨道的商业卫星上物理添加军用有效载荷或军用软件（“无质量军用有效载荷”）。该计划将于 2021 年发射 20 颗实验卫星，如果实验成功，则将在 2022 年发射 90 颗卫星。2018 年，美国国会增加了对 Blackjack 计划的拨款，共拨款 1.25 亿美元。请参阅 MIKE WALL 的“美国军方计划在 2021 年发射廉价新型‘Blackjack’间谍卫星”，网址为 https://www.space.com/41639-darpa-cheap-spy-satellites-2021-launch.html。另请参阅 M ONICA J ACKSON“参议院委员会提议额外拨款 1.1 亿美元加速 Blackjack LEO 卫星计划”，网址为 https://www.executivegov.com/2018/06/senate-proposes-additional-110m-to-accelerate-blackjack-leo-satellite-program/。
高超音速导弹防御：国会应关注的问题
传输层 SDA 表示，PWSA 的传输层旨在将跟踪层连接到地面的拦截器和其他武器系统，将“增强包括导弹防御在内的多个任务领域”。据国防部称，SDA 已经授予传输层第 1 部分和第 2 部分的原型协议。传输层最终将由大约 300-500 颗卫星组成。SDA 申请在 2025 财年为“数据传输层、传感器功能以及备用位置、导航和计时功能”拨款 14 亿美元。拦截器 MDA 探索了消灭敌方高超音速武器的方案，包括拦截导弹、超高速射弹、定向能武器和电子攻击系统。2020 年 1 月，MDA 发布了一份高超音速防御区域滑翔相武器系统拦截器的原型提案请求草案。该计划旨在“降低拦截器关键技术和集成风险”。 2021 年 4 月，MDA 转向滑翔段拦截器 (GPI)，该拦截器将与宙斯盾武器系统集成。尽管 GPI 名义上将在 2034 财年提供高超音速导弹防御能力，但 2024 财年国防授权法案 (PL 118-31) 第 1666 节要求国防部在 2029 年 12 月 31 日之前实现该项目的初始作战能力，并在 2032 年 12 月 31 日之前实现全面作战能力。洛克希德马丁公司、诺斯罗普格鲁曼公司和雷神导弹与防御公司已获得 GPI “加速概念设计”阶段的合同。2024 年 5 月，国防部与日本签署了合作开发 GPI 的正式协议。
高超音速飞行器中氮气流凝结的检测...
最近，研究人员使用细长的静压探头在 Longshot 高超声速风洞的自由流中进行测量。他们发现，压力大于假设等熵喷嘴流获得的理论值。现在研究了喷嘴膨胀过程中流动凝结的存在，这可能是非等熵性的来源，以解释自由流静压不匹配。研究了不同的停滞温度，它们会延迟或促进流动成核。经证实，Longshot 风洞的标准操作条件没有凝结。在较低停滞温度下进行的实验成功促进了氮的凝结，静压探头可以检测到。与异质成核理论一致，已经实现了微弱的流动过饱和。证明了静压探头的精确性能及其对高超声速流动表征的实用性。