浙江 2022年9月24日，印媒《歐亞時報》報道了一個新聞稱中國已經在風洞中測試了高超音速下釋放載荷的能力，表示這種技術非常適合高超音速轟炸機投彈，很多業內人士分析認為，中國在開發高超音速武器方面取得了重大進展，並且已經超過了其長期對手美國。
風洞成功測試5倍音速發射載荷？其實是分離次級！
筆者看到這個標題時也是一愣，中國的高超音速技術已經達到釋放載荷、發射導彈這種級別了嗎？本來筆者就對這類話題比較感興趣，趕緊點開來一閱，結果發現似乎不是這樣，但仔細想想，印媒說得也沒錯，確實有這個潛力。
據《歐亞時報》援引的《南華早報》報道稱，四川中國空氣動力學研究與發展中心的林錦洲領導的一個團隊表示，他們測試了一種叫做CTS（高超音速俘獲軌跡系統）的結構，其方法是使用兩個機械臂來保持和傾斜原型飛機及其貨物，允許它們在幾乎俯仰、旋轉和滾轉的方式下釋放載荷。
是不是有些眼熟？如果各位對中國高超音速技術比較關注的話，估計已經認出來這是一種次級釋放技術，準確地說是一種一級和二級的釋放技術。
這就是中國的“騰雲工程”中的一二級分離的技術，可能有朋友不是特別了解“騰雲計劃”，下面簡要地介紹一下其飛行過程：
1、騰雲工程的飛行器一級從地面機場水平起飛，在大氣層中加速爬升；
2、到達30至40公里高度、速度為7馬赫時一二級分離，一級水平着陸返回；
3、二級繼續爬升進入近地軌道，完成運輸任務後再入大氣返回着陸；
簡單地說就是母機將子機駝至高空，然後釋放子機後自行加速飛向近地軌道，而母機則返回降落，這種方式對起飛和降落基地沒有要求，發射成本相較於火箭也大幅降低，這是空天飛機一種比較容易實現的模式。
這個關鍵就是一架能加速到7倍音速的大型高超音速一級飛行器，加上一架能在高空啟動發動機後直接入軌並且能再次重返大氣層安全着陸的飛行器，而這次林錦洲領導這個試驗就是將一級和二級分離的技術。
載荷分離為什麼還要風洞測試，真有那麼難嗎？
轟炸機投彈也算是載荷分離，艙門打開，炸彈一個個丟下去不就可以了？確實就是那麼簡單，但戰鬥機在投彈後炸彈沒有向下落卻反而因為氣流把炸彈推了上來，結果把飛機撞毀了，這樣的案例還真的發生過。
這還是低速下的分離，高速下還要慘烈一些，洛克希德在1960年代時曾設計了一種叫做D-21的3倍音速無人偵察機，最早設計是由3倍音速的SR-71（黑鳥）來作為載機釋放的，因為D-21用的是RJ43-MA20S-4衝壓發動機，它需要在超音速下才能啟動。
因此洛克希德最早的計劃是由SR-71帶着D-21加速到超音速時再開啟D-21的衝壓發動機，然後兩者分離，測試了三次都比較順利，但在測試第四次時分離的D-21在超音速氣流的作用下失控撞上了SR-71的尾部，最終導致兩架飛機都墜毀了。
最終洛克希德還是和美國空軍協商，用B-52來帶到高空用助推火箭發射，但這計劃最後還是沒成功，因為這玩意兒是準備高速穿越到中蘇境內進行核爆採樣的，其中一次在越境採樣墜毀在雲南原始森林，而且還無法查清原因。後來偵察衛星成熟後，這種飛行器就失去了作用。
超音速分離時不僅有亞音速貼近機身時的氣流，從靜止氣流穿過高速氣流（投彈）再到低速氣流這個過程中壓力差很大，所以炸彈扔出去居然晃悠悠能撞到機身，目前的5代機等從機艙內發射或者投擲彈藥都會有一個投彈機構，否則這個導彈或者炸彈根本就不願意離開機艙。
而在超音速甚至高超音速條件下分離還有激波，遠不是航天飛機分離外儲箱那麼簡單（外儲箱破壞性分離），因為在空天飛機的分離中，兩者都是保證安全！
保證分離安全：必須風洞測試
超音速飛行的激波大家一定是知道的，形成原理為飛行器在大氣層中飛行時前方空氣會“避讓”從飛行器周圍流過，空氣分子會“通知”前方的分子“避讓”，但這個“通知”速度是音速，當飛機超過音速時，這些空氣分子無法及時“避讓”，會堆積在飛行器前方，形成一個壓縮的鋒面，這就是激波。
激波呈現的是一個圓錐面，與飛行器的空氣動力形狀有關，機身越尖銳、速度越高，那麼激波的圓錐也越尖，反之則圓錐的角度會大一些，飛行器在空中飛過時，其激波的圓錐會拖在飛機後方逐漸擴大，觸碰地面時被聽到就變成了音爆。
激波的能量很大，因此在高音速飛行器的進氣道中，基本都要將激波排除在外，超音速導彈進氣口的激波錐就是幹這個用的，但在空天飛機的一二級分離時，二級一定會穿過一級或者一二級形成的激波區，或者兩者的激波互相“打架”，各種複雜的渦流甚至導致亂流致使飛行器解體。
另一個則是高超音下不僅會有激波，還有激波壓縮的加熱，在高溫氣流下氣動作用會更加複雜，但究竟是如何變化，應該如何解決，只有風洞才能告訴我們。
林錦洲領導的團隊在2017年時建造了世界上第一個能夠在高超音速風洞中抵抗高溫超高速衝擊波的CTS用於高超音速下的氣動環境測試，並且升級了此前的單臂為雙臂，兩個機械臂有 12個自由度，使得測試的裕度會更大，釋放時動作也會更精準。
升級後的設備可以在風洞最高速度6馬赫的條件下模擬“卸載”二級飛行器，並由高速攝像機記錄下卸載過程中的數據以便改進氣動結構或釋放機構。其他國家目前在測試的仍然只能單體測試，無法進行組合測試，《南華早報》稱，改進後的設施在全球高超音速競賽中遙遙領先。
印媒《歐亞時報》是不是有點標題黨了？還真沒法說，因為這個機構同樣能釋放高超音速滑翔炸彈或者高超音速導彈，因為兩者的分離原理是一樣的，所以印媒強行往軍事上扯淡也可以，技術上確實沒有壁壘。
高超音速飛行器一旦實用化，那麼未來的走向就是民用和軍用，軍用就是高超音速作戰飛機，需要發射導彈或者滑翔武器，又或者直接投擲炸彈等。民用的話就是全球數小時抵達的高超音速客機，或者直接向近地軌道發射航空器，或者發展亞軌道航天器等等，無論是全球旅行還是太空旅行，成本都將大幅度降低。
中國的空天飛機：騰雲計劃
筆者可以明確地指出這個計劃的應用方向就是2016年提出的騰雲計劃，這是中國計劃在2030年前實現的二級入軌空天飛機。
此空天飛機與彼空天飛機不一樣！
說起空天飛機，估計大家一定會想起8月5日發射的“神龍”空天飛機，但這種大家都將其稱為“空天飛機”的神龍卻不是真正的空天飛機，只能被稱為航天飛機。
“神龍”和NASA的X-37B以及內華達山脈公司的“追夢者”其實是同一種類型的飛行器，三者都是用火箭發射入軌的，在近地軌道上完成任務後再返回地球，不過與飛船不一樣的是這三種飛行器可以在跑道上降落，因此它的着陸場選擇比較自由。
追夢者
這個模式與航天飛機沒有任何區別，因此只能將這三款飛行器歸類到航天飛機類別，只是體積上比航天飛機更小，使用成本和靈活性也比航天飛機更具優勢。
真正的空天飛機是怎麼樣的？
空天飛機有三個條件，水平起飛，進入繞地軌道，再返回水平着陸，能滿足這個條件的即可獲得空天飛機的資格。說起來很容易，但做起來實在是太難了，因為這種飛行器會經歷從0速度到超音速、高超音速與第一宇宙速度這種變態的速度改變。
到目前為止只有火箭發動機可以在這個要求下完成任務，但問題是火箭要攜帶氧化劑，比如氫氧燃燒的質量比達到了1:8，要是只帶液氫，那火箭重量降低幅度實在是相當的大，而空天飛機的目的就是在大氣層內先使用空氣中的氧氣，到了空氣稀薄的高空再開啟火箭發動機，以節省大量的氧化劑。
同樣沒有任何一種單一的成熟發動機可以滿足這個變態的要求，就目前而言基本都是組合模式，比如以下幾種：
渦輪基+超燃衝壓：TBCC;
火箭+超燃衝壓：RBCC;
渦輪基+火箭+超燃衝壓：TREE；
而且在這三種發動機中，只有TREE才是適合從地面到太空這種單級入軌空天飛機的，而RBCC則比較適合導彈，另一個TBCC則比較適合大氣層內的高超音速飛行，因此目前的空天飛機也形成了兩種模式：
單級入軌空天飛機；
兩級入軌空天飛機；
單級入軌的比較理想的發動機是TREE，也就是渦輪基+火箭+超燃衝壓，這幾種發動機會輪流工作，零速度下渦輪發動機啟動，空天飛機起飛並加速至5倍音速，這個過程比較關鍵，因為超燃衝壓發動機需要5倍音速才能啟動。
或者在渦輪發動機啟動到超音速後啟動亞燃衝壓推進到5倍音速再切換成超燃衝壓，確實也有亞超一體的發動機，最終將飛行器推進到30~40千米高空，達到7馬赫時由於大氣壓已經降至平原地區的1%以下，已經無法支持吸氣式飛行器工作。
因此飛行器的發動機必須切換到火箭模式，將飛行器送入近地軌道。這就是單級入軌，從30千米~200千米以上，火箭工作了大部分時間，而超燃衝壓和渦輪發動機工作了大部分時間，但卻不得不戴着它一起飛向太空，因此問題就來了，帶着這些死重是不是太浪費火箭燃料？
所以二級入軌的空天飛行器就被提出來了，就像騰雲工程的飛行器，一級飛行器的參數可是有點嚇人：
1、基本參數：機體長度為80多米，總重量高達140多噸！
2、動力系統：發動機為六台渦輪基組合循環的渦火沖組合動力發動機，
3、起飛方式：和普通飛機一樣在機場起飛，
4、最高飛行高度：最大飛行高度3萬米以上，
5、最高速度：依託於渦火沖組合動力發動機，其最高速度可達7馬赫以上
這種方式，二級飛行器分離後就是一架輕裝上陣的航天飛機，返回直接降落於機場，而一級高超音速飛行器則可以繼續返回機場執行下一趟任務，分離後的效費比要比單級入軌的空天飛行器要更有優勢，並且技術難度也更低，而且還有高超音速飛行器這個副產品，是不是很優秀？（完）
參考：
https://eurasiantimes.com/china-conducts-hypersonic-bombing-as-scientists-evaluate/
https://www.scmp.com/news/china/science/article/3193407/chinese-researchers-simulate-hypersonic-bombing-wind-tunnel?module=perpetual_scroll_0&pgtype=article&campaign=3193407
