导读：美国空军与国防高级研究计划局(DARPA)合作，探索可重复使用高超音速飞行器的概念，该飞行器可执行打击和情报、监视与侦察(ISR)任务。美国正在进行的工作可能促成未来五年内开始研发下一代响应式打击(Next Generation Responsive Strike，Next RS)原型机或演示机。

一、项目需求

2024年起，“下一代响应式打击” (Next Generation Responsive Strike，Next RS)概念开始出现在美国国防高级研究计划局(DARPA)的多个招标公告中，这些公告旨在寻求满足各种相关技术需求的方案。

DARPA在*开通会员可解锁*发布的一份合同通知指出：“DARPA航空航天项目办公室(APO)正与空军研究实验室(AFRL)和美国国家航空航天局(NASA)密切合作，开发并演示下一代响应式打击(Next RS)空中平台所需的技术。” APO设想可重复使用高超音速飞行器具备未来多任务打击/情报、监视与侦察(ISR)能力，以打击受先进防空系统保护的目标。APO正在寻求创新技术，以缩小可重复使用高超音速飞行器的最新技术水平与在未来十年启动NextRS Y型飞机设计和开发项目所需的技术成熟度水平之间的差距。

高超音速飞行器概念图

二、关键技术领域

该通知列出了APO认为对推进NextRS概念至关重要的六个技术领域：结构和材料、高速武器分离、双模推进、发电、热管理系统和高马赫涡轮发动机。

在双模推进方面，APO特别关注“能够在整个飞行包线内持续驱动涡轮基组合循环(TBCC)推进系统运行的技术”。此外DARPA认为，如果要在短期内开发高马赫燃气轮机(HMGT)，需要一个现有的核心机作为此类发动机开发项目的核心。DARPA在先进全速域发动机(AFRE)项目中已在TBCC推进系统方面开展了工作，并提出HMGT能够产生30000至38000磅连续推力的设想要求。其他预计性能规格仍处于保密状态。

实用的TBCC推进系统长期以来一直被视为超高速飞行器设计的终极目标。冲压发动机和超燃冲压发动机通常用于将吸气式飞行器推进至高超音速(通常定义为5马赫以上)，但在亚音速下无法正常工作，即使在低超音速下也难以高效运行。因此，这些发动机需要具备相当高的初始助推速度(通常由火箭发动机提供)才能启动。TBCC将冲压发动机/超燃冲压发动机与低速工作的涡喷相结合，并能够在两种模式之间无缝切换。配备TBCC推进系统的飞行器能够在现有适当长度的跑道上起飞和降落，并能以超音速甚至高超音速巡航，从而提供极大的操作灵活性。

洛克希德·马丁公司涡轮基组合循环发动机布置示意图

DARPA明确提到“允许武器、武器舱和弹射系统适应高超音速飞行并与飞行器分离飞向目标的技术”也值得讨论。任何以高超音速飞行的飞行器都会承受巨大的物理和热应力，设计一个能够在这些条件下安全打开和释放的有效载荷舱，将带来巨大的额外挑战。无论释放什么有效载荷，至少在初始阶段，都将以高超音速飞行，并且需要能够承受这些应力。NextRS平台的投入使用可能需要开发定制弹药。

还有其他合同中指出：“近期高超音速武器的发展，无论是基于超燃冲压发动机还是基于助推滑翔系统，都带来了结构概念和材料开发的复兴，这些概念和材料能够适应高超音速环境以及类似武器的生命周期和时间线。”这份通知进一步阐述了材料科学与工程的实质性要求。“热防护系统、‘热’结构和增材制造结构方面的进展伴随着这些开发工作。同样，碳-碳、灌注碳-碳或陶瓷基复合材料等复合材料的研究也随之而来。”“高超音速武器在结构和材料方面的进步是实现高超音速飞机结构的必要但非充分的一步，高超音速飞机结构需要在更长的作战时间内可重复使用，并且主要针对热负荷而非机械负荷而设计。”该通知表达了对“可重复使用、重量高效、热驱动、金属机身和蒙皮”的兴趣。

先进的耐热材料和热管理系统对于承受高超音速产生的极端温度至关重要。最新进展包括：

耐久性更高的超高温陶瓷 (UHTC)，例如比碳化锆或碳化钛等普通UHTC弹性高12倍的陶瓷碳化物

多尺度结构、多孔高熵陶瓷具有出色的机械承载能力和高隔热性能

专为高超音速应用设计的耐火合金和复合材料

航空电子设备：能够在高超音速飞行的独特环境下运行的制导、控制系统和技术，包括：

推进模式转换期间飞机集成和控制的先进算法

能够承受高超音速飞行过程中产生的强烈热量和电磁干扰的系统

先进的导航系统可管理高超音速飞行器的极限速度和潜在机动性

DARPA和美国空军为NextRS设想的平台细节(包括总体尺寸或有效载荷能力)均未在任何合同通知中提供。目前，尚无明确规定要求大型飞机具备大载荷能力。

三、相关项目技术积累

目前NextRS项目公布的细节与AFRL此前描述的Mayhem项目(也称为高超音速多任务ISR和打击)以及“高速可操作系统使能技术”(ETHOS)项目极为相似。此前Leidos公司获得的合同是计划在2021年开发一架由超音速冲压发动机驱动的Mayhem飞行器，且该飞行器也可从另一架飞机上发射。然而Mayhem项目在2024财年没有获得资金，美国空军全球打击司令部(AFGSC)将进行替代方案分析(AoA)，以完善高速打击的要求，国防部长办公室(OSD)正在继续完善可重复使用应用的跨越式能力。AFGSC曾表示，从可行性角度来看，其对于高马赫涡轮发动机更感兴趣。

有分析认为，Next RS有可能是该Mayhem计划的后续或相关计划。Mayhem于2020年首次亮相，彼时美军对可执行打击和ISR任务的可重复使用高超音速飞机进行了讨论，其中的核心是洛克希德·马丁公司的臭鼬工厂高级项目部门非常积极地推广一种名为SR-72的概念，这是该公司飞行速度可达3.2马赫的SR-71高空高速战略侦察机的继任者。2016年，洛克希德·马丁公司曾计划以不到10亿美元的价格建造一架战斗机大小的高超音速演示器。次年，臭鼬工厂负责人称其高超音速技术已“成熟”，有报道称相关设计的实际飞行测试可能会在2018年进行。但此后SR-72从洛克希德·马丁公司的网站和其他宣传材料中消失。2022年，波音公司还发布了一款新型高超音速飞机设计的效果图(如下图所示)，该设计看起来像是从“女武神”(Valkyrie)项目演变而来。该公司不愿透露该设计是否与Mayhem项目的宣传或任何其他美国政府项目相关。

SR-72设想

美国空军还公开与其他多家公司就高超音速飞机概念和相关技术展开合作，包括过去几年与Hermeus公司和Exosonic公司的合作。多年来，DARPA和NASA也对可重复使用高超音速飞行器进行了广泛的研发。Hermeus公司将其涡轮基组合循环发动机(TBCC)命名为Chimera，该公司仅用21个月就设计、建造并测试了Chimera，耗资1800万美元。初期Chimera采用相对较小的5000磅推力的通用电气J85发动机与冲压发动机串联，可达到4马赫以上的速度。而Chimera II推进系统将普惠公司推力29160磅的F100发动机与赫尔墨斯公司内部研发的冲压喷气发动机(进气口、预冷器、冲压燃烧器和旁路系统)相结合，以达到高超音速巡航速度。低速时，Chimera会进入涡轮喷气模式，但随着温度和来流速度的升高，涡轮喷气发动机的性能就会达到极限。这种情况会在2马赫左右发生。为解决TBCC发动机模态转换推力衔接难的问题，Hermeus公司为Chimera研发了预冷器，可以降低进入涡轮喷气发动机的来流温度。这使得Chimera在转换为冲压式喷气发动机之前，能够稍微提升涡轮喷气发动机的性能。当速度达到3马赫左右时，Chimera开始完全由冲压式喷气发动机接管。Hermeus公司计划在其“夸特马”Mk3的测试中将飞行速度将超过3马赫，并在飞行中展示涡轮基组合循环发动机(TBCC)从涡轮到冲压模式的转换，目前其仅在*开通会员可解锁*进行了“夸特马”Mk1的起降验证，飞行速度只是亚音速。

Chimera发动机工作过程

“夸特马”Mk1

四、未来潜力及发展

可重复使用的无人空射高超音速打击侦察机可以在各种作战场景中带来益处。这样的系统非常适合追踪时间敏感目标，或仅仅收集情报，包括在极远距离的禁区深处。从ISR的角度来看，间谍卫星的兴起或许加速了SR-71的退役，但间谍卫星可能需要很长时间才能重新分配任务，而且各国已经适应了卫星路径的可预测性。因此空射可重复使用平台可以在探测范围和时间效率方面提供额外的灵活性，拥有定制化的、实时的情报、监视和侦察(ISR)能力，能够在数小时内完成，同时最大限度地减少对手的预警。

自20世纪70年代以来，美国一直强调其攻击机的隐身性能而非速度。B-2以及B-21都采用了最小化雷达散射截面的设计，从而缩短了飞机被雷达探测到的距离。美国空军此前曾将全部家当押注于隐形攻击机，美国空军在*开通会员可解锁*表示，其B-21“突袭者”轰炸机数量不会超过100架。

“下一代响应式打击”(Next RS)或任何其他项目能否最终打造出可重复使用的高超音速打击/情报、监视与侦察(ISR)平台，目前仍有待观察。美国空军发布的详细描述该军种以及美国太空军到2050年的愿景中并未提及可重复使用的高超音速飞行器，但提到了消耗性高超音速武器。该报告也强调了日益严峻的防空威胁，包括射程可达1000英里(约1600公里)的防空导弹，这与“Next RS”项目背后的驱动力一致。

同时Next RS项目的发展前景也受限于美军的总体预算，据称美国国防部曾计划将国防部预算的约8%(约500亿美元)用于特朗普政府的新优先事项，例如“铁穹”导弹防御计划。美国空军面临的预算危机使其许多现代化优先事项无力承担，预算问题在很大程度上是由哨兵洲际弹道导弹(ICBM)项目成本的膨胀引起的，这也引发了去年对下一代空中优势(NGAD)第六代战斗机计划的深入审查，同样也影响到了协同作战飞机(CCA)无人机、隐形空中加油机和B-21隐形轰炸机机队规模等问题。

小结

美国空军内部对可重复使用的高超音速打击/ISR平台仍然有一定兴趣，其成功的关键在于克服材料科学、热管理、推进和航空电子设备方面的重大技术障碍。超高温陶瓷、涡轮基组合循环发动机以及先进控制系统方面的创新至关重要。除了军事应用之外，NextRS项目还有可能改变民用航空旅行和太空探索。

主要参考资料

[1] New Hypersonic Strike-Recon Aircraft Effort Eyeing Prototype Development By 2030

[2] NextRS: America Is Betting Big on a New Hypersonic Bomber

[3] Next Generation Responsive Strike (NextRS), a Hypersonic Bomber for the U.S.

[4] DARPA Large Hypersonic Bomber Prototype Project

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