高超声速技术是空天领域的革命性技术，经过70多年的发展，各项关键技术日臻成熟，正在进入全面发展应用的新阶段，成为推动空天领域能力变革的重要技术驱动力！
　　《高超声速技术的发展变革与未来挑战》将追溯高超声速技术的起源、科学界定高超声速技术与飞行器的概念和特征，重点剖析高超声速技术发展史上里程碑项目的经验教训，全面介绍全球主要国家高超声速技术和典型项目的发展现状和未来规划，在此基础上总结高超声速技术发展的客观规律。《高超声速技术的发展变革与未来挑战》将系统分析高超声速技术未来在民商领域的应用前景，论述高速化全球运输、航班化的天地往返运输系统的发展需求和*新方案；重点解读高超声速技术在军事领域的变革效应。《高超声速技术的发展变革与未来挑战》还关注研究了高超声速装备未来发展可能面临的防御拦截挑战，以及供应链的建设挑战，初步研判了未来高超声速关键技术（气动、热防护、制导、批产和试验等）的创新发展方向。

目录
丛书序
前言
**篇 回溯总结篇
第1章 高超声速技术的起源与概念界定 3
1.1 “高超声速”的起源与技术特征/3
1.1.1 “高超声速”的起源/3
1.1.2 高超声速流动的技术特征/4
1.1.3 高超声速飞行的综合技术挑战/9
1.2 高超声速领域的概念界定/12
1.2.1 高超声速技术与飞行器的概念界定/12
1.2.2 高超声速飞行器的分类/14
1.3 本章小结/25
第2章 国外高超声速技术发展的里程碑项目 27
2.1 概念萌芽阶段(20世纪20年代至第二次世界大战时期)的典型项目/28
2.1.1 桑格尔“银鸟”方案———高超声速飞行器的“鼻祖”/29
2.1.2 冯 布劳恩A 4b滑翔飞行器方案———*架试飞的高速滑翔飞行器/33
2.2 全面探索阶段(第二次世界大战后至20世纪70年代)的典型项目/35
2.2.1 钱学森“跨洲际火箭客机”———跨时代的滑翔飞行器方案/35
2.2.2 X系列验证机“三轮”高速飞行器技术研究———开启高超声速飞行时代的先行者/38
2.2.3 NASA的“平底”“平顶”构型之争———高升阻比与热防护问题的辩证探索/45
2.2.4 高速再入体外形的技术发展———从“钝头体”到“锥形体”的技术跨越/48
2.2.5 高速升力体技术的发展———多种技术方案的“勇毅”探索/52
2.2.6 美国高级弹道再入系统计划———成就美国高超声速机动飞行技术的国家重大基础工程/68
2.2.7 超燃冲压发动机的技术研究———持续的技术探索开拓新型动力方案/76
2.3 重点攻关阶段(20世纪80年代至21世纪初)的典型项目/80
2.3.1 航天飞机项目———“折中妥协”发展出的伟大航天工程/80
2.3.2 HOTOL项目———单级入轨空天飞机方案的重要开拓者/85
2.3.3 NASP项目———因技术超前“夭折”但不“失败”的重大项目/87
2.3.4 DC X/X 33/X 34项目———美国重复使用运载器的系列化验证项目/91
2.3.5 “冷”项目———俄罗斯*次实现超燃冲压发动机飞行试验的里程碑项目/95
2.3.6 “4202项目”———俄罗斯高超战略滑翔导弹项目的先驱/98
2.3.7 军用空间飞机系统和X 37B项目———太空对抗牵引出的划时代高超声速项目/101
2.3.8 Hyper X和X 43A项目———推动吸气式高超声速技术快速发展的重大基础工程/105
2.3.9 X 51A项目———高超声速巡航飞行器的重要技术里程碑/107
2.3.10 FALCON和HTV 2项目———开启高速飞行新篇章的重大创新工程/110
2.4 全面发展阶段(21世纪第二个十年至今)/116
2.4.1 美国以通用化思路发展近、中、远高超声速武器/116
2.4.2 俄罗斯大力推动高超声速导弹的全面部署与作战运用/134
2.4.3 欧洲高超声速技术从军民两用向武器化发展转变/142
2.4.4 其他国家加快开展高超声速技术演示验证与装备立项/151
2.5 本章小结/160
第二篇 未来发展篇
第3章 高超声速技术未来在民商领域的应用变革 165
3.1 高速化全球运输的新时代/166
3.1.1 NASA对高速化全球运输的市场分析/166
3.1.2 高速化全球运输的驱动因素/168
3.1.3 高速化全球运输的典型飞行器方案/170
3.2 航班化的高超声速天地往返运输系统/172
3.2.1 高超声速天地往返运输的驱动因素/172
3.2.2 高超声速天地往返运输的典型方案/175
3.3 本章小结/179
第4章 高超声速技术未来在军事领域的应用变革 181
4.1 高超声速武器对战略威慑的影响/181
4.1.1 高超声速武器能够有效克制防御优势，有助于塑造更为平衡的战略博弈态势/182
4.1.2 高超声速武器将提供可信、灵活的战略威慑能力/184
4.2 高超声速武器的典型作战任务、应用场景与杀伤链/186
4.2.1 高超声速武器的典型作战任务/186
4.2.2 高超声速武器在A2/AD 环境中的应用设想/195
4.2.3 高超声速导弹的作战杀伤链/198
4.3 高超声速技术对未来战争的影响/200
4.3.1 高超声速技术对未来战场态势的影响/201
4.3.2 高超声速技术对未来作战体系的影响/203
4.3.3 高超声速技术对未来作战方式的影响/208
4.4 本章小结/210
第三篇 挑战变革篇
第5章 高超声速装备未来发展面临的挑战 215
5.1 高超声速装备面临的防御拦截挑战/215
5.1.1 美国高超声速防御体系的建设与发展/216
5.1.2 天基低轨预警跟踪体系对高超声速滑翔飞行器的跟踪威胁/223
5.1.3 传统动能拦截方案对滑翔飞行器的拦截威胁/224
5.1.4 未来可能面临的新质威胁方案/231
5.2 高超声速装备面临的供应挑战/234
5.2.1 高超声速装备的高成本分析/234
5.2.2 高超声速供应链的建设挑战/240
5.3 本章小结/252
第6章 高超声速技术的未来发展 253
6.1 空气动力学领域的未来发展/253
6.1.1 变构型技术研究/254
6.1.2 边界层主动控制研究/257
6.2 材料与热防护领域的未来发展/258
6.2.1 新型复合材料热结构/258
6.2.2 热电功能转换材料/260
6.2.3 既能承载承热又能传感测量的超材料/261
6.2.4 多功能热防护系统/262
6.3 制导控制领域的未来发展/264
6.3.1 人工智能技术的应用研究/265
6.3.2 高超声速导引头技术研究/274
6.4 生产制造能力的未来发展/275
6.5 试验能力的未来发展/279
6.5.1 试验能力改进方向/279
6.5.2 飞行试验能力提升项目/280
6.6 本章小结/288
第7章 结束语 290
参考文献 299

**篇 回溯总结篇
　　第1章高超声速技术的起源与概念界定
　　1949年12月，钱学森在纽约召开的美国火箭学会年会上，做了题为《火箭作为高速运载工具的前景》的报告，提出实现洲际高速客机的蓝图。钱学森说，将来可以设计出一种“火箭客机”，它的形状像一只削尖的铅笔，长约24.4m，直径约2.7m，自纽约垂直起飞后，到达洛杉矶的飞行时间将不到1h［1］。
　　钱学森身为著名的火箭专家，他关于“火箭客机”的设想引起了公众的极大兴趣。美国的《大众科学》《飞行》《纽约时报》《时代》等各大报刊，都报道了钱学森的这一设想［2］。
　　当时的人们可能很难想到，钱学森的这一伟大构想是对70余年后、今天高超声速技术发展应用的超前完美诠释（高超声速滑翔飞行器已经成功研制并开始部署）；而钱学森在高超声速空气动力学领域的研究工作，更是彻底拉开了高超声速技术研究的大幕，为高超声速学科的快速发展提供了重要的推动力。
　　今天，高超声速技术已经成为空天领域的革命性技术。为更好地展望高超声速技术的未来发展，我们有必要对高超声速技术的起源和基本概念进行系统、全面的梳理，对高超声速技术的发展规律形成科学、客观的认识，在此基础上对高超声速技术的发展变革与未来挑战做出合理、专业的研判。
　　1.1“高超声速”的起源与技术特征
　　1.1.1“高超声速”的起源
　　一般理解，高超声速飞行是指速度超过Ma=5（即声速的5倍）的飞行。但实际上，速度并不是界定高超声速飞行的唯一指标，也不能将高超声速飞行器与其他高速航天飞行器（如远程弹道导弹、运载火箭、在轨航天器）进行有效区分。
　　高超声速飞行的核心特征是能够在临近空间（20～100km）作长时间的高速飞行，并伴随有一定的机动能力。这一飞行现象背后蕴含的技术难点，并不只是如何实现极高的飞行速度，更重要的是要解决在大气空间、长时间高速飞行带来的复杂空气动力学问题和热防护问题。
　　追溯“高超声速”一词的本源，可以对“高超声速”的技术本质有更加清楚的认识。“Hypersonic”一词是从德文单词“superschall”翻译而来的（“superschall”在德文中用于描述高速飞行，用于区分战争年代描述超声速飞行的单词“überschall”），学术界*次正式发布“hypersonic”一词，是在我国“航天之父”钱学森1946年发表的论文《高超声速流的相似律》当中。该论文*次使用“hypersonic”（高超声速）这个术语来描述气体速度远远大于环境声速的流动状态。
　　“高超声速流动”问题的研究源于20世纪40年代初，火箭等尖头细长飞行体的飞行速度已大大超过声速，其周围的流场中出现强激波，原来研究此类问题的线性化方程不再适用。对此，人们不得不为研究这种高超声速流动而设计建造昂贵的高超声速风洞。钱学森和冯 卡门从基本的物理原理出发，采用量纲分析的方法，在《高超声速流的相似律》一文中提出高超声速流动的升力和阻力系数的相似律。这一成果不仅大大减少了风洞试验和数值计算的工作量，并且为高超声速飞行器的设计奠定了基础［3］。
　　前面高超声速技术的起源是要解决高超声速流动的问题，即高速空气动力学问题。进一步了解高超声速流动的技术特征，可以让我们对高超声速技术的本质有更加准确的认识。
　　1.1.2高超声速流动的技术特征
　　何为高超声速流动？作为同是表示高速飞行速度的词语，高超声速（hypersonic）与超声速（supersonic）有何区别？为什么选择Ma=5作为两种“速度”的分界线？针对这一问题，我们需要进一步认识高超声速流动的复杂空气动力学现象。
　　“super-”和“hyper-”分别来源于拉丁语和希腊语中的词根，都有“超过”之意。其中，超声速飞行是指飞行器的飞行速度超过声速，超声速流动的主要特点是流体中的各种扰动会产生“激波”，其空气动力学特性主要取决于飞行Ma。但是，当流场中的马赫数很大时，流体中一些在低马赫数时并不显著的物理现象逐渐变得越来越重要，且对空气动力学特性产生关键影响，这种情况就是“高超声速流动”。
　　高超声速流动的显著特征是由于过高的流速，激波与物体边界的距离变得极小，同时在激波与物体边界间的流动中存在着大量的黏性作用，且由于过高的温度使得流体中的基本粒子开始发生化学反应，产生新的物质。此外在足够高的速度和高度条件下，边界层（实际流体绕过物体流动时，由于流体黏性的影响，在物体表面附近，形成沿面的法向方向速度变化很快的薄层）可以十分快地增长，从而对整个流场产生重大影响。高超声速流动*直观的特点就是空气动力学现象更加复杂，如图1.1所示，主要特征可以概括总结见表1.1。
　　图1.1高超声速流的物理效应特征
　　1.小密度比和薄激波层
　　激波与物体间的流动区域称为激波层。对于一个给定的流动偏转角，穿过激波的密度增量随着马赫数的增加越来越大，激波越强，激波后气体受到的压缩（压迫）也越大，激波前后密度差异大。根据质量守恒定律，激波贴近物面，即对于高超声速流动来说，激波层将会非常薄。如果考虑高温和化学反应的影响，激波层还会进一步减小。
　　2.存在高熵层
　　高超声速飞行器大多采用钝头体，即使是细长体飞行器也设计成微钝头细长体，这是因为根据高超声速层流边界层方程的自相似解，头部驻点处的对流传热与头部*率半径的平方根成反比，将头部钝化可以减轻热载荷。
　　绕钝头细长体的高超声速流中，环绕头部的激波是高度弯*的。穿过*线激波不同位置的流线经历了不同的熵增，钝头体（流动中心线）附近的流线流经弓形激波近乎正激波的部分，会经历更大的熵增，因此在头部区域将产生一个强的熵梯度。具有强熵梯度的气体层将覆盖在物体表面上构成熵层，并伸展到头部下游相当远的距离。