中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心 蔡聞一 楊 旸 饒成龍 鐘欣欣

組合動(dòng)力飛行器技術(shù)軍民融合發(fā)展模式研究

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心 蔡聞一 楊 旸 饒成龍 鐘欣欣

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的快速發(fā)展，為滿足空間開(kāi)發(fā)利用及未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的軍事需求，新型航天飛行器需要具備跨空域、寬速域、高機(jī)動(dòng)飛行等能力，這也對(duì)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提出了更高的要求，包括高比沖、大推重比、動(dòng)力可調(diào)節(jié)、寬飛行包線等。但是，單一類型的動(dòng)力裝置均不能滿足以上要求，因此，多種組合發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。本文介紹了組合動(dòng)力系統(tǒng)的主要類型和工作原理，分析了國(guó)外典型組合動(dòng)力飛行器項(xiàng)目軍民融合發(fā)展的主要做法，從軍民融合角度出發(fā)，對(duì)我國(guó)組合動(dòng)力系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展提出了措施建議。

組合動(dòng)力系統(tǒng)的主要類型

高超聲速技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)航空航天技術(shù)的制高點(diǎn)，也是重要的軍民兩用技術(shù)，其發(fā)展將對(duì)未來(lái)軍事發(fā)展戰(zhàn)略制定、空間技術(shù)發(fā)展、武器體系構(gòu)建等均具有重大影響。高超聲速飛行器的飛行包線十分寬廣，飛行高度從0到40km甚至更高，飛行速度從亞聲速、跨聲速、超聲速擴(kuò)展到高超聲速。高超聲速飛行器的發(fā)展對(duì)動(dòng)力裝置的性能提出了極為苛刻的要求，其必須在寬廣的飛行包線內(nèi)穩(wěn)定、可靠地工作。但目前來(lái)看，除火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外，任何單一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)都不能滿足以上要求，而火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由于比沖較低，難以支持長(zhǎng)時(shí)間高超聲速飛行。因此，發(fā)展技術(shù)性能更為先進(jìn)的組合動(dòng)力裝置勢(shì)在必行。

一、組合動(dòng)力系統(tǒng)的基本概念

不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的飛行范圍內(nèi)性能各具優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)零速起飛直至高超聲速飛行，必須結(jié)合各類型發(fā)動(dòng)機(jī)有效工作范圍的特點(diǎn)，采用以火箭、沖壓、渦輪等發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的不同形式的組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)。組合動(dòng)力系統(tǒng)的基本原理是，將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)（兩種或以上）有機(jī)融合，將各種發(fā)動(dòng)機(jī)在不同飛行階段的優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上。組合動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)不同動(dòng)力的組合，可根據(jù)其優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)換使用，在不同的工作模態(tài)下，發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢(shì)，從而使飛行器在起飛、穿越大氣層、入軌等不同飛行階段的全速度范圍內(nèi)均能夠獲得最優(yōu)的推進(jìn)效果，實(shí)現(xiàn)飛行器跨空域、寬速域、高機(jī)動(dòng)飛行。

二、組合動(dòng)力系統(tǒng)的主要類型及工作原理

目前，典型的組合動(dòng)力系統(tǒng)主要包括火箭基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（RBCC）、渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（TBCC）、空氣渦輪火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（ATR）和復(fù)合預(yù)冷吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（SABRE）等。

（一）RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)

RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的有機(jī)結(jié)合。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是在大氣層內(nèi)實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的理想動(dòng)力系統(tǒng)，其工作原理是：飛行器飛行時(shí)迎面氣流在通過(guò)進(jìn)氣道的過(guò)程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，空氣?jīng)壓縮后進(jìn)入燃燒室與燃料混合進(jìn)行等壓燃燒，生成的高溫燃?xì)庠趪姽苤信蛎浖铀俸笈懦鰪亩a(chǎn)生推力。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)利用大氣中的氧，有較高的比沖，但不能脫離大氣層工作；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)攜帶推進(jìn)劑，可全空域工作，但比沖較低。RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)于20世紀(jì)50年代、60年代提出，可充分發(fā)揮火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比和吸氣式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)高比沖的優(yōu)勢(shì)，從地面零速起飛，可完全依靠自身實(shí)現(xiàn)全空域、全速域飛行，是未來(lái)單級(jí)入軌可重復(fù)使用天地往返飛行器的理想動(dòng)力形式之一。

（二）TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)

TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)是將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)與亞燃/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)有機(jī)組合的推進(jìn)裝置，采用變循環(huán)工作過(guò)程，可使飛行器在大氣層內(nèi)不同的飛行條件（亞聲速、超聲速、高超聲速）下均能獲得良好的推進(jìn)性能，實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行。在飛行器低速飛行時(shí)，氣流在調(diào)節(jié)閥的作用下進(jìn)入渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)，組合動(dòng)力系統(tǒng)以渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)方式工作；在飛行器高速飛行時(shí)，氣流在調(diào)節(jié)閥的作用下進(jìn)入沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)，組合動(dòng)力系統(tǒng)以亞燃/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)方式工作。TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)存在飛行速度和高度上限，無(wú)法作為單級(jí)入軌動(dòng)力使用，可以作為未來(lái)兩級(jí)入軌運(yùn)載器的第一級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)，在高速飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈方面也有較好的應(yīng)用前景。

（三）ATR發(fā)動(dòng)機(jī)

ATR發(fā)動(dòng)機(jī)將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有機(jī)融合，可以針對(duì)任務(wù)特性進(jìn)行性能設(shè)計(jì)，比沖高于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，推重比大于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。其熱力循環(huán)最重要的特點(diǎn)就在于：其渦輪流路采用分離設(shè)計(jì)，可采用獨(dú)立于空氣來(lái)流的火箭燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)方式產(chǎn)生富燃燃?xì)?，?qū)動(dòng)渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)，進(jìn)氣道來(lái)流畸變敏感性降低，系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律得以簡(jiǎn)化，對(duì)空氣來(lái)流進(jìn)行預(yù)冷卻或與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)集成為多模態(tài)后，可進(jìn)一步拓寬發(fā)動(dòng)機(jī)的工作空域和速域。ATR發(fā)動(dòng)機(jī)是未來(lái)可應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)臨近空間飛行器、遠(yuǎn)程空射武器，以及天地往返運(yùn)載器的新型吸氣式組合動(dòng)力系統(tǒng)。目前，ATR發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)研究主要集中在ATR發(fā)動(dòng)機(jī)的高推力、小型化和輕質(zhì)化等方面。

（四）SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)

SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)將液體火箭技術(shù)、帶預(yù)冷器的渦輪壓氣機(jī)技術(shù)有機(jī)融合，是一種用低溫介質(zhì)氦對(duì)來(lái)流空氣進(jìn)行深度預(yù)冷的組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，并采用超高壓比壓氣機(jī)達(dá)到更高的增壓能力，實(shí)現(xiàn)吸氣、火箭兩種模態(tài)下燃燒室組件的共用。SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)融合了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍寬、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)比沖高的性能優(yōu)勢(shì)，能夠顯著提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，降低離地到入軌過(guò)程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求，是有望應(yīng)用于未來(lái)可重復(fù)使用、水平起降、單級(jí)入軌飛行器的動(dòng)力選擇之一。

美國(guó)組合動(dòng)力研究進(jìn)展情況

美國(guó)從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始進(jìn)行組合動(dòng)力技術(shù)探索性研究，先后制定并實(shí)施了多個(gè)相關(guān)研究計(jì)劃。組合動(dòng)力系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)高超聲速天地往返的重要技術(shù)途徑，隨著多個(gè)航天計(jì)劃的實(shí)施，在關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一系列研究進(jìn)展。

一、20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)末

20世紀(jì)50年代，美國(guó)開(kāi)始進(jìn)行組合動(dòng)力系統(tǒng)概念性研究。20世紀(jì)60年代～90年代，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提出了發(fā)展下一代可重復(fù)使用運(yùn)載器（RLV）計(jì)劃。RLV計(jì)劃是一項(xiàng)綜合性的地面和飛行試驗(yàn)計(jì)劃，旨在研制可替代航天飛機(jī)和一次性使用運(yùn)載火箭的經(jīng)濟(jì)、可靠、便于操作的可重復(fù)使用航天運(yùn)載器系統(tǒng)。

在RLV計(jì)劃的支持和推動(dòng)下，美國(guó)Marquardt公司由空軍資助，對(duì)引射沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（ERJ）進(jìn)行了一系列地面試驗(yàn)，對(duì)起飛加速、跨聲速和超聲速飛行等過(guò)程開(kāi)展了研究。在航天飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)采用全火箭推進(jìn)方案后，Marquardt公司轉(zhuǎn)入了4Ma～5Ma高性能軍機(jī)用超動(dòng)力引射沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（SERJ）研究工作。ERJ和SERJ為火箭/亞燃沖壓組合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，主要目標(biāo)是解決沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法自主起飛的問(wèn)題。

20世紀(jì)60年代初，美國(guó)海軍提出了一項(xiàng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)彈（SCRAM）計(jì)劃，旨在研制一種小型艦空導(dǎo)彈，由約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室全面負(fù)責(zé)其推進(jìn)系統(tǒng)的研究工作，在雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)方面取得了顯著進(jìn)展。后來(lái)，研究人員又著手研究使用常規(guī)碳?xì)淙剂系碾p燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（DCR），在進(jìn)氣道、亞聲速燃燒室和超聲速燃燒室的結(jié)構(gòu)與匹配等方面也取得了一系列的研究成果。

以上研究成果為20世紀(jì)末RBCC研究工作的再次興起奠定了基礎(chǔ)。1986年，美國(guó)啟動(dòng)國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃（NASP），由國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）領(lǐng)導(dǎo)，國(guó)防部和NASA聯(lián)合實(shí)施。該計(jì)劃旨在研發(fā)一種單級(jí)入軌的航天運(yùn)載器，徹底改變航天運(yùn)輸方式，而相對(duì)于火箭動(dòng)力運(yùn)載器，該運(yùn)載器可大幅降低航天發(fā)射的成本，在此計(jì)劃推動(dòng)下，吸氣式高超聲速技術(shù)研究取得了顯著進(jìn)展。該計(jì)劃之后，組合動(dòng)力研究進(jìn)入快速發(fā)展階段。

二、20世紀(jì)末至21世紀(jì)初期

20世紀(jì)90年代，NASA啟動(dòng)先進(jìn)空間運(yùn)輸計(jì)劃（ASTP），旨在研究單級(jí)入軌技術(shù)，提高第三代可重復(fù)使用空間飛行器的性能，降低發(fā)射和維修費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)輸班機(jī)化。該計(jì)劃設(shè)想的第三代可重復(fù)使用運(yùn)載器Spaceliner 100擬采用RBCC動(dòng)力系統(tǒng)。在該計(jì)劃的帶動(dòng)下，掀起了RBCC組合動(dòng)力系統(tǒng)的研究熱潮，多家公司和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量研究并圍繞RBCC模型樣機(jī)研制工作展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

美國(guó)火箭達(dá)因（Rocketdyne）公司、航空噴氣（Aerojet）公司、NASA格倫研究中心等分別提出了不同的發(fā)動(dòng)機(jī)方案。其中，火箭達(dá)因公司設(shè)計(jì)了一種RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)——A5發(fā)動(dòng)機(jī)方案，并基于A5發(fā)動(dòng)機(jī)模型在通用應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（GASL/Leg5）開(kāi)展了大量試驗(yàn)。NASA格倫研究中心研制了一種以RBCC為動(dòng)力、垂直起飛、水平著陸、單級(jí)入軌的飛行器——GTX。航空噴氣公司提出了支板引射火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Strutjet）方案。NASA和美國(guó)空軍針對(duì)以上方案開(kāi)展了大量試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)速度范圍為0～8Ma，涵蓋引射模態(tài)、亞燃模態(tài)和雙模態(tài)。

21世紀(jì)初，NASA開(kāi)始實(shí)施下一代發(fā)射技術(shù)（NGLT）計(jì)劃，旨在通過(guò)開(kāi)展RBCC動(dòng)力系統(tǒng)研究，研發(fā)出能夠同時(shí)適用于火箭和吸氣式高超聲速飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)。其中，X-43B高超聲速演示器旨在演示RBCC動(dòng)力系統(tǒng)推進(jìn)模式，研究工作包線，驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。在該計(jì)劃下，航空噴氣公司以Strutjet發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了吸氣式火箭集成系統(tǒng)測(cè)試（ISTAR）發(fā)動(dòng)機(jī)。

X-43B項(xiàng)目終止后，NASA與美國(guó)空軍聯(lián)合啟動(dòng)了可重復(fù)使用組合循環(huán)飛行驗(yàn)證器計(jì)劃（RCCFD），旨在演示驗(yàn)證組合循環(huán)推進(jìn)技術(shù)，ISTAR發(fā)動(dòng)機(jī)也成為該計(jì)劃的一部分。2001年3月19日，馬歇爾空間飛行中心ASTP辦公室促成火箭動(dòng)力公司、航空噴氣公司和普拉特?惠特尼公司（普?惠公司）組成一個(gè)聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)——RBCC聯(lián)盟，資助其繼續(xù)開(kāi)展ISTAR發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作。ISTAR發(fā)動(dòng)機(jī)在Strutjet發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，加入了普?惠公司的煤油燃燒技術(shù)，逐步將RBCC技術(shù)的研究重點(diǎn)從關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)向工程化樣機(jī)轉(zhuǎn)變，并開(kāi)始進(jìn)行部件級(jí)別的詳細(xì)研究。

NASA進(jìn)行甄選后，最終選定航空噴氣公司的ISTAR發(fā)動(dòng)機(jī)作為RBCC推進(jìn)系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)條件為：從B-52轟炸機(jī)上以0.7Ma的速度發(fā)射，經(jīng)歷引射模態(tài)、沖壓模態(tài)到達(dá)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作模態(tài)（7Ma），最后滑翔降落，沖壓模態(tài)接力點(diǎn)為3.5Ma，5Ma時(shí)轉(zhuǎn)為超燃模態(tài)。NASA格倫研究中心對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。

隨后，NASA開(kāi)始實(shí)施組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)部件（CCEC）發(fā)展計(jì)劃，對(duì)采用RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直起飛、水平著陸二級(jí)入軌軍用空天飛行器Sentinel，以及采用TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)的水平起飛、水平著陸二級(jí)入軌空天飛行器Quicksat進(jìn)行了方案對(duì)比評(píng)估。相關(guān)研究成果為后續(xù)實(shí)施陸地強(qiáng)制應(yīng)用與發(fā)射預(yù)研計(jì)劃（FALCON計(jì)劃）提供了理論依據(jù)。

三、21世紀(jì)初期至今

2003年，美國(guó)空軍和DARPA開(kāi)始實(shí)施FALCON計(jì)劃，旨在研發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)全球快速到達(dá)目標(biāo)的高超聲速飛行技術(shù)。FALCON計(jì)劃的核心目標(biāo)是研發(fā)由渦輪組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的、能從普通機(jī)場(chǎng)跑道起飛的高超聲速巡航飛行器（HCV），中間成果的應(yīng)用目標(biāo)是研發(fā)從美國(guó)本土發(fā)射直接快速精確打擊全球任意目標(biāo)的武器。其中，F(xiàn)ALCON地面技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目（FaCET）旨在開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證采用可重復(fù)使用、燃用碳?xì)淙剂蟃BCC發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)能夠在幾個(gè)模式間轉(zhuǎn)換。

隨后，美國(guó)空軍在完全可重復(fù)使用進(jìn)入太空技術(shù)（FAST）預(yù)研計(jì)劃下，分別對(duì)以渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、RBCC、TBCC為動(dòng)力裝置的兩級(jí)入軌可重復(fù)使用運(yùn)載器（TSTO）飛行器，針對(duì)體積和空載質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。2008年，美國(guó)空軍委托Astrox公司對(duì)8種TSTO飛行器的構(gòu)型進(jìn)行了比較。同年，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布高超聲速技術(shù)發(fā)展路線圖，明確提出了TSTO飛行器發(fā)展預(yù)研計(jì)劃。該飛行器以可重復(fù)使用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)或TBCC發(fā)動(dòng)機(jī)為第一級(jí)動(dòng)力裝置，以可重復(fù)使用RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)為第二級(jí)動(dòng)力裝置，使美國(guó)進(jìn)入太空的能力由一次性垂直“按計(jì)劃發(fā)射”轉(zhuǎn)換為像飛機(jī)一樣的“按要求發(fā)射”。

2016年8月12日，DARPA戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室（TTO）在美國(guó)政府聯(lián)邦商機(jī)（fbo）網(wǎng)站上發(fā)布了先進(jìn)全速域發(fā)動(dòng)機(jī)（AFRE）項(xiàng)目的廣泛機(jī)構(gòu)通告（BAA）。AFRE項(xiàng)目是DARPA在2016年2月披露的一個(gè)項(xiàng)目，以未來(lái)高超聲速情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）飛機(jī)為應(yīng)用背景，旨在利用“現(xiàn)貨渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)＋寬速域雙模沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”方案，完成全尺寸TBCC模態(tài)轉(zhuǎn)換的地面集成驗(yàn)證，研究確立高超聲速飛機(jī)TBCC推進(jìn)系統(tǒng)工程化的可行性。該推進(jìn)系統(tǒng)可在0到5Ma+之間的全速域范圍實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)縫運(yùn)行，以確?？焖夙憫?yīng)的高超聲速飛機(jī)在拒止環(huán)境下完成ISR任務(wù)。DARPA在其公布的2017財(cái)年預(yù)算申請(qǐng)?zhí)岚钢袨樵擁?xiàng)目編列了900萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)，用于啟動(dòng)初步設(shè)計(jì)工作。

美國(guó)組合動(dòng)力技術(shù)軍民融合發(fā)展模式分析

通過(guò)梳理美國(guó)組合動(dòng)力技術(shù)的研究進(jìn)展，可以看出，美國(guó)的組合動(dòng)力技術(shù)研究體系相對(duì)完善，是一個(gè)層級(jí)分明、結(jié)構(gòu)完善、軍民一體的綜合體系：從頂層制定發(fā)展計(jì)劃，在廣泛合作中開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)，統(tǒng)籌資源，集中優(yōu)勢(shì)，避免重復(fù)研究和浪費(fèi)，推動(dòng)各項(xiàng)研究工作有序開(kāi)展。

一、頂層計(jì)劃，統(tǒng)籌管理，確保國(guó)家戰(zhàn)略落實(shí)

美國(guó)于20世紀(jì)50年代提出了組合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，在NASP計(jì)劃之后進(jìn)入快速發(fā)展階段。通過(guò)梳理美國(guó)組合動(dòng)力技術(shù)研究進(jìn)展，可以看出，在組合動(dòng)力技術(shù)研究方面，美國(guó)從國(guó)家層面制定研究計(jì)劃，集中各方的研究力量進(jìn)行具體實(shí)施；研究團(tuán)隊(duì)包括政府的軍用部門(mén)和民用部門(mén)、軍兵種、宇航和推進(jìn)工業(yè)的合同承包商、部分高校及研究機(jī)構(gòu)等。從頂層制定適當(dāng)?shù)难芯恳?guī)劃，合理安排研究進(jìn)度，為開(kāi)展技術(shù)研發(fā)提供強(qiáng)有力的組織保障；在研究過(guò)程中，集合國(guó)家各層面的力量，分階段開(kāi)展研究和驗(yàn)證試驗(yàn)，體現(xiàn)美國(guó)航天領(lǐng)域的整體技術(shù)水平，注重技術(shù)儲(chǔ)備，為組合動(dòng)力技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

二、加強(qiáng)合作，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，共同推進(jìn)技術(shù)發(fā)展

美國(guó)幾乎每個(gè)組合動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)都是由多家單位聯(lián)合開(kāi)展的，合作開(kāi)展研究工作的方式也是多種多樣的。美國(guó)國(guó)防部和軍兵種對(duì)NASA所研究的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行辨識(shí)后，認(rèn)為該技術(shù)有軍事應(yīng)用前景的，可與NASA簽訂合同，進(jìn)行共同開(kāi)發(fā)，對(duì)該技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用情況進(jìn)行有效驗(yàn)證，反之亦然。在每項(xiàng)具體計(jì)劃下，NASA和DARPA都會(huì)發(fā)布招標(biāo)通告，具備研究能力的商業(yè)公司以參與投標(biāo)的形式進(jìn)行招標(biāo)談判。NASA和DARPA確定中標(biāo)者（一個(gè)或多個(gè)）后，與其形成分擔(dān)費(fèi)用的政府—企業(yè)伙伴關(guān)系，簽訂一定期限的研究合同。各承研單位根據(jù)自身的優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)承擔(dān)相關(guān)研究工作。通過(guò)集合優(yōu)勢(shì)資源，加強(qiáng)各部門(mén)和單位之間的合作，可以有效地節(jié)省研究成本，共同推動(dòng)研究進(jìn)展。

三、開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)，打破壟斷，激發(fā)各方研究潛能

美國(guó)國(guó)防部在經(jīng)費(fèi)允許的范圍內(nèi)，盡可能地維持國(guó)防工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，以長(zhǎng)期、全面地保持國(guó)防工業(yè)在武器裝備研制、生產(chǎn)、保障方面的全套能力，以及多個(gè)廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)活力。各競(jìng)爭(zhēng)單位或團(tuán)隊(duì)根據(jù)美國(guó)國(guó)防部或NASA的需求提出不同的研究方案，在進(jìn)行可行性、性價(jià)比等系列評(píng)估后，國(guó)防部或NASA最終選擇最優(yōu)的一家或多家單位進(jìn)行研發(fā)。例如，NASA每年花費(fèi)近1.3億美元開(kāi)展先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)的研究工作，針對(duì)RBCC動(dòng)力系統(tǒng)和TBCC動(dòng)力系統(tǒng)，在商業(yè)公司之間開(kāi)展研制競(jìng)賽，以選擇最佳的動(dòng)力裝置。在廣泛的合作中積極開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)，可以有效打破壟斷體制，激發(fā)各研究機(jī)構(gòu)的潛能，加快推進(jìn)研究進(jìn)展。

關(guān)于我國(guó)組合動(dòng)力技術(shù)軍民融合發(fā)展途徑的思考

近年來(lái)，隨著新軍事變革的進(jìn)程不斷加快，研究具有更寬適應(yīng)范圍、更高綜合性能的新型動(dòng)力系統(tǒng)成為航天領(lǐng)域發(fā)展的必然要求，組合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)成為動(dòng)力技術(shù)研究的前沿和熱點(diǎn)。通過(guò)分析美國(guó)組合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合我國(guó)發(fā)展實(shí)際，提出以下發(fā)展建議：

一、抓住歷史機(jī)遇期，頂層謀劃發(fā)展計(jì)劃，吸納軍民優(yōu)勢(shì)技術(shù)力量和資本投入，推動(dòng)我國(guó)航天運(yùn)輸系統(tǒng)能力提升

航天運(yùn)輸系統(tǒng)作為進(jìn)入空間、利用空間的基礎(chǔ)和前提，決定著一個(gè)國(guó)家進(jìn)出空間的能力，以及未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的潛力，是開(kāi)發(fā)利用外層空間、維護(hù)國(guó)家空間權(quán)益、形成和保持空間威懾的戰(zhàn)略基礎(chǔ)。航天運(yùn)輸系統(tǒng)的能力、技術(shù)水平，以及以其為基礎(chǔ)開(kāi)展的重大航天活動(dòng)，是一個(gè)國(guó)家航天實(shí)力和水平的重要體現(xiàn)。要滿足未來(lái)高頻率、低成本的航天運(yùn)輸任務(wù)需求，需要發(fā)展準(zhǔn)備時(shí)間短、運(yùn)行成本低、飛行包線寬、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的先進(jìn)航天運(yùn)輸系統(tǒng)。組合動(dòng)力系統(tǒng)可以大大拓寬飛行器的飛行高度范圍和速度包線，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用天地往返及水平起降入軌飛行，縮短航天運(yùn)輸準(zhǔn)備時(shí)間，降低航天運(yùn)輸成本，為實(shí)現(xiàn)高頻率、低成本航天運(yùn)輸?shù)於ɑA(chǔ)。鑒于以上發(fā)展需求，以美國(guó)為代表的主要航天國(guó)家先后提出了新的空間運(yùn)輸計(jì)劃，高度重視高超聲速組合動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)工作，并取得了一定的研究進(jìn)展。

航天發(fā)展，動(dòng)力先行。在高超聲速飛行時(shí)代即將到來(lái)之際，宇宙深度探索、低成本太空旅游、高超聲速商業(yè)飛行等都為人類勾勒出了更為美好的藍(lán)圖，但同時(shí)也對(duì)未來(lái)航天動(dòng)力系統(tǒng)提出了更高的性能要求。在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略等政策深入推進(jìn)，以及新一輪科技產(chǎn)業(yè)革命呼之欲出的歷史機(jī)遇期，為滿足未來(lái)可重復(fù)使用天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展要求，有必要緊密跟蹤國(guó)外組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)的研究動(dòng)態(tài)和最新進(jìn)展，系統(tǒng)思考，明確思路，頂層謀劃航天技術(shù)未來(lái)發(fā)展，結(jié)合軍、民領(lǐng)域?qū)M合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展需求，制定相應(yīng)的研究計(jì)劃，面向社會(huì)發(fā)布項(xiàng)目方案需求通告，廣泛吸納在動(dòng)力系統(tǒng)方面具有研發(fā)優(yōu)勢(shì)的軍工企業(yè)和民營(yíng)企業(yè)，在政策和經(jīng)費(fèi)上給予支持，鼓勵(lì)民營(yíng)資本參與相關(guān)技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)資金合理利用，產(chǎn)生協(xié)同帶動(dòng)效應(yīng)，共同推動(dòng)我國(guó)組合動(dòng)力相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究取得突破。

二、充分利用現(xiàn)有科研資源，加強(qiáng)軍民合作和資源共享，建立有效機(jī)制，推進(jìn)組合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展

美國(guó)十分重視組合動(dòng)力及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究，研究層面涉及飛行器總體、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以及相關(guān)基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)等，研究單位包括政府軍用和民用部門(mén)、商業(yè)公司及科研院所等?？傮w上來(lái)說(shuō)，美國(guó)組合動(dòng)力技術(shù)研究實(shí)施的是以軍技民用、民技軍用為核心的軍民一體發(fā)展戰(zhàn)略。美國(guó)國(guó)防部和NASA從政府層面分別針對(duì)軍用和民用領(lǐng)域飛行器的發(fā)展需求，提出先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃，并充分利用高校的科研資源進(jìn)行基礎(chǔ)理論研究，同時(shí)積極吸納有強(qiáng)大研究基礎(chǔ)和技術(shù)實(shí)力的商業(yè)公司參與研究，吸收和運(yùn)用民用科技基礎(chǔ)研究成果及資源，發(fā)揮軍工企業(yè)在運(yùn)行和生產(chǎn)方面的優(yōu)勢(shì)作用，有效增強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，提高研制效率，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，加快推進(jìn)研究進(jìn)展。

近年來(lái)，在信息、制造、能源、材料等前沿科技領(lǐng)域，基礎(chǔ)及支撐技術(shù)的軍民兩用屬性日益凸顯。在國(guó)際航天領(lǐng)域加快向商業(yè)化、全球化趨勢(shì)發(fā)展的大背景下，國(guó)防科技與民用科技深度融合的空間也愈加廣闊。當(dāng)前，我國(guó)大力推行軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略，為組合動(dòng)力技術(shù)的軍民融合發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境。因此，應(yīng)積極探索開(kāi)展交流合作，創(chuàng)新合作模式，在頂層政策與計(jì)劃的牽引下，建立軍方、科研院所、高校，以及民營(yíng)企業(yè)之間的合作開(kāi)發(fā)機(jī)制，建立開(kāi)放型軍民兩用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系，充分調(diào)動(dòng)和利用各單位和部門(mén)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)技術(shù)交流和資源共享，根據(jù)項(xiàng)目研制和型號(hào)任務(wù)具體需求，組織專業(yè)隊(duì)伍開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，有效彌補(bǔ)組合動(dòng)力基礎(chǔ)研究領(lǐng)域存在的差距，共同推動(dòng)我國(guó)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究水平的提升。

三、結(jié)合實(shí)際發(fā)展需求，利用軍民領(lǐng)域已有技術(shù)基礎(chǔ)，科學(xué)制定研究方案，分階段穩(wěn)步推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證

近年來(lái)，伴隨著世界各國(guó)對(duì)空間開(kāi)發(fā)利用的逐步擴(kuò)展和深入，現(xiàn)有的航天運(yùn)輸系統(tǒng)在技術(shù)性能上已無(wú)法適應(yīng)未來(lái)“班機(jī)化”的航天運(yùn)輸應(yīng)用需求，發(fā)展技術(shù)性能更為先進(jìn)、可重復(fù)使用的航天運(yùn)輸系統(tǒng)勢(shì)在必行。發(fā)展可重復(fù)使用運(yùn)載火箭，在一定程度上可使運(yùn)載器單位有效載荷的運(yùn)載成本隨發(fā)射次數(shù)的增加而降低。美國(guó)SpaceX公司率先完成了可重復(fù)使用運(yùn)載火箭一子級(jí)的回收試驗(yàn)，開(kāi)創(chuàng)了火箭垂直著陸回收的重復(fù)使用方式，是在可重復(fù)使用航天運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域的有益探索。組合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用，可以使未來(lái)航天運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)水平起降、重復(fù)使用、低成本和高頻率運(yùn)營(yíng)，是實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)輸系統(tǒng)重復(fù)使用的一種更先進(jìn)的技術(shù)路徑，將有助于未來(lái)重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)能力的全面提升。

然而，目前各種組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)方案雖各具特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但又都存在一定的技術(shù)瓶頸或性能短板。例如，TBCC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)飛行器水平起降，發(fā)動(dòng)機(jī)比沖性能高，但飛行速域和空域受限，只能在大氣層范圍內(nèi)工作，因此，只能作為未來(lái)可重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)的一子級(jí)使用；RBCC系統(tǒng)理論上可實(shí)現(xiàn)飛行器水平起降，以及全空域、全速域飛行，而且系統(tǒng)集成度高、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但目前低速引射火箭模態(tài)推力增益較低，使得RBCC動(dòng)力飛行器零速水平起飛難度較大，成為目前制約RBCC動(dòng)力技術(shù)在天地往返領(lǐng)域應(yīng)用的重要技術(shù)難題之一。

因此，在開(kāi)展組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)方案研究的過(guò)程中，應(yīng)綜合考量任務(wù)需求、各種技術(shù)的特點(diǎn)，以及技術(shù)的發(fā)展預(yù)期等多種因素，科學(xué)合理地開(kāi)展相應(yīng)的組合動(dòng)力技術(shù)研究。例如，對(duì)于遠(yuǎn)程民用運(yùn)輸機(jī)、高超聲速客機(jī)等應(yīng)用需求，飛行器全程在大氣層內(nèi)飛行，需要具備可靠水平起降、低成本運(yùn)營(yíng)等能力，可以優(yōu)先選擇TBCC等系統(tǒng)作為飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)方案，在具備技術(shù)研究和試驗(yàn)?zāi)芰Φ拿駹I(yíng)企業(yè)和軍工企業(yè)內(nèi)廣泛征集方案，充分調(diào)研各單位已有技術(shù)基礎(chǔ)和具備的研究能力，推進(jìn)概念分析、基礎(chǔ)研究、工程方案設(shè)計(jì)和演示驗(yàn)證試驗(yàn)等各個(gè)階段的工作有序開(kāi)展。

結(jié)束語(yǔ)

人類未來(lái)航天運(yùn)輸活動(dòng)將向班機(jī)化、低成本化、高可靠性等方向發(fā)展，這將對(duì)航天動(dòng)力系統(tǒng)提出更高的技術(shù)要求。組合動(dòng)力技術(shù)是未來(lái)先進(jìn)航天動(dòng)力技術(shù)的重要發(fā)展方向，其能夠針對(duì)不同的飛行階段，采取最優(yōu)的動(dòng)力推進(jìn)方式，最大限度地發(fā)揮不同動(dòng)力的性能優(yōu)勢(shì)，大幅拓寬飛行器的飛行高度范圍和速度包線，降低航天運(yùn)輸成本，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在未來(lái)軍事、政治和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中必將發(fā)揮重要的作用。