中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 高超聲速（hypersonic）是指超過聲速5倍的飛行速度，通常表示為5馬赫及以上的速度。早在20世紀(jì)初期，美國(guó)、德國(guó)、蘇聯(lián)（俄羅斯）等國(guó)家就開始對(duì)高超聲速技術(shù)領(lǐng)域開展相關(guān)研究。錢學(xué)森（Tsien）于1946年首次提出高超聲速概念。

早期發(fā)展歷程

奧地利工程師S?nger提出了一種可重復(fù)使用、以火箭為動(dòng)力的太空飛機(jī)“銀鳥”概念（飛行速度10馬赫），并在1933年將該技術(shù)路線完善為基于液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、可水平起降、飛行速度可達(dá)13馬赫的滑翔機(jī)；1944年，S?nger又提出了一個(gè)由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的轟炸機(jī)項(xiàng)目，相關(guān)概念和構(gòu)思為后續(xù)高超聲速飛行器的發(fā)展提供了指導(dǎo)。

20世紀(jì)40年代初期，德國(guó)曾計(jì)劃建造一個(gè)用于模擬7—10馬赫的高超聲速風(fēng)洞，但后因故中止。1949年，美國(guó)通過V-2火箭首次實(shí)現(xiàn)了高超聲速飛行；1957年，美國(guó)阿諾德工程開發(fā)中心建造了一個(gè)高超聲速風(fēng)洞，并于1960年成功測(cè)試了由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）研制的火箭動(dòng)力試驗(yàn)飛行器X-15的7馬赫數(shù)飛行，這也是第一架實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的飛機(jī)。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)空軍科學(xué)顧問委員會(huì)確定了高超聲速的4個(gè)關(guān)鍵概念——導(dǎo)彈、機(jī)動(dòng)再入飛行器、快速反應(yīng)/全球飛行器系統(tǒng)和太空發(fā)射/支持系統(tǒng)；涉及的核心研究方向有空氣熱力學(xué)、推進(jìn)系統(tǒng)和燃料（碳?xì)浠衔锖鸵簯B(tài)氫）、結(jié)構(gòu)和材料等。

主要國(guó)家研發(fā)動(dòng)態(tài)

高超聲速技術(shù)具有兩用特性，可用于太空發(fā)射、航天器回收及客貨運(yùn)輸?shù)确擒娛骂I(lǐng)域，以及作為高超聲速武器被應(yīng)用到軍事領(lǐng)域。

在軍事領(lǐng)域，高超聲速技術(shù)將增強(qiáng)端到端的精準(zhǔn)打擊能力，以高超聲速發(fā)射的高機(jī)動(dòng)性武器幾乎可以躲避當(dāng)前使用的任何防御系統(tǒng)，使快速反應(yīng)和全球攻擊成為可能。高超聲速武器具備超高速、高毀傷、高突防能力等特點(diǎn)，已成為大國(guó)空天軍事競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。近年來，世界各國(guó)不斷深入探索、積極部署高超聲速技術(shù)，并已取得相應(yīng)成果。例如，美國(guó)海陸空軍都在積極研發(fā)高超聲速導(dǎo)彈，通過制定高超聲速導(dǎo)彈加速計(jì)劃，大幅增加支持和資金，以幫助開發(fā)、測(cè)試高超聲速武器，并創(chuàng)建部署該武器的部隊(duì)；俄羅斯已經(jīng)擁有“先鋒”“鋯石”“匕首”3款海陸空高超聲速武器；2020年，印度國(guó)防研究與發(fā)展組織宣布其自主研發(fā)的高超聲速技術(shù)示范飛行器試驗(yàn)成功；2023年，法國(guó)成功測(cè)試V-MaX高超聲速導(dǎo)彈，其成為歐洲首個(gè)掌握高超聲速技術(shù)的國(guó)家；中國(guó)也在積極研發(fā)部署高超聲速巡航導(dǎo)彈和高超聲速滑翔飛行器，同時(shí)注重開發(fā)具有軍事和民用應(yīng)用的長(zhǎng)程、可重復(fù)使用的高超聲速實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

高超聲速技術(shù)在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用尚不成熟，大部分研究仍處于研發(fā)或試驗(yàn)階段。例如，2018年美國(guó)波音公司推出了高超聲速客機(jī)的概念及相關(guān)技術(shù)方案；美國(guó)的Hermeus和Stratolaunch公司及澳大利亞的Hypersonix公司正在積極研發(fā)以5馬赫以上速度飛行的高超聲速無人駕駛飛機(jī)，并計(jì)劃開展相關(guān)飛行測(cè)試。英國(guó)Aerion公司正在研發(fā)全電及混合電力推進(jìn)的高超聲速民用飛機(jī)。歐盟委員會(huì)資助的StratoFly項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了一架飛行速度在4—8馬赫、低噪音的氫燃料高超聲速飛行器（StratoFly MR3）。俄羅斯正在研發(fā)一款以液態(tài)氫燃料為動(dòng)力、速度達(dá)15馬赫、可全球飛行的高超聲速貨運(yùn)無人機(jī)。中國(guó)也致力于在“臨近空間”飛行技術(shù)中取得突破，通過發(fā)布政策規(guī)劃不斷完善我國(guó)在可重復(fù)使用、天地往返飛行器，以及依托高超聲速技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本空天往返等相關(guān)領(lǐng)域研究布局。此外，以凌空天行、零壹空間等為代表的民營(yíng)航天企業(yè)，也積極圍繞空天技術(shù)需求、瞄準(zhǔn)亞軌道飛行市場(chǎng)開展相關(guān)研究、不斷向在“臨近空間”實(shí)現(xiàn)商業(yè)飛行的目標(biāo)靠近。

本文通過重點(diǎn)梳理美國(guó)、俄羅斯等主要國(guó)家在高超聲速領(lǐng)域的重要研究部署和進(jìn)展，并通過文獻(xiàn)計(jì)量方法挖掘當(dāng)前各國(guó)/地區(qū)研發(fā)格局，以期為我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域的政策制定、未來發(fā)展規(guī)劃、研發(fā)布局等提供參考。

關(guān)鍵研究進(jìn)展

高超聲速技術(shù)的應(yīng)用主要涉及高超聲速航行的飛行器，具體包括巡航導(dǎo)彈和軍用飛機(jī)、高超聲速客機(jī)，以及能水平起降的可重復(fù)使用空天飛機(jī)等。高超聲速技術(shù)的研發(fā)主要集中在軍事領(lǐng)域的高超聲速武器，如彈道導(dǎo)彈、高超聲速滑翔飛行器、高超聲速巡航導(dǎo)彈等。

基于Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫對(duì)高超聲速技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)文情況進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析可以發(fā)現(xiàn)，1946年該領(lǐng)域首次有相關(guān)論文發(fā)表，是錢學(xué)森發(fā)表在《數(shù)學(xué)與物理雜志》上的文章《論高超聲速流的相似律》，首次給出了高超聲速概念；1956—1990年該技術(shù)一直處于緩慢發(fā)展階段；自1991年起，該領(lǐng)域開始出現(xiàn)快速、穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)（圖1，相關(guān)檢索策略見附錄1）。

圖2是VOSviewer構(gòu)建的1946—2023年高超聲速技術(shù)主題圖譜，共形成了6個(gè)關(guān)鍵詞聚類。動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)（綠色部分），包含超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、聯(lián)合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油噴射、湍流燃燒等內(nèi)容。制導(dǎo)與控制技術(shù)（藍(lán)色部分），包含滑動(dòng)模式控制、自適應(yīng)（模糊）控制、軌跡優(yōu)化、容錯(cuò)控制、再入制導(dǎo)等內(nèi)容。新型材料和熱防護(hù)技術(shù)（黃色部分），包含熱防護(hù)系統(tǒng)、機(jī)械性能、碳-碳化合物、陶瓷基復(fù)合材料、二硼化硅碳化物等內(nèi)容。高超聲速風(fēng)洞（淺藍(lán)色部分），包含高超聲速邊界層、流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、隧道等內(nèi)容。 空氣動(dòng)力學(xué)（紫色部分），包含空氣動(dòng)力學(xué)、湍流、納維-斯托克斯方程、數(shù)值模擬、高超聲速流動(dòng)等內(nèi)容。高超聲速防御系統(tǒng)（紅色部分），包含大氣再入、等離子鞘、通信、雷達(dá)監(jiān)測(cè)、核武器等內(nèi)容。

綜合上述計(jì)量結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，考慮到高超聲速風(fēng)洞的研制是為模擬高超聲速飛行過程中的空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)環(huán)境，以服務(wù)高超聲速飛行器氣動(dòng)特性研究。因此本文將高超聲速技術(shù)領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容歸納為動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)、制導(dǎo)與控制技術(shù)、新型材料和熱防護(hù)技術(shù)、高超聲速風(fēng)洞、高超聲速防御系統(tǒng)等5個(gè)方面，并在后文對(duì)這5方面內(nèi)容進(jìn)行綜述。

動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)

代表性動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)。包括火箭動(dòng)力技術(shù)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，以及預(yù)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)、爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、磁流體發(fā)動(dòng)機(jī)等新型動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)。火箭動(dòng)力技術(shù)是發(fā)展最早、應(yīng)用最多的動(dòng)力技術(shù)，但火箭動(dòng)力的不可復(fù)用性會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行成本過高的問題，因此開發(fā)可復(fù)用的火箭運(yùn)載技術(shù)，以及固體燃料是主要發(fā)展方向。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是高超聲速飛行器最理想的動(dòng)力之一。中國(guó)在2020年成功研制世界首臺(tái)航空煤油再生冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，是繼美國(guó)之后第二個(gè)將超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)用于高超聲速飛行器并完成了自主飛行試驗(yàn)的國(guó)家。另一種具備潛力的推進(jìn)技術(shù)是駐定斜爆震（SOD）發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了斜爆轟來取代超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器中以擴(kuò)散為主的燃燒，具有功率密度高、燃燒室長(zhǎng)度短、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

組合發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。單一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)難以滿足高超聲速飛行器在大空域、寬速域、高性能飛行的需求，組合發(fā)動(dòng)機(jī)具備綜合性能高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，也是高超聲速飛行器理想的動(dòng)力裝置之一。常見的組合動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)有：火箭基組合循環(huán)動(dòng)力（RBCC）、渦輪基組合循環(huán)動(dòng)力（TBCC）、空氣渦輪火箭組合發(fā)動(dòng)機(jī)（ATR）等。RBCC。美國(guó)代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)有Strutjet發(fā)動(dòng)機(jī)、A5發(fā)動(dòng)機(jī)、GTX RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)等。2022年，我國(guó)研制的“飛天一號(hào)”發(fā)射成功，首次驗(yàn)證了采用煤油燃料的RBCC在火箭/亞燃、亞燃、超燃、火箭/超燃等多模態(tài)中平穩(wěn)過渡的能力。TBCC。由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和亞/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組成，在0—3馬赫范圍內(nèi)具有高比沖的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)有RTA渦輪加速器、FRE發(fā)動(dòng)機(jī)、獵鷹聯(lián)合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（FaCET）、“三噴氣”組合循環(huán)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)；歐盟代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)有彎刀（Scimitar）發(fā)動(dòng)機(jī)、“佩刀”（Sabre）發(fā)動(dòng)機(jī)。我國(guó)研發(fā)了渦輪輔助火箭增強(qiáng)沖壓組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（TRRE），現(xiàn)已完成了該發(fā)動(dòng)機(jī)原理樣機(jī)的部件以及整機(jī)過渡態(tài)和穩(wěn)態(tài)直連式驗(yàn)證。ATR，可以采用多種燃料體系、可使飛行器在跑道上水平起降。美國(guó)和日本在該領(lǐng)域開展了重點(diǎn)研究，多次進(jìn)行試車研究和相關(guān)論證工作；中國(guó)也在該領(lǐng)域積極開展相關(guān)研究，但尚未有ATR發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)對(duì)比研究發(fā)布。

制導(dǎo)與控制技術(shù)

與傳統(tǒng)飛行器相比，高超聲速飛行器面臨飛行環(huán)境更復(fù)雜、飛行包線跨域大、氣動(dòng)特性的變化認(rèn)識(shí)有限等問題，對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更為嚴(yán)苛的要求，因此高超聲速控制是飛行器控制的前沿問題。Li等基于結(jié)構(gòu)化奇異值理論的控制方法，設(shè)計(jì)了可用于高超聲速飛行器的控制器，并在模擬實(shí)驗(yàn)中成功證明了該控制器具有出色的命令軌道性能。飛行馬赫數(shù)控制是高超聲速巡航飛行器重要的控制任務(wù)之一。Zhu等設(shè)計(jì)了一種基于吸氣式高超聲速巡航飛行器的魯棒馬赫數(shù)控制器，并通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制器在馬赫數(shù)控制系統(tǒng)方面的良好性能。Wang等考慮了與超聲速燃燒沖壓測(cè)試相關(guān)的高超聲速飛行器姿態(tài)建立和線性控制概念等關(guān)鍵問題，提出了一種無人高超聲速測(cè)試飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中魯棒控制器采用混合靈敏度方法設(shè)計(jì)。

高超聲速飛行時(shí)，飛行器周圍的高動(dòng)態(tài)等離子體鞘層會(huì)降低通信質(zhì)量。隨著飛行參數(shù)的變化，等離子體鞘對(duì)電磁波的衰減效應(yīng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)減弱，進(jìn)而產(chǎn)生“通信窗口”，但該窗口出現(xiàn)所需的參數(shù)隨機(jī)。對(duì)此，Zhang等提出了一個(gè)短幀噴泉代碼（SFFC），成功構(gòu)建了一個(gè)時(shí)變等離子體護(hù)套通道模型，并通過模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了SFFC提高通過等離子鞘進(jìn)行通信的可靠性。2022年，中國(guó)成功研制出一款名為“臨近空間高速目標(biāo)等離子體電磁科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究裝置”，解決了等離子鞘套（黑障）下通信的難題。隨著該成果在高超聲速武器和飛行器中的應(yīng)用，將大幅提高指揮控制和末端機(jī)動(dòng)的精度和效率。

高超聲速飛行器的容錯(cuò)控制是需要研究的關(guān)鍵問題。Lu等為執(zhí)行器故障問題設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)大的容錯(cuò)H∞靜態(tài)反饋控制器。Wang等為吸氣式高超聲速飛行器的執(zhí)行器障礙提出了一種基于實(shí)際有限時(shí)間活動(dòng)模塊方法的自適應(yīng)容錯(cuò)控制策略，該策略的有效性通過模擬試驗(yàn)得到了驗(yàn)證。Ji等基于時(shí)變滑動(dòng)模式方法，為執(zhí)行器發(fā)生故障的高超聲速飛行器設(shè)計(jì)了一種姿態(tài)控制器。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，發(fā)現(xiàn)當(dāng)特定通道的執(zhí)行器完全卡住時(shí)高超聲速飛行器仍然可以沿著參考軌跡飛行。

開發(fā)在線、實(shí)時(shí)的軌跡優(yōu)化算法對(duì)于高超聲速飛行器進(jìn)入制導(dǎo)算法至關(guān)重要，近年來基于人工智能（AI）的制導(dǎo)算法在航空航天領(lǐng)域備受關(guān)注。2022年12月，美國(guó)亞利桑那大學(xué)教授羅伯托·弗法羅獲得了應(yīng)用高超聲速大學(xué)聯(lián)盟贊助的450萬美元獎(jiǎng)勵(lì)，用于開發(fā)基于AI驅(qū)動(dòng)的高超聲速自動(dòng)駕駛飛行器的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)。

新型材料和熱防護(hù)技術(shù)

高超聲速飛行器要能應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)峻的熱環(huán)境，即長(zhǎng)時(shí)間加熱的情況下飛行器表面不燒蝕，以及飛行器外形結(jié)構(gòu)不變形。

在高超聲速飛行器新型材料研究過程中，有機(jī)復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料一直是研究的重點(diǎn)。超高溫陶瓷（UHTC）是指IV族和V族過渡金屬碳化物、氮化物和硼化物，UHTC被認(rèn)為是適合制造或保護(hù)置于如高溫核反應(yīng)堆、高超聲速飛行等極端操作環(huán)境下的部件材料。2018年，英國(guó)倫敦大學(xué)科學(xué)家成功制備了一種高熵超高溫陶瓷碳化物。2022年10月，美國(guó)杜克大學(xué)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種可調(diào)節(jié)等離子體特性的高熵過渡金屬碳化物（PHECs），其硬度足以攪拌鋼水，并且可以承受7000℉以上的溫度。2024年，華南理工大學(xué)科學(xué)家成功制備了一種具備超強(qiáng)機(jī)械承重力和高隔熱性能的多孔高熵二硼化物陶瓷，該材料可承受最高達(dá)2000℃高溫，室溫下可承受337 MPa、2000℃下可承受690 MPa的超高抗壓強(qiáng)度。此外，二硼化鋯、二硼化鉿等耐火二硼化物復(fù)合材料，碳酚醛、石墨等碳基復(fù)合材料，以及碳化硅、碳化硼等碳/碳復(fù)合材料也被證明是最具潛力的超高溫材料。

熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）從防護(hù)概念上可分為被動(dòng)TPS、主動(dòng)TPS和半被/主動(dòng)TPS。被動(dòng)TPS，多選擇碳/碳基、陶瓷基、金屬基等復(fù)合材料；主動(dòng)TPS，多選用金屬材料；半被/主動(dòng)TPS，包括熱管和消融器、需根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇不同類型的材料，熱管選擇耐高溫金屬熱管、碳/碳或陶瓷基復(fù)合材料，消融器多選用燒蝕材料。

長(zhǎng)時(shí)間飛行的高超聲速飛行器將促使典型服役溫度和總價(jià)熱量遠(yuǎn)超現(xiàn)有飛行器，但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段難以滿足急劇增加熱載荷要求。一方面，多物理防熱、薄層輕質(zhì)、隱身、可重復(fù)使用等多功能耦合的防熱材料設(shè)計(jì)是未來研究的重點(diǎn)；另一方面，半主動(dòng)、半主動(dòng)/主動(dòng)、主動(dòng)等多機(jī)制耦合熱防護(hù)技術(shù)將成為主要發(fā)展方向。

高超聲速風(fēng)洞

高超聲速風(fēng)洞通過產(chǎn)生高超聲速流場(chǎng)，從而模擬該流態(tài)的典型流動(dòng)特征——包括停滯區(qū)流場(chǎng)、壓縮激波和高速邊界層轉(zhuǎn)換、熵層和黏性相互作用區(qū)，以及高溫等。高超聲速風(fēng)洞可以模擬高空、高速飛行的環(huán)境和條件，以分析彈道導(dǎo)彈、高超聲速飛行器、太空發(fā)射器等在高超聲速飛行時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，是高超聲速技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)研究的關(guān)鍵試驗(yàn)裝置。

高超聲速風(fēng)洞研究的關(guān)鍵問題在于如何加熱試驗(yàn)氣體以模擬高超聲速飛行條件下的氣流總溫、氣體流動(dòng)速度，以及克服尺寸效應(yīng)獲得足夠大的流場(chǎng)。高超聲速風(fēng)洞按照驅(qū)動(dòng)方式可以分為直接加熱驅(qū)動(dòng)、加熱輕氣體驅(qū)動(dòng)、自由活塞驅(qū)動(dòng)，以及爆轟驅(qū)動(dòng)4類。2023年，中國(guó)成功研制了可以模擬高達(dá)30馬赫高超聲速飛行環(huán)境的“爆轟驅(qū)動(dòng)超高速高焓激波風(fēng)洞”（JF-22超高速風(fēng)洞），標(biāo)志著中國(guó)高超聲速技術(shù)邁上新臺(tái)階。

高超聲速防御系統(tǒng)

高超聲速武器的飛行范圍十分廣泛，具備高空偵察、高速突防、遠(yuǎn)程精確打擊等能力；因?yàn)槠滹w行速度很快，對(duì)防御方防御系統(tǒng)的快速反應(yīng)和快速?zèng)Q策提出了更高要求。現(xiàn)有防空反導(dǎo)系統(tǒng)很難精確識(shí)別以高超聲速飛行的飛行器，因此對(duì)高超聲速飛行器進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)、及時(shí)檢測(cè)和識(shí)別觀察、連續(xù)跟蹤等研究，對(duì)未來航空航天防御體系具有重要意義。

已有研究集中于打造海陸空天一體化的多方位、多手段的監(jiān)測(cè)體系；同時(shí)聚焦于末端攔截技術(shù)、開發(fā)新型攔截彈，以及選取高能激光武器和電子干擾技術(shù)作為備選。張俊彪等提出了一種基于集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和注意力長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的高超聲速滑翔飛行器（HGV）軌跡智能預(yù)測(cè)方法，能有效預(yù)測(cè)HGV的機(jī)動(dòng)軌跡。Yuan等提出了一種基于高光譜特征的高超聲速目標(biāo)飛行狀態(tài)精準(zhǔn)識(shí)別的無監(jiān)督分類算法，可以在臨近空間發(fā)現(xiàn)鎖定高超聲速飛行器。Liu等基于攔截器和高超聲速飛行器的不同機(jī)動(dòng)配置，建立了3個(gè)攔截場(chǎng)景以研究3個(gè)攔截場(chǎng)景中每個(gè)因素對(duì)攔截性能的影響。

全球高超聲速技術(shù)研發(fā)格局

主要發(fā)文國(guó)家分析

圖3呈現(xiàn)了高超聲速技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量排名前10位的國(guó)家歷年論文發(fā)表情況（統(tǒng)計(jì)時(shí)間1991—2023年）。中國(guó)和美國(guó)是最主要的發(fā)文國(guó)家，初期（2006年之前）美國(guó)具有顯著優(yōu)勢(shì)；自從2006年中國(guó)發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將大型飛機(jī)重大專項(xiàng)、高超聲速飛行器科技工程確定為16個(gè)重大科技專項(xiàng)，以及2007年國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議批準(zhǔn)大型飛機(jī)研制重大科技專項(xiàng)正式立項(xiàng)之后，中國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)文量開始快速增長(zhǎng)，并于2010年首次超過美國(guó)，至今一直處于領(lǐng)先地位。

美國(guó)。當(dāng)前，美國(guó)認(rèn)為其在高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)方面已經(jīng)處于落后地位，對(duì)此美國(guó)國(guó)防部（DOD）將高超聲速技術(shù)與武器的發(fā)展提升到?jīng)Q定勝敗的戰(zhàn)略高度，并不斷發(fā)布戰(zhàn)略規(guī)劃以指導(dǎo)、推進(jìn)高超聲速技術(shù)發(fā)展。2021年，為應(yīng)對(duì)高超聲速武器系統(tǒng)等高端系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)，DOD圍繞進(jìn)攻性高超聲速能力、開發(fā)和部署用于防御高超聲速系統(tǒng)的分層系統(tǒng)、可重復(fù)使用的高超聲速系統(tǒng)等3個(gè)研究方向，制定了1項(xiàng)綜合戰(zhàn)略。2022年2月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布的更新版“關(guān)鍵和新興技術(shù)清單”中，將高超聲速技術(shù)列為關(guān)鍵和新興技術(shù)；4月，美國(guó)蘭德公司發(fā)布的《破壞威懾：21世紀(jì)戰(zhàn)略威懾技術(shù)的影響研究》報(bào)告中將高超聲速武器列為八大技術(shù)之一；10月，美國(guó)發(fā)布《國(guó)防戰(zhàn)略》和《導(dǎo)彈防御評(píng)估報(bào)告》報(bào)告強(qiáng)調(diào)，將繼續(xù)發(fā)展主動(dòng)和被動(dòng)結(jié)合的防御系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)高超聲速導(dǎo)彈威脅，以及研發(fā)能識(shí)別跟蹤所有高超聲速威脅的感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)DOD 2024財(cái)年預(yù)算請(qǐng)求，將申請(qǐng)298億美元用于加強(qiáng)導(dǎo)彈擊落和防御，涉及網(wǎng)絡(luò)行動(dòng)和高超聲速打擊能力的技術(shù)和演示等內(nèi)容；110億美元用于提供各種高殺傷力的精確武器，包括開發(fā)、測(cè)試和采購(gòu)高超聲速武器。此外，美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)了2.25億美元的額外資金，計(jì)劃在2040年底之前部署“不少于24個(gè)”滑翔階段攔截器。美國(guó)正在研制多種高超聲速武器，包括以火箭驅(qū)動(dòng)的“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔”導(dǎo)彈（TBG）、高超聲速巡航導(dǎo)彈（HAWC）、高超聲速空射巡航導(dǎo)彈（HALO），并通過“高超聲速和高節(jié)奏機(jī)載試驗(yàn)?zāi)芰Α保℉yCAT）項(xiàng)目構(gòu)建高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)；同時(shí)不斷加快高超聲速飛機(jī)的研究，如發(fā)布“女武神”高超聲速無人機(jī)模型設(shè)計(jì)圖、“觀星者”高超聲速飛機(jī)概念圖、完成了“夸特馬”（Quarterhorse）高超聲速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的地面試驗(yàn)等。

俄羅斯。此前俄羅斯在高超聲速領(lǐng)域的相關(guān)工作一直處于秘密研發(fā)狀態(tài)，2018年開始才有相關(guān)研究成果公布。俄羅斯是世界上第一個(gè)生產(chǎn)和列裝高超聲速巡航導(dǎo)彈的國(guó)家，目前主要研制了3種高超聲速導(dǎo)彈——“先鋒”高超聲速洲際彈道導(dǎo)彈、“鋯石”巡航導(dǎo)彈和“匕首”高超聲速空射彈道導(dǎo)彈，且均正式服役。為確保空天優(yōu)勢(shì)，俄羅斯國(guó)防部，一方面持續(xù)推進(jìn)高超聲速導(dǎo)彈項(xiàng)目建設(shè)，X-95新型遠(yuǎn)程高超聲速導(dǎo)彈的研發(fā)已取得極大進(jìn)展，并將該導(dǎo)彈列入遠(yuǎn)程航空打擊系統(tǒng)裝備，“小精靈”高超聲速空射導(dǎo)彈、“銳利”機(jī)載小型高超聲速導(dǎo)彈、“蛇紋石”反艦彈道導(dǎo)彈、“KH-95”遠(yuǎn)程高超聲速空射戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈等處于開發(fā)測(cè)試階段。另一方面不斷加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有高超聲速打擊體系的完善和發(fā)展，持續(xù)推出新的核潛艇，如研制可攜帶高超聲速武器的“未來遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)”、對(duì)可發(fā)射“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈的“阿庫拉”“奧斯卡”級(jí)核潛艇進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)改裝等。俄羅斯持續(xù)推進(jìn)新一代空天聯(lián)合防御系統(tǒng)試驗(yàn)與部署，S-500、S-550等反衛(wèi)星、反高超聲速系統(tǒng)取得重大進(jìn)展。此外，俄羅斯還在積極研發(fā)高超聲速阻擊步槍子彈，已開始測(cè)試速度最終能達(dá)到1500米/秒以上的高超聲速狙擊彈。

中國(guó)。中國(guó)在高超聲速領(lǐng)域的研究起步較晚，隨著相關(guān)政策規(guī)劃的發(fā)布不斷推進(jìn)高超聲速技術(shù)的發(fā)展，基本解決或初步解決高超聲速飛行器研究過程中的相關(guān)技術(shù)難題。國(guó)內(nèi)制造和部署高超聲速飛行器的能力正在迅速發(fā)展，相關(guān)高超聲速研發(fā)成果有DF-5洲際彈道導(dǎo)彈、DF-17高超聲速?gòu)椀缹?dǎo)彈、“星空-2”乘波體高超聲速飛行器、“鷹擊-21”高超聲速反艦導(dǎo)彈等。

澳大利亞、日本、德國(guó)、以色列、韓國(guó)等。紛紛制定了政策規(guī)劃、積極探索高超聲速領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

主要資助機(jī)構(gòu)

圖4是高超聲速技術(shù)主要資助機(jī)構(gòu)論文數(shù)及影響力（影響力用資助論文的篇均被引頻次來體現(xiàn)）。

從論文數(shù)來看，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（NSFC）是該領(lǐng)域的最大資助機(jī)構(gòu)——NSFC資助產(chǎn)出論文共2803篇，占前20位資助機(jī)構(gòu)總論文數(shù)的48.7%。基于國(guó)家空天安全的重大需求，NSFC分別于2002年和2007年啟動(dòng)了與空天飛行器相關(guān)的重大研究計(jì)劃，以引導(dǎo)中國(guó)在高超聲速技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作，此后通過重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年科學(xué)基金等不斷加大對(duì)該領(lǐng)域相關(guān)研究的支持力度。

從影響力來看，英國(guó)的2個(gè)機(jī)構(gòu)影響力排名前2位，分別為英國(guó)研究與創(chuàng)新署（UKRI，影響力25.28）、英國(guó)工程和物理科學(xué)研究理事會(huì)（EPSRC，影響力25.99）。UKRI包含EPSRC在內(nèi)的9個(gè)研究組織；EPSRC共設(shè)立了9個(gè)資助行業(yè)組（sector grouping），當(dāng)前（數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間截至2024年5月31日）資助中的航空航天、國(guó)防和海洋領(lǐng)域項(xiàng)目共198個(gè)項(xiàng)目、資助金額近5.2億英鎊。根據(jù)UKRI 2022—2025年基礎(chǔ)設(shè)施基金項(xiàng)目，UKRI計(jì)劃8年內(nèi)投入5200萬英鎊用于國(guó)家風(fēng)洞基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（NWTF+）。此外，英國(guó)國(guó)防部2023年更新的《國(guó)防科學(xué)與技術(shù)投資組合》表示將至少投資66億英鎊用于國(guó)防科學(xué)研究項(xiàng)目，其中第17個(gè)項(xiàng)目是研究和開發(fā)未來高超聲速概念和技術(shù)。

資助發(fā)文量排名前20位的資助機(jī)構(gòu)中美國(guó)有6家，自DOD啟動(dòng)“國(guó)家航空航天倡議”（NAI）后，一直積極與美國(guó)能源部、NASA及各高校就開發(fā)高超聲速武器和技術(shù)開展合作。美國(guó)對(duì)高超聲速技術(shù)的經(jīng)費(fèi)投入一直呈上升狀態(tài)——2023年美軍高超聲速技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)達(dá)51.26億美元，2024年高超聲速技術(shù)預(yù)算經(jīng)費(fèi)為50.49億美元。

討論與展望

高超聲速技術(shù)在軍事上的強(qiáng)突防、強(qiáng)偵察及遠(yuǎn)程精確打擊，以及民用上的可大幅縮減洲際商務(wù)飛行時(shí)間、具備太空旅行等能力，被很多國(guó)家視為未來軍事科技、民用航空領(lǐng)域的新制高點(diǎn)，以及未來大國(guó)博弈的重要工具，具有可能重新定義戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)則的重大意義。世界各國(guó)不斷加大在該領(lǐng)域的研發(fā)力度，紛紛出臺(tái)相關(guān)政策規(guī)劃以促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。對(duì)此，提出我國(guó)未來在高超聲速技術(shù)領(lǐng)域的3點(diǎn)建議。

注重相關(guān)政策、規(guī)劃制定，以及對(duì)重點(diǎn)資助的技術(shù)方向和資助方式的延續(xù)性。以美國(guó)為例，美國(guó)是較早在該領(lǐng)域發(fā)展的國(guó)家之一，由于相關(guān)政策規(guī)劃的不斷調(diào)整，使得其在該領(lǐng)域的發(fā)展循環(huán)往復(fù)。因此，建議通過發(fā)布相關(guān)政策規(guī)劃，明確我國(guó)在高超聲速技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展事項(xiàng)；同時(shí)依托國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)，以及設(shè)立聯(lián)合基金項(xiàng)目等方式，確保高超聲速領(lǐng)域研究獲得持續(xù)的經(jīng)費(fèi)投入。

在5個(gè)方面完善高超聲速技術(shù)布局。動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)、制導(dǎo)與控制技術(shù)、新型材料和熱防護(hù)技術(shù)等是高超聲速領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向，因此可以通過設(shè)立重大科技任務(wù)的方式促進(jìn)上述相關(guān)研究的發(fā)展，以克服高速推進(jìn)系統(tǒng)、可重復(fù)利用技術(shù)、極端高溫、材料性能等部署高超聲速武器面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。加快建設(shè)針對(duì)不斷增強(qiáng)高超聲速武器的防御系統(tǒng)，裝備更具靈活性、高生存能力和低成本的高超聲速防御系統(tǒng)和太空傳感器是需要關(guān)注的重點(diǎn)方向。世界主要國(guó)家也正積極開展高超聲速武器防御系統(tǒng)的研發(fā)。例如，2022年俄羅斯成功試射了新型導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在航空航天部隊(duì)服役，旨在防御高超聲速武器等空中和太空攻擊；美國(guó)也將優(yōu)先考慮建立防御架構(gòu)，以對(duì)抗來自對(duì)手的高超聲速武器。注重高超聲速地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)，依托不斷更新升級(jí)的地面試驗(yàn)設(shè)施和飛行試驗(yàn)平臺(tái)的能力，構(gòu)建我國(guó)高超聲速技術(shù)發(fā)展生態(tài)。以高超聲速飛行的飛機(jī)可以在地球上形成一個(gè)新的商業(yè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸市場(chǎng)。建議我國(guó)加快探索高超聲速技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用、研發(fā)可重復(fù)使用高超聲速飛行器、實(shí)現(xiàn)相關(guān)核心技術(shù)和供應(yīng)鏈自主可控。目前，還沒有關(guān)于使用高超聲速武器的多邊或雙邊條約，因此在聯(lián)合防空和導(dǎo)彈防御等方面達(dá)成相關(guān)國(guó)際協(xié)議也是未來需要關(guān)注的重點(diǎn)。

加速相關(guān)研究成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化。我國(guó)在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、高超聲速風(fēng)洞、制導(dǎo)與控制技術(shù)等方面不斷取得突破，在新型耐高溫材料研發(fā)等方面也有了豐富的研究成果。未來還需采取如設(shè)立成果轉(zhuǎn)化基金、鼓勵(lì)研發(fā)機(jī)構(gòu)與企業(yè)形成創(chuàng)新攻關(guān)共同體、圍繞產(chǎn)業(yè)需求構(gòu)建相關(guān)科研任務(wù)等方法構(gòu)建高超聲速領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的創(chuàng)新發(fā)展道路，提高研究成果從實(shí)驗(yàn)室向市場(chǎng)轉(zhuǎn)化的效率，不斷增強(qiáng)我國(guó)在高超聲速領(lǐng)域的自主攻關(guān)能力。

（作者：黃小容、周海晨，中國(guó)科學(xué)院成都文獻(xiàn)情報(bào)中心；陳云偉，中國(guó)科學(xué)院成都文獻(xiàn)情報(bào)中心 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）