高速臨近空間飛行器是指飛行速度不小于Ma 3的一類臨近空間飛行器，具有快速響應、超強突防、靈活機動等特點，是一種兼備戰略威懾和實戰應用能力的新概念武器，對于懾止強敵、控制危機和打贏戰爭具有重要作用，是美俄等軍事大國競相發展的利器。

 　　根據有無動力以及動力的種類不同，高速臨近空間飛行器可分為無動力型(無動力滑翔飛行器)、航空動力性(高空高速偵察機)、超燃沖壓動力型(高超聲速巡航飛行器)、火箭動力型(亞軌道飛行器)、組合循環動力型等幾類。

　　高空高速戰略偵察機

 　　高空高速戰略偵察機是以航空發動機或航空發動機與沖壓發動機組合為動力的一類高速臨近空間飛行器，它是迄今唯一投入使用的一類高速臨近空間飛行器。主要包括美國有人駕駛的U-2“黑寡婦”偵察機和SR-71“黑鳥”戰略偵察機，無人駕駛的D-21戰略偵察機和SR-72高超聲速偵察機。

　　美國SR-71“黑鳥”有人駕駛戰略偵察機背負D-21無人偵察機。

 　　U-2是美國空軍一種采用渦噴式航空動力的單座高空偵察機，能在21km高空全天候執行戰略或戰術照相偵察和電子偵察任務，1955年完成首飛，1956年開始裝備美國空軍。U-2機載設備包括有8臺能全天候工作的全自動照相機和4部雷達信號接收機、無線電通信接收機、輻射源方位測向機、電磁輻射源磁帶記錄機等。美國空軍和中央情報局用U-2來偵察敵后方戰略目標，幾十年來曾偵察過蘇聯、古巴、朝鮮、中國和越南等國家，為美國決策者提供重要情報。U-2的改進型U-2R飛機最大巡航高度可達27km，最大航程8830km，曾參加過海灣戰爭，被用作戰術偵察機。

 　　SR-71是第一種成功突破“熱障”的實用型噴氣式飛機，能夠以Ma 3.5的速度在25km高空飛行并能進行空中加油，續航時間很長。其機身采用輕質、高強度的鈦合金作為結構材料;機翼等重要部位采用了能適應受熱膨脹的設計，因為SR-71在高速飛行時，機體長度會因為熱脹伸長30cm以上;油箱管道設計巧妙，采用了彈性的箱體，并利用油料的流動來帶走高溫部位的熱量。由于維護費用過高，SR-71在20世紀80年代末退役，轉給美國航空航天局作高空高速科學研究用，但在海灣戰爭中曾重新服役，于1998年最終退役。

　　X-43項目是美國探索超燃沖壓發動機技術的先手，為美國抓緊搶占臨近空間贏得了先機。

 　　D-21是在20世紀60年代由美國洛克希德·馬丁(洛馬)公司“臭鼬工廠”在研制SR-71的同時研制的。美方對該機極為保密，直至1994年才公開該型號。該機是一種一次性使用的戰略無人偵察機，巡航速度為Ma 3.25，實用升限29km，最大航程達5550km，用于對敵后方的各種軍事設施進行高速戰略攝影偵察。該機通常由B-52吊掛起飛，投放后由火箭助推器加速至Ma 3.28，其攜載的沖壓發動機開始工作，使飛機爬升至24～25km，在24km以上飛機保持Ma 3.4做長時間偵察飛行。偵察完成后返航至回收區，將特設艙用降落傘回收，飛機自毀。

 　　SR-72是美國洛馬公司于2007年提出的新型戰略隱身多用途飛機概念，以“航空渦輪發動機+超燃沖壓發動機”為動力，巡航速度可達Ma 6，最大飛行速度是SR-71“黑鳥”戰略偵察機的近兩倍，將成為人類制造的“最快飛機”。SR-72的最大優勢是結合了速度與隱身，集情報搜集、偵查、監視和打擊等多種作戰能力于一體，可滿足美軍在2h內對全球任何目標進行偵察或打擊的任務要求。美軍計劃2018年開始研制SR-72縮比驗證機，2023年首飛，2030年服役。

　　無動力滑翔飛行器

 　　無動力滑翔飛行器可采用火箭從地面發射或機載發射，利用火箭動力加速到一定速度后與助推火箭分離，開始無動力再入滑翔，在滑翔過程中可依靠氣動升力在中段進行橫向機動，在末段進行俯沖機動，飛行軌跡具有很大的不確定性，難以有效攔截。主要包括美國“通用航空飛行器”和“高超聲速技術飛行器”。

 　　2003年6月，美國國防預研局(DARPA)和美國空軍聯合制定了“獵鷹”(FALCON) 計劃，旨在發展從美國本土對全球快速響應和精確打擊的能力。該計劃中擬研制的“通用航空飛行器”(CAV)可由多種運載和發射平臺攜帶，從空間軌道或亞軌道再入，主要在臨近空間內作無動力的跳躍滑翔飛行，具有較大的航程和大范圍的橫向機動能力，可運載多種載荷，對地面和空中目標實施精確打擊。CAV巡航高度一般在30km以上，可以不經他國許可飛越其上空，能減少美軍海外部署基地的花費，有效提高打擊系統的安全性。同時，CAV以其良好的升阻比氣動特性，航程5560km(增程型CAV的航程增加到16700km)、橫向機動距離1480km(增程型CAV的橫向機動距離5560km)，在迅速抵達目標位置后，還可隨情況變化重新調整作戰目標或停止打擊。CAV可以裝載454kg的彈藥，彈藥從高空高速下落，預計會產生約1200m/s的沖擊速度，對加固和深掩目標極為有效，可攻擊摧毀彈道導彈發射陣地、化學武器工廠、深埋地下的敵方指揮所和“斬首”行動對應的目標等。CAV還可攜帶情報、監視和偵察載荷，在相對衛星較低的高度上，既具有足夠的覆蓋面積，又能清晰、高效地提供所需信息。裝備增程型CAV后，美軍可不必興師動眾出兵海外，就可以在接到命令后的2h內，從本土向隱藏在地球任何角落里的對手發起進攻。

 　　在2005年CAV研究被叫停后，DARPA和美國空軍修改了“獵鷹”計劃的內容，重點研制試驗HTV驗證飛行器。修改后的“獵鷹”計劃原設想漸進發展HTV-1、HTV-2和HTV-3三種驗證飛行器(其中HTV-1和HTV-2為無動力滑翔飛行器，HTV-3為有動力飛行器)，后來HTV-1被取消、HTV-3被擱淺。2010年4月22日和2011年8月11日，HTV-2開展了兩次飛行試驗(最高飛行速度超過Ma 20)，但均告失敗，使“獵鷹”計劃受到重大打擊。此后，DARPA轉而支持“一體化高超聲速”(IH)計劃，繼續發展、完善和試驗飛行速度超過Ma 20的高超聲速機動飛行技術。

　　高超聲速巡航飛行器

 　　高超聲速巡航飛行器是以超燃沖壓發動機為動力、可在臨近空間作巡航飛行的一類高速臨近空間飛行器。目前，美、俄、英、法、德、日、印等世界主要航天大國都在加緊開展超燃沖壓發動機技術攻關，為研發高超聲速巡航飛行器提供動力，主要包括美國Hyper-X、HyFly、HyTech和俄羅斯“針”、“鷹-31”等計劃。

 　　Hyper-X計劃是由美國航空航天局(NASA)于1997年開始實施，目標是通過一系列飛行試驗，驗證可用于高超聲速飛機的超燃沖壓發動機技術和一體化設計技術。整個計劃包括研制X-43A、X-43B、X-43C、X-43D四種驗證飛行器進行飛行演示。第一階段主要進行X-43A的氫燃料超燃沖壓發動機的地面和飛行試驗，包括Ma 7和Ma 10兩個速度目標。2001年6月，X-43A進行了第一次Ma 7的飛行試驗，由于用于助推的“飛馬座”火箭出現故障，試驗失敗。2004年3月27日，X-43A進行了第二次Ma 7的飛行試驗，取得成功，在Ma 7的速度下飛行了8s，首次實現了超燃沖壓發動機推動下的高超聲速飛行器的自由飛行。2004年11月16日，X-43A又成功地進行了Ma 10的飛行試驗。

　　美國的臨近空間高超聲速飛行器發展的落腳點最終仍是快速打擊武器。

 　　HyFly計劃是由DARPA和美國海軍研究實驗室聯合開展的為期4年(2002—2006年)的研究項目，目的是通過飛行試驗驗證以液體碳氫燃料超燃沖壓發動機為動力、在27km高度巡航、飛行速度為Ma 6.5、射程為1100km的高超聲速導彈方案。2003年，HyFly進行了多種速度(Ma 3.5/4.1/6.5)和重要狀態的超燃沖壓發動機自由射流地面試驗，2005年12月10日首次實現了碳氫燃料超燃沖壓發動機飛行試驗。

 　　HyTech計劃是美國空軍于1995年提出的，由美國空軍研究實驗室(AFRL)實施，目標在于對Ma 4～8的碳氫燃料超燃沖壓發動機的可控性、性能和結構耐用性進行地面試驗，進而為高超聲速巡航導彈提供動力技術。2013年5月1日，HyTech計劃資助的X-51A驗證機在經歷了三次飛行試驗失敗后，第四次飛行試驗獲得成功，飛行了200多秒，超燃發動機將飛行器從Ma 4.8加速到Ma 5.1。X-51A的成功將為AFRL的“高速打擊武器項目”(HSSW)提供助力。

 　　在美國“獵鷹”計劃中設想的高超聲速巡航飛行器(HCV)使用吸氣式超燃沖壓發動機，在40～60km高空以類似正弦波的軌跡在大氣層邊緣飛行。飛行時的工作過程為：利用超燃沖壓發動機，先上升到40km高度，然后關閉發動機，利用慣性繼續爬升到60km的頂點，爾后變成下降滑行;當高度降到35km左右時，發動機再次工作，重新爬升。美國空軍計劃在2025年研制成功具備在1h內打擊16000km以外目標的HCV，并為未來進一步發展空天飛機奠定基礎。

 　　“針”計劃是由俄羅斯中央航空動力研究院和中央空氣流體力學研究院共同承擔的超燃沖壓發動機飛行試驗計劃，試驗飛行器采用升力體布局，在機體下方配置矩形三模塊氫燃料超燃沖壓發動機，可在Ma 6～14、高度25～50km的工作范圍內進行飛行驗證。試驗飛行器擬由洲際彈道導彈改裝的助推器加速到預定速度后分離，然后在超燃沖壓發動機推進下自主完成飛行試驗。

 　　“鷹-31”計劃的試驗飛行器由俄羅斯SA-10地空導彈改裝而成，掛載在米格-31飛機腹部發射架上。在試驗飛行器外側，對稱安裝兩臺超燃沖壓發動機。米格-31在15km高空以大于Ma 2.5的速度發射試驗飛行器，試驗飛行器可進行Ma 2～10、高度15～40km范圍內的飛行驗證，超燃沖壓發動機試驗時間可達40s。

　　亞軌道飛行器

 　　亞軌道飛行器是采用火箭發動機加速、可在臨近空間高層(亞軌道)飛行的一類高速臨近空間飛行器，可用作亞軌道商業旅游觀光平臺，或作為兩級部分重復使用航天運輸系統的第一級或遠程打擊投送平臺，能像飛機一樣返回地面，可重復使用。目前主要包括美國“太空船一號”、XS-1和俄羅斯的C-21。

 　　2004年6月21日，“太空船一號”由一架名為“白騎士”的噴氣式飛機搭載升空，在高空釋放后，火箭發動機點火，將“太空船一號”加速至Ma 3左右，垂直攀升至約50km高空，在火箭發動機關閉后，“太空船一號”憑慣性再向上沖到離地面約103km的高空，并在這個高度停留數分鐘后，開始自由下落。當“太空船一號”下落至約60km高度時，它的機翼后半部和兩個尾翼均向上旋轉，直至跟船身成直角，以幫助船體減速;重新進入低空后，尾翼將旋轉回原來位置，飛行員駕駛著沒有任何動力的太空船滑翔后，像普通飛機一樣降落。這種亞軌道飛行除用于近太空商業旅游外，在軍事上可用于對地偵察、監視和精確打擊。

 　　2013年美DARPA發布XS-1試驗性飛行器招標公告，目標是以液氧煤油火箭發動機為動力，能夠進入臨近空間以Ma10的速度飛行，并可將1800kg有效載荷送入低地球軌道，單次發射成本不超過500萬美元，可在10天內完成10次發射任務。波音、諾斯羅普·格魯門和馬斯騰航天三家公司均在2014年7月和2015年8月獲得DARPA的資助，用于開發XS-1計劃1B階段的概念方案。預計XS-1的首次軌道發射任務將于2020年進行。

 　　C-21是俄羅斯在已研制成功的M-55型高空飛機的基礎上開發的亞軌道飛行器。M-55飛機飛行高度可達21km，目前主要用于高空大氣探測。C-21位于高空飛機的“背”部，當高空飛機背著C-21加速飛至距地面17～19km的高空時，C-21與高空飛機分離，然后點燃火箭發動機，將C-21送到100km飛行高度。C-21的用途與美國“太空船一號”相似。

　　技術挑戰

 　　總體上看，目前國外高速臨近空間飛行器及其動力系統的發展已從實驗室研究階段進入飛行驗證階段，但真正投入使用的裝備還很少。這是由于高速臨近空間飛行器的飛行環境十分嚴苛，不僅需要在飛行器總體設計概念上要有所創新，而且在先進推進技術、熱防護技術、導航制導與控制技術等方面也要取得重大突破。

 　　高速臨近空間飛行器特別是高超聲速巡航飛行器，作為航空技術與航天技術相結合的產物，兼具航空飛行器和航天運載器的某些特征，同時又與二者有著顯著區別。由于高超聲速飛行器飛行包線、推進方式和性能要求與傳統的航空器和航天器均有明顯的不同，致使該類飛行器的總體設計也面臨著前所未有的挑戰。高超聲速飛行器飛行速度范圍大，總體設計上多采用發動機/機體一體化設計，涉及多門相互耦合的學科，且設計變量靈敏度高，可行裕度小，設計空間又高度非線性，這些特性都導致高超聲速飛行器總體設計面臨困難和挑戰。

 　　先進推進技術是支撐高速實現長時間巡航、遠程快速到達和對地精確打擊的核心技術。其技術挑戰主要表現在火箭發動機必須能長時間點火和可重復使用，吸氣式發動機必須長時間可靠工作，組合式發動機必須一體化設計。雖然先進推進技術目前已取得重大進展，但要真正工程應用還有相當大的差距。

 　　高速臨近空間飛行器要跨越亞聲速、跨聲速、超聲速甚至高超聲速四個階段，即使在稀薄大氣層，氣動加熱也非常嚴重。為了保持高的升阻比和良好的氣動外形，飛行器外表面各個部件均不允許產生明顯燒蝕，否則將直接影響飛行距離和打擊精度，這對耐久性熱防護和熱結構設計提出了苛刻要求。同時，飛行器長時間(可達2h)巡航會帶來總加熱量大的問題，輕質高效隔熱材料成為熱防護最為關鍵的技術之一。從目前來看，輕質高效熱防護技術已成為發展高速臨近空間飛行器難以逾越的技術瓶頸。

 　　導航、制導與控制(GNC)系統是高速臨近空間飛行器穩定飛行、準確命中、順利完成任務的關鍵。大范圍機動能力、惡劣的飛行環境和特殊的作戰應用模式，給高速臨近空間飛行器GNC系統提出了更高的要求。主要技術難題包括長時間大機動自主導航、對氣動干擾等造成的各種誤差具有魯棒性的新型在線任務規劃與精確制導、高動態姿態控制等。

 　　高速具有速度快、航程遠、突防能力和精確打擊能力強等顯著特點，備受軍事大國的青睞，各種研究和發展計劃層出不窮。目前高速臨近空間飛行器正向飛行速度更快、飛行距離更遠、機動能力更強的方向發展，但必須攻克總體設計、先進推進、熱防護、飛行控制等技術難題。可以預見，高速臨近空間裝備有可能在未來10～15年陸續投入使用，必將成為軍事大國打破戰略平衡、把握戰略主動、打贏高技術戰爭的新型殺手锏。更多最新臨近空間飛行器數據分析、市場分析報告、市場調研、行業分析請訪問《》。