近日，法國首次公開了新型超聲速核導(dǎo)彈ASMPA-R的清晰圖像，其下一代高超聲速導(dǎo)彈已在研制中，計(jì)劃采用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)計(jì)2035年列裝。這標(biāo)志著多個(gè)國家在高超聲速飛行器領(lǐng)域的競爭日益激烈。

高超聲速飛行器被視為未來科技競爭的新制高點(diǎn)。然而，當(dāng)飛行器以超聲速在大氣層邊緣或內(nèi)部高速飛行時(shí)，因高速氣流引起機(jī)體表面溫度急劇升高，會(huì)產(chǎn)生一系列不利現(xiàn)象，科學(xué)家們稱之為“熱障”。在中國科協(xié)年會(huì)上，專家們圍繞這一問題進(jìn)行了深入探討?！盁嵴稀笔歉叱曀亠w行器發(fā)展中的主要挑戰(zhàn)之一，需要科學(xué)家和工程師不斷尋求新對策，釋放更多潛能。

高超聲速飛行速度最低門檻為5馬赫，即5倍聲速。這種速度帶來了“熱障”的困擾。當(dāng)飛行器破空疾馳時(shí)，劇烈的摩擦和擠壓將巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致材料強(qiáng)度崩潰、結(jié)構(gòu)扭曲變形以及內(nèi)部精密儀器損壞。俄羅斯“先鋒”導(dǎo)彈某次試射過程中，局部熱應(yīng)力超出材料疲勞極限，導(dǎo)致熱防護(hù)層出現(xiàn)燒蝕損傷，影響了導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的完整性。

高超聲速飛行時(shí)，飛行器表面溫度會(huì)飆升到1000～2000℃。任務(wù)往往需要飛行器在這種極端高溫環(huán)境下堅(jiān)持?jǐn)?shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)，熱量的累積效應(yīng)考驗(yàn)著材料和結(jié)構(gòu)的耐久極限。高超聲速飛行產(chǎn)生的熱量主要來自空氣與機(jī)身的摩擦，但與超聲速飛行不同，高超聲速飛行還會(huì)產(chǎn)生激波、邊界層分離和湍流等現(xiàn)象，共同決定了熱量在飛行器身上的分布圖景和灼燒強(qiáng)度。

面對“新熱障”，傳統(tǒng)的被動(dòng)防御如隔熱瓦片或熱障涂層已顯得力不從心。各國通過材料創(chuàng)新、主動(dòng)與被動(dòng)防護(hù)技術(shù)結(jié)合、系統(tǒng)集成優(yōu)化等措施提出解決方案。主動(dòng)熱防護(hù)技術(shù)包括利用冷卻介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)帶走熱量，或使用熱沉材料儲(chǔ)存大量熱量延緩表面溫度攀升。被動(dòng)防御則依賴于材料本身的性能，如陶瓷基復(fù)合材料和碳-碳復(fù)合材料。智能熱防護(hù)材料更是前沿研究熱點(diǎn)，它們能夠根據(jù)外界熱流或溫度變化自動(dòng)調(diào)整自身的關(guān)鍵熱物理性能。

隨著對“新熱障”本質(zhì)認(rèn)識(shí)的不斷深化，飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念正在經(jīng)歷一場深刻的范式革命，從單一性能優(yōu)先轉(zhuǎn)向全局統(tǒng)籌、多學(xué)科協(xié)同的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這是一個(gè)漫長而曲折的過程，未來仍需持續(xù)創(chuàng)新。