据外媒报道，近日，法国次公开了新型声速核导弹ASMPA-R的清晰图像，其下一代声速导弹已在研制中。下一代声速导弹计划采用燃冲压发动机，预计2035年列装。

不仅仅是法国，美国、俄罗斯、英国、韩国、印度等多个国，都在持续进各自的声速飞行器研制计划。

在人类科技发展的历程中，声速飞行器被很多国视为未来科技竞争新的制点。

不过，飞行器突破限时，也伴随着堪称“火焰炼狱”般的终挑战。想象一下，当飞行器以声速在大气层边缘或内部狂飙突进时，因速气流引起机体表面温度急剧升会产生一系列不利现象，科学们称之为“热障”。在今年的中国科协年会上，有关围绕这道在声速时代演变得强度、广度和复杂都呈几何飙升的“新热障”进行了入探讨。

这种“新热障”，既是横亘在声速飞行器发展前路的“拦路虎”，也让科学和工程师们不断寻求新对策，释放出声速飞行器的更多潜能。

本期，就让我们拨开“热障”的迷雾，回顾与展望这场人类智慧与无形烈焰的巅峰对决。

与烈焰共舞——

更快速度带来更大挑战

声速飞行，会让空气发出刺耳的“叫”。声速飞行更是惊人，其速度低门槛是5马赫，即5倍声速。然而，速度飙升的同时，带来了“热障”的困扰。

晚上九点，南通市消防救援支队的检查组入多个居民小区，检查了单元门厅、疏散通道、架空层等区域是否存在电动自行车违规停放、私拉乱接、飞线充电等违规行为。

当飞行器破空疾驰时，剧烈的摩擦和挤压，将巨大的动能转化成了灼人的热能，这就是“气动加热”。普通金属在炉火中会变软、熔化甚至烧毁。在飞行器上，这种升温带来的后果更加致命：材料强度崩溃、结构扭曲变形、内部精密仪器被烤成废铁……俄罗斯“先锋”导弹某次试射过程中，因局部热应力出材料疲劳限，导致热防护层出现烧蚀损伤，影响了导弹结构的完整。

声速飞行时，飞行器表面温度会飙升到1000～2000℃。更严峻的是，任务往往需要声速飞行器在这种端温环境下坚持数分钟甚至数小时，热量的累积应考验着材料和结构的耐久限。

声速飞行产生的热量，主要来自空气与机身的摩擦。声速飞行则不同。当声速飞行器破开空气时，气流与飞行器表面不断纠缠，产生了3大塑造热流的关键现象：激波、边界层分离和湍流。它们如同3位手法各异的“火焰雕塑师”，共同决定了热量在飞行器身上的分布图景和灼烧强度。

当声速飞行器锐的前缘迎面撞上气流时，仿佛撞上了一堵无形的“压气墙”，这就是激波。穿过这道激波，空气的温度、压强和密度直线飙升，将热流如压水枪般射向飞行器表面。

在某些区域，紧贴飞行器表面的低速气流层会从表面“剥离”开来，这就是边界层分离。这种剥离会完全打乱原本相对规整的热流分布，在某些地方形成意想不到的“热孤岛”，易引发局部过热烧蚀。

湍流更是让热流变得难以预测。它的特其敏感，飞行器表面一丝微小的粗糙起伏或是几何形状的微小改变，都可能让它“情大变”，让热流预测如同雾里看花。

声速飞行产生的温是全方位的，几乎覆盖了整个飞行器表面。长时间炙烤会导致飞行器整体结构软化变形，材料能迅速退化，甚至连其内部的电子设备也会受温影响而失灵。此时，单一部位的“耐热垫”失。随着声速飞行器速度限的一再突破，一场从飞行器的整体构型、热防护系统到内部热管理的“防火革命”已经刻不容缓。

与气流纠缠——

多重解困需要多领域协同

在声速的端熔炉里，气动加热、材料能与结构力学这三者并非各自为战，而是度纠缠、互为因果，形成了一个危险的“死亡三角”闭环：气动加热将飞行器表面烤得通红，材料在烈焰中强度下降、刚度减弱，甚至发生烧蚀或微观结构劣化。于是结构开始变形、扭曲，或产生不稳定的振动。结构的变形又反过来改变了其周围的气流形态，从而再次影响气动加热的分布和强度，形成新的热流冲击。美国HTV-2“猎鹰”声速飞行器二次试飞失败，预应力钢绞线就是因为热流致使飞行器翼前缘多层碳布被烧毁，影响了气动能，终导致飞行器失控。

这种危险的相互作用，在具体材料层面体现得更为惊心。

比如陶瓷基复合材料，在持续温下，其内部的微观结构会悄然变化，能逐渐衰退。同时，气动加热带来的巨大热应力会在材料内部不断累积。当这股应力过材料的承受限时，微小的裂纹便会产生。这些裂纹如同堤坝上的蚁穴，不仅削弱了材料本身的强度，还成为温气体向内侵袭的通道，进一步破坏热防护果，危及整体结构安全。

再如金属基复合材料，温下，金属基体会像黄油般软化，增强纤维或颗粒的能也可能变化，再加上气动加热本身的不均匀，会导致结构产生其复杂的三维变形，给飞行器的结构设计师和热防护工程师带来噩梦般的难题。

因此，要解开“新热障”的死结，非单一学科的角戏。它需要气动热力学、材料科学、结构力学等领域的顶大脑度融合，协同作战。一方面，要通过的计算机模拟，在虚拟世界中精确再现气流、材料、结构三者间的复杂“死亡探戈”；另一方面，还要在真实的地面试验设备中，将材料和结构投入模拟环境的烈焰熔炉进行严酷考验，才能为未来飞行器的设计提供理论基石和试验铁证。

与热障博弈——

多措并举解决热流之困

面对“新热障”，传统的被动防御，如航天飞机上使用的隔热瓦片，或者发动机叶片表面的热障涂层，渐渐显得力不从心。在应对声速新热障问题上，中国、美国、俄罗斯等国均通过材料创新、主动与被动防护技术结合、系统集成优化等措施，不断提出自己的解决方案。目前，主要分为两条路径。

一条路是主动出击。主动热防护的精髓在于“主动”二字，它不需要硬扛烈焰，而是巧妙地调节能量的输入或输出，降低流向飞行器表面的“火蛇”。一种方法是借鉴生命的循环系统，让冷却介质在飞行器外壳或关键结构的内部管道中循环流动。冷却介质在流经温区域时，像人体血液循环带走代谢热量一样，带走气动加热产生的热量。另一种方法是部署强大的“热量海绵”。利用热沉材料自身巨大的热容量，在短时间内将大量热量储存起来，延缓表面温度的急剧攀升。给飞行器关键部位装上这种“热量海绵”，就能为其他防护措施赢得宝贵的响应时间。英国“佩刀”发动机提供了一种主动冷却的创新方案。其通过预冷却器，能在0.05秒内将吸入的1000℃空气降至140℃。英国2016年公布了基于“佩刀”发动机技术的声速飞机概念。

二条路是被动防御。被动防御的核心在于充分利用材料本身的能。科学们对材料的探索从未止步：陶瓷基复合材料以其卓越的耐温能一直是主力军。科研人员不断优化其和制备工艺，致力于提升其抵抗温氧化和抵御冷热剧变的能力。碳-碳复合材料以其轻质强的特，在温度区表现出，科学们希望赋予其更强的抗氧化能力。美国X-51A声速飞行器采用了碳-碳复合材料+温陶瓷涂层，在声速条件下能保持结构完整。

目前，智能热防护材料是材料科学的前沿研究热点。它们的设计目标是根据外界热流或温度的实时变化，自动调整自身的关键热物理能——比如在温度骤升时减少热量向内部传递，或者把更多热量以红外辐射形式散发出去，实现动态的、自适应的热防护果。

单纯做到的热防护，并非科研人员的终目的，他们希望热防护结构不仅能挡住烈焰，还要身兼数职，如承受载荷、透射电磁波甚至隐身等。这便需要科研人员精心设计材料的微观结构和巧妙布局功能层，从而提升飞行器的整体能。今年11月，国防科技大学研究团队在《自然·通讯》刊文称，他们成功研发出一种基于表面的多功能复合材料。该材料可以在1000℃的温下，吸收从2GHz到12GHz的宽带雷达波。

随着对“新热障”本质认识的不断化乌兰察布预应力钢绞线价格，飞行器热防护系统的设计理念也正在经历一场刻的范式革命——从“头痛医头、脚痛医脚”的单一能优先，转向了全局统筹、多学科协同的系统优化设计。这是一个漫长而曲折的过程，未来仍需“上下求索”的持续创新。