中国在高超音速飞行器技术领域一直处于领跑全球，这是基于中国在风洞、气动设计、动力装置和耐高温材料等各个领域都拥有强大的基础。当前，中国公开的高超音速导弹型号越来越多，说明我们并没有技术瓶颈，这里有一个重要原因是高超音速导弹的工作时间比较短。如果中国未来要发展高超音速飞机，甚至是高超音速战斗机的话，必然要面对一个严峻的挑战：精密部件和座舱在长期超高温条件下的抗高温难题。高超音速飞行面临的挑战之一是飞行器在高速飞行中产生的高温。这种高温不仅对飞行器结构造成损害，还可能影响其性能和可靠性。所以，能否研制出实用化的高超音速飞行器散热解决方案，是中国发展高超音速飞机的基础。
近日，一个令人惊喜的消息传来：湖南长沙国防科技大学航空航天科学与工程学院的团队，开发出一种创新的高超音速飞行器散热解决方案，为实现高超音速飞行器的洲际飞行奠定了基础。
据介绍，中国团队的新发明是一种高效且持久的冷却装置。具有以下三个特点：一是工作时间长。该冷却装置能够持续运行长达几个小时，远超现有技术，可以支持从地球一端到另一端的飞行任务；二是结构简单，成本比较低：与传统的热管或增压泵相比，新装置结构简单，成本较低，易于大规模生产和应用；三是可重复使用：每次飞行前只需添加干净的水，即可重新投入使用，大大降低了维护成本。
这种冷却系统是怎么实现高效率散热的呢？据说是利用空气动力加热产生的热能，通过自主增压和冷却循环，实现热控制装置的高效运作。测试表明，该设备可以在飞行的前 50 分钟内将机舱温度控制在 100 摄氏度以下。之后，冷却剂开始沸腾和蒸发，以更快的速度传递热量，直到在第 66 分钟达到峰值效率。此时，高温蒸汽从泄压阀中缓慢释放，气凝胶的多孔结构确保了稳定和长时间的汽化过程。气凝胶还提供隔热功能，即使在水蒸发后也能保持较低的机舱温度。在不增加系统复杂性的情况下，它可以最大限度地利用冷却介质来吸收和释放不同阶段的热量，从而实现最佳的温度控制。它不仅保证了飞行器关键部件在长时间飞行条件下的正常运行，而且满足了高超音速飞机全球飞行的需要。
中国已经进行了多次高超音速无人机试飞，并计划到 2035 年实现载人全球飞行。还有两个更重要的前景：中国未来是否会发展基于高超音速飞行器的战斗机呢？如果中国要研制高超音速洲际导弹，通过应用这种散热系统，也能增加系统的可靠性。
美国高超音速武器的高失败率，有一个重要原因是冷却系统不足。美国国会 2023 年报告说：“余下的挑战是管理高超音速导弹在大气层中高速飞行时，需屏蔽高超音速导弹的敏感电子设备遭遇极端高温，了解各种材料性能，以及预测高达 3000 华氏度时的空气动力学，需要广泛的飞行测试。”
中国这项研究成果已在《国防技术国立大学学报》上发表，标志着在高超音速飞行器散热技术方面已经成熟。中国团队的这一创新，无疑将为全球高超音速技术的发展注入新的活力，同时也为军事战略的现代化提供了强有力的技术支持。
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