商業(yè)化的臨近空間高超音速飛行。

作者 | 劉愛(ài)國(guó)

研究助理 | 任友善

數(shù)據(jù)支持 | 鈦禾產(chǎn)業(yè)研究院

變革者

No.29

2021年初，拜登政府剛剛上任不久，就面臨一個(gè)棘手的課題：美國(guó)要不要在發(fā)展臨近空間高超音速武器上加大投入，以應(yīng)對(duì)中俄兩個(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在此方面形成的優(yōu)勢(shì)。

以多位軍方高級(jí)官員為代表的支持派和以一批科學(xué)家為代表的反對(duì)派形成了觀點(diǎn)對(duì)峙，雙方圍繞此事展開(kāi)了激烈爭(zhēng)論，最終支持派的意見(jiàn)占據(jù)了上風(fēng)。美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月28日，拜登向國(guó)會(huì)提交了2022財(cái)年（2021年10月1日至2022年9月30日）聯(lián)邦全面預(yù)算方案，其中為高超音速武器項(xiàng)目申請(qǐng)預(yù)算高達(dá)38億美元。五角大樓高超音速武器項(xiàng)目主管邁克·懷特對(duì)媒體興奮表示：

“2022年預(yù)算是美國(guó)高超音速武器的里程碑，但是美國(guó)尚需加快腳步，趕上中俄的步伐。”

美國(guó)雖然是最早開(kāi)展高超音速技術(shù)研究的國(guó)家，但近年來(lái)由于研究目標(biāo)分散和政府重視程度不夠，在該領(lǐng)域已經(jīng)被中國(guó)和俄羅斯甩開(kāi)半個(gè)身位。   為了爭(zhēng)取更多研究經(jīng)費(fèi)，政客和媒體經(jīng)常表演雙簧，通過(guò)不斷炒作中俄在此方面形成的潛在軍事威脅，以此來(lái)向白宮施壓。

2021年9月，在美國(guó)空軍部長(zhǎng)肯德?tīng)柊凳局袊?guó)正在發(fā)展類(lèi)似于“部分軌道轟炸系統(tǒng)（FOBS）”的太空武器之后，英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》立刻發(fā)布了一篇“獨(dú)家報(bào)道”，宣稱(chēng)中國(guó)在8月試射了一枚可攜帶核彈頭的高超音速武器，不但具備環(huán)繞地球飛行的能力，還可以在重返大氣層后，憑借極高速度突破反導(dǎo)系統(tǒng)攔截，攻擊地面目標(biāo)。10月18日，外交部發(fā)言人趙立堅(jiān)針對(duì)此事回應(yīng)表示：

“此次試驗(yàn)是一次例行的航天器試驗(yàn)，用于驗(yàn)證航天器可重復(fù)使用技術(shù)，對(duì)于降低航天器使用成本具有重要意義，可為人類(lèi)和平利用太空提供便捷廉價(jià)的往返方式。”

通過(guò)渲染“中國(guó)威脅”來(lái)爭(zhēng)取更多經(jīng)費(fèi)預(yù)算，已經(jīng)是近年來(lái)五角大樓司空見(jiàn)慣的手段。但是站在白宮的角度來(lái)看，發(fā)展高超音速技術(shù)還有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義——不僅僅是要保持美國(guó)軍事能力上的優(yōu)勢(shì)，更重要的是要保證戰(zhàn)略前沿技術(shù)上的領(lǐng)先。國(guó)防部所撥付高超音速領(lǐng)域的科研經(jīng)費(fèi)中，除高超音速武器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)外，還包括可重復(fù)使用平臺(tái)、各專(zhuān)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)、試驗(yàn)?zāi)芰Α⒒A(chǔ)科學(xué)研究等多個(gè)子領(lǐng)域，這些能力對(duì)于未來(lái)科技發(fā)展具有深遠(yuǎn)作用，由此形成的技術(shù)體系可以在眾多領(lǐng)域帶來(lái)持續(xù)變革和顛覆性創(chuàng)新。

可重復(fù)使用的臨近空間高超音速   飛行器，應(yīng)用前景也不僅限于國(guó)防軍事領(lǐng)域。這種充滿(mǎn)科幻色彩的飛行器兼具航空和航天優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望在天地往返運(yùn)輸、洲際點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速運(yùn)輸、亞軌道旅游等民用商業(yè)市場(chǎng)展現(xiàn)巨大應(yīng)用價(jià)值，甚至改變傳統(tǒng)航空航天產(chǎn)業(yè)的游戲規(guī)則，打開(kāi)一片全新的藍(lán)海市場(chǎng)。

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孕育顛覆性技術(shù)

作為大量尖端技術(shù)的集合體，飛行試驗(yàn)是臨近空間高超音速飛行器研制過(guò)程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

在飛行器研制過(guò)程中，基于真實(shí)環(huán)境的飛行試驗(yàn)，能夠解決無(wú)法通過(guò)地面試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的問(wèn)題。   例如地面風(fēng)洞可以做到模擬大氣密度，但是沒(méi)法完全模擬溫度、濕度，一些重要的分系統(tǒng)（如飛行控制系統(tǒng)等），必須通過(guò)飛行試驗(yàn)才能得到充分驗(yàn)證。

一架試驗(yàn)性質(zhì)的高超音速飛行器，相當(dāng)于一座能飛上天的“實(shí)驗(yàn)室”，通過(guò)搭載各類(lèi)設(shè)備在真實(shí)環(huán)境下飛行，可以對(duì)高速飛行器的氣動(dòng)、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、控制、熱保護(hù)等系統(tǒng)或關(guān)鍵部件進(jìn)行充分測(cè)試，有效收集真實(shí)環(huán)境下的一手?jǐn)?shù)據(jù)，節(jié)省大量試驗(yàn)成本和時(shí)間。

早在上世紀(jì)五六十年代，美國(guó)人就不斷圍繞突破飛行高度、速度極限一系列課題開(kāi)展了大量基礎(chǔ)驗(yàn)證性試驗(yàn)。

其中，由 NASA 牽頭，聯(lián)合美國(guó)空軍、海軍和北美航空公司進(jìn)行的X-15項(xiàng)目先后創(chuàng)造了6.72馬赫速度和108,000米升限的世界紀(jì)錄，X-15的試驗(yàn)飛行幾乎涉及了高超音速研究的所有領(lǐng)域，三架飛行器共完成199次飛行試驗(yàn)，科研人員根據(jù)其飛行數(shù)據(jù)撰寫(xiě)了 765份有價(jià)值的研究報(bào)告。

冷戰(zhàn)黑科技——X-15高速飛機(jī)

這些報(bào)告為后來(lái)“水星”、“雙子星”、“阿波羅”等載人太空飛行計(jì)劃和航天飛機(jī)的發(fā)展提供了極其珍貴的參考資料。其中超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究經(jīng)驗(yàn)為日后美國(guó)國(guó)家航天飛機(jī)計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)；阿波羅載人登月飛船所用到的大量先進(jìn)技術(shù)通過(guò)X-15得到率先測(cè)試；包括登月第一人阿姆斯特朗在內(nèi)的幾名美國(guó)宇航員，都曾經(jīng)是駕駛過(guò)X-15的試飛員。

X-15項(xiàng)目歷時(shí)近15年，投入總計(jì)高達(dá)3億美元經(jīng)費(fèi)，但卻因此換來(lái)了美國(guó)航空航天技術(shù)在全球保持?jǐn)?shù)十年領(lǐng)先的地位   ——其影響之深遠(yuǎn)、涉及范圍之廣闊都遠(yuǎn)超時(shí)人預(yù)料。眾多當(dāng)時(shí)的研究成果，至今仍然為現(xiàn)代航空航天研究所引用。

X-15項(xiàng)目也讓全球科技強(qiáng)國(guó)紛紛意識(shí)到，重要前沿飛行試驗(yàn)在關(guān)鍵技術(shù)上的牽引作用，甚至可以從百年大計(jì)的角度來(lái)考量——開(kāi)展基于真實(shí)環(huán)境的臨近空間高超音速飛行試驗(yàn)，有利于高效驗(yàn)證空氣動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)、生物醫(yī)學(xué)等跨學(xué)科技術(shù)的工程結(jié)合成果，促進(jìn)航空航天技術(shù)的融合，孵育顛覆性創(chuàng)新成果。

先進(jìn)飛行器研發(fā)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一種方案從概念到成熟，不是靠圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出來(lái)的，而是要靠反復(fù)試驗(yàn)打磨出來(lái)的，這個(gè)過(guò)程雖然耗時(shí)燒錢(qián)，但是對(duì)科技進(jìn)步的促進(jìn)意義，卻遠(yuǎn)非金錢(qián)所能衡量。關(guān)鍵型號(hào)對(duì)人才隊(duì)伍的培養(yǎng)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，是不可復(fù)制的重要隱形資產(chǎn)。

上世紀(jì)80年代—20世紀(jì)末，美、英、德等國(guó)紛紛投入巨資開(kāi)展臨近空間高超音速飛行器研制，開(kāi)發(fā)出了以美國(guó)NASPX-30、英國(guó)HOTOL、德國(guó) Sanger II等為代表的高速飛行器，但最終都因技術(shù)難度太大、預(yù)算經(jīng)費(fèi)過(guò)高而陸續(xù)下馬。這類(lèi)飛行平臺(tái)的研制大多由政府或軍方主導(dǎo)，由財(cái)政計(jì)劃撥款，研制過(guò)程相對(duì)保密封閉，研究成果也很難應(yīng)用于其它領(lǐng)域和民用飛行試驗(yàn)。型號(hào)投入帶來(lái)的經(jīng)驗(yàn)傳承與科學(xué)認(rèn)知，在各類(lèi)客觀條件限制下，難以充分發(fā)揮綜合效益。

進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著工業(yè)制造水平的全面提升，動(dòng)力技術(shù)、材料技術(shù)的不斷突破，臨近空間高超音速飛行再次成為全球研究熱點(diǎn)——在這個(gè)大背景下，如何提高各類(lèi)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)在科學(xué)探索與工程突破方面的統(tǒng)籌協(xié)作，對(duì)航空航天產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。

隨著越來(lái)越多的空天新技術(shù)涌現(xiàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的需求不斷增加，條件要求也越來(lái)越高。一個(gè)擺在眼前的商業(yè)機(jī)會(huì)是，如果能將飛行試驗(yàn)成本降低到與地面風(fēng)洞試驗(yàn)成本大致相當(dāng)，且能做到快速響應(yīng)，本身就具有巨大的商業(yè)價(jià)值。以商業(yè)價(jià)值為錨點(diǎn)，整個(gè)航空航天業(yè)界有望形成“資源-產(chǎn)出-再投入”的正向循環(huán)，憑借產(chǎn)業(yè)鏈條本身獲得持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。

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商業(yè)化的飛行試驗(yàn)

2004年，在美國(guó)一場(chǎng)旨在鼓勵(lì)私人投資航天事業(yè)、拓展太空旅游產(chǎn)業(yè)的“X獎(jiǎng)”大賽中，一艘由加利福尼亞州私營(yíng)企業(yè)Scaled Composites公司研制的亞軌道、超音速、可重復(fù)使用飛行器“太空船一號(hào)”（SpaceShipOne）奪得了大賽冠軍。

Scaled Composites公司最終瞄準(zhǔn)的是太空飛行市場(chǎng)，“太空船一號(hào)”則是其開(kāi)發(fā)的第一款飛行試驗(yàn)平臺(tái)，歷經(jīng)數(shù)次飛行，驗(yàn)證了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)高速飛行器動(dòng)輒數(shù)億美元的開(kāi)發(fā)成本，“太空船一號(hào)”的研發(fā)成本僅為2500萬(wàn)美元，這讓歐美航天界備受啟發(fā)——通過(guò)私營(yíng)企業(yè)靈活的機(jī)制，不僅可以有效降低飛行平臺(tái)的開(kāi)發(fā)成本，還能通過(guò)商業(yè)化方式將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于更廣闊的市場(chǎng)，爭(zhēng)取更多社會(huì)資本的投入，帶來(lái)效率效益的最大化。

第一架由私營(yíng)企業(yè)投資建造的亞軌道飛行器“太空船一號(hào)”

國(guó)內(nèi)商業(yè)航天政策破冰以來(lái)，隨著社會(huì)資本進(jìn)入和技術(shù)人才外溢，中國(guó)的商業(yè)航天企業(yè)也開(kāi)始進(jìn)入這一領(lǐng)域，以空天技術(shù)科研試驗(yàn)需求為突破口，瞄準(zhǔn)亞軌道飛行試驗(yàn)市場(chǎng)，研制低成本探空火箭和飛行平臺(tái)。其中包括零壹空間、凌空天行、星途探索、火箭派等代表性民營(yíng)企業(yè)——和體制內(nèi)科研院所相比，這類(lèi)民營(yíng)企業(yè)在填補(bǔ)市場(chǎng)空白的同時(shí)，也給國(guó)家隊(duì)形成能力補(bǔ)充。

凌空天行是一家從事臨近空間高超音速飛行器研制的民營(yíng)商業(yè)航天企業(yè)。2019年4月23日，由凌空天行和廈門(mén)大學(xué)聯(lián)合研制的 “天行Ⅰ-1”火箭完成首次飛行試驗(yàn)。這枚看起來(lái)就像是“裝上了翅膀”的火箭，除了圓滿(mǎn)完成了廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院的空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和回收重復(fù)使用技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)外，還同時(shí)搭載了西安電子科技大學(xué)研制的兩部高能粒子探測(cè)器。

這些探測(cè)器可以對(duì)穿透?jìng)}壁進(jìn)入飛行器內(nèi)部的多種高能粒子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)多次飛行試驗(yàn)，逐漸累積臨近空間不同高度的測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)空天飛機(jī)的電子系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、人身安全劑量評(píng)估提供極具價(jià)值的參考依據(jù)——此前科學(xué)家在論證未來(lái)載人“空天飛機(jī)”的過(guò)程中，曾懷疑大氣層邊緣一些殘余宇宙射線(xiàn)和高能粒子可能對(duì)人體有害，但是國(guó)際上對(duì)這段空域的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)十分稀少，迫切需要使用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)地測(cè)量驗(yàn)證。參與此項(xiàng)工作的西電教師權(quán)磊說(shuō)：

“就和我們?nèi)?shí)驗(yàn)室做個(gè)測(cè)試一樣平常，這是過(guò)去不敢想象的事情。”

凌空天行“天行Ⅰ-1”火箭

首次飛行的圓滿(mǎn)成功，也讓這家初出茅廬的民營(yíng)公司在業(yè)內(nèi)一戰(zhàn)成名。截至2021年底，凌空天行已簽下總金額達(dá)數(shù)億元的飛行試驗(yàn)訂單，客戶(hù)包括軍方、中科院、軍工集團(tuán)科研院所、高校研究機(jī)構(gòu)在內(nèi)的眾多單位。對(duì)于一家成立僅三年多的初創(chuàng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，這個(gè)成績(jī)?nèi)〉貌⒉蝗菀住皇且揽咳谫Y抬高聲望和體量，而是靠實(shí)打?qū)嵉挠唵魏灣鰜?lái)的。

這種從飛行試驗(yàn)市場(chǎng)切入、滾雪球發(fā)展的商業(yè)模式，一方面讓凌空天行成為少數(shù)在初創(chuàng)期就擁有不錯(cuò)現(xiàn)金流的商業(yè)航天企業(yè)。   另一方面，通過(guò)高頻次試驗(yàn)任務(wù)積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也讓團(tuán)隊(duì)能力迅速提升，逐步具備向更高、更遠(yuǎn)目標(biāo)邁進(jìn)的條件。從2021年開(kāi)始，這家民營(yíng)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始向下扎根，投資布局一些生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α６诹杩仗煨械倪h(yuǎn)景規(guī)劃里，長(zhǎng)期目標(biāo)是發(fā)展洲際高速運(yùn)輸與載人太空旅游。

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一小時(shí)全球抵達(dá)

好萊塢導(dǎo)演們?cè)缇驮诳苹秒娪袄飿?gòu)想可以任意時(shí)間起飛、高超音速飛行、自由往返天地的空天飛機(jī)。實(shí)際上半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，由軍事領(lǐng)域發(fā)端，從航天界到航空界，都在圍繞這種未來(lái)飛行器展開(kāi)一系列前瞻性研究。

但是，歐美強(qiáng)國(guó)在發(fā)展臨近空間高超音速飛行器的過(guò)程中，卻相繼走了不同的彎路。軍用方面，由于政府在研發(fā)方向和預(yù)算投入方面的搖擺不定，雷聲大雨點(diǎn)小，遲遲不能研制出可用于實(shí)戰(zhàn)部署的飛行器。

民用方面，“太空船一號(hào)”作為一個(gè)里程碑事件，激勵(lì)了維珍銀河、藍(lán)色起源、空中客車(chē)等全球航空航天企業(yè)紛紛從不同技術(shù)路線(xiàn)發(fā)力，瞄準(zhǔn)太空旅游市場(chǎng)，探索商業(yè)化的空天往返飛行，但是由于技術(shù)冒進(jìn)等原因，研發(fā)過(guò)程中挫折不斷。

有了前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，已經(jīng)積累一定技術(shù)儲(chǔ)備的中國(guó)航天機(jī)構(gòu)，隨后推出的方案路線(xiàn)更加務(wù)實(shí)穩(wěn)健；在國(guó)家力量加持下，追趕超越速度明顯加快。

2017年11月12日，航天科技集團(tuán)旗下的中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院發(fā)布《2017-2045航天運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展路線(xiàn)圖》，按照路線(xiàn)圖規(guī)劃，至2025年，研制成功可重復(fù)使用的亞軌道運(yùn)載器，太空旅游成為現(xiàn)實(shí)。同一年的全球航天探索大會(huì)上，航天科工集團(tuán)的“騰云工程”也正式亮相，目標(biāo)是在2030年之前，設(shè)計(jì)并制造完成中國(guó)首架可水平起飛、水平著陸并可以多次重復(fù)使用的空天往返飛行器。

2021年珠海航展上的“騰云工程”空天飛機(jī)模型

與此同時(shí)，在這場(chǎng)全球角逐的空天競(jìng)速賽里，中國(guó)的民營(yíng)商業(yè)航天企業(yè)也作為另外一支新生力量悄悄崛起，并迅速占據(jù)一席之地。

從飛行試驗(yàn)市場(chǎng)切入的凌空天行，通過(guò)快速迭代的技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)積累了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，持續(xù)突破各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。截至2021年底，這家成立僅三年多的民營(yíng)企業(yè)，已經(jīng)成功完成9次飛行試驗(yàn)。

2021年珠海航展上，凌空天行公布了自己的高超音速飛行器發(fā)展規(guī)劃——2019-2022年，通過(guò)大規(guī)模技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)飛行進(jìn)行各類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證；到2023年實(shí)現(xiàn)亞軌道太空旅游樣機(jī)的首飛，2025年進(jìn)行首次亞軌道太空旅游飛行器載人試飛；到2028年，實(shí)現(xiàn)全球高超聲速飛行器首飛，2030年完成全尺寸全球高超聲速飛行器飛行。

凌空天行未來(lái)高超音速飛機(jī)概念圖

從這張時(shí)間進(jìn)度表上來(lái)看，凌空天行的計(jì)劃相對(duì)維珍銀河等國(guó)外科技公司更加穩(wěn)健，也比較符合飛行器開(kāi)發(fā)的客觀規(guī)律和當(dāng)下中國(guó)商業(yè)航天的實(shí)際情況。2021年9月，這家初創(chuàng)商業(yè)航天公司完成逾億元A輪融資，聯(lián)合投資方天奇創(chuàng)投合伙人張斌在介紹這支團(tuán)隊(duì)時(shí)評(píng)價(jià)：

“這是一群充滿(mǎn)想象力，但又高度務(wù)實(shí)的理想主義者。”

隨著臨近空間高超音速飛行技術(shù)的日臻成熟并投入實(shí)用，“一小時(shí)全球抵達(dá)”這一美妙想法，已經(jīng)不僅僅是某一家商業(yè)公司的愿景藍(lán)圖，而正在逐步成為整個(gè)中國(guó)航天科技界奮力觸達(dá)的宏偉目標(biāo)。

2020年中國(guó)航天大會(huì)上，航天科技集團(tuán)科技委主任包為民院士發(fā)表了《航班化航天運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展與思考》主題演講。包為民院士指出，我國(guó)將在全面提升新一代運(yùn)載火箭性能水平的基礎(chǔ)上，計(jì)劃分三步走，到2045年全面實(shí)現(xiàn)“按需發(fā)射、每年總飛行次數(shù)達(dá)千次量級(jí)、總貨運(yùn)萬(wàn)噸級(jí)、總客運(yùn)萬(wàn)人次”這一構(gòu)想：

“最終實(shí)現(xiàn)像飛機(jī)一樣重復(fù)使用和航班化運(yùn)營(yíng)，全面完成一小時(shí)全球抵達(dá)和天地往返的任務(wù)目標(biāo)。”

根據(jù)已經(jīng)公開(kāi)的資料顯示，中國(guó)目前對(duì)于臨近空間高超音速、天地往返飛行器的研究目前已初步形成梯隊(duì)化、體系化的總體發(fā)展規(guī)劃，并正朝著遠(yuǎn)景目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)。這場(chǎng)瞄準(zhǔn)臨近空間廣袤空域展開(kāi)的全球競(jìng)速，中國(guó)科研機(jī)構(gòu)和航天企業(yè)雖然相對(duì)后發(fā)，但卻并不居于下風(fēng)，甚至在某些領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)先半個(gè)身位。

4

彌合空天裂隙

“空天飛機(jī)”顧名思義，是將航空技術(shù)與航天技術(shù)高度結(jié)合的飛行器，既能直接進(jìn)入太空成為航天器，又能像民航客機(jī)一樣在飛機(jī)場(chǎng)跑道上自由起降。

航空和航天兩個(gè)學(xué)科原本同出一脈，卻在日后的發(fā)展進(jìn)程中出現(xiàn)分化。空天飛行將推動(dòng)航空和航天技術(shù)的深度融合，最終彌合兩個(gè)技術(shù)學(xué)科的裂隙，為人類(lèi)創(chuàng)造一種革命性的交通方式。

“卡門(mén)線(xiàn)”是目前被國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)（FAI）所接受的航空、航天之間邊界的定義。這條位于海拔100 km（330,000英尺）處的分界線(xiàn)，得名自錢(qián)學(xué)森的授業(yè)導(dǎo)師——匈牙利裔美國(guó)物理學(xué)家、航空航天工程學(xué)家西奧多·馮·卡門(mén)。

根據(jù)馮·卡門(mén)的計(jì)算，在這條奇妙的高度線(xiàn)附近，因大氣太過(guò)稀薄，難以產(chǎn)生足夠支持航空器飛行的升力，航空器只有靠提高速度才可能獲得足夠升力來(lái)支撐自身重量。當(dāng)超越這個(gè)邊界，航天學(xué)開(kāi)始發(fā)揮作用，達(dá)到第一宇宙速度（7.9km/s）的飛行器可以持續(xù)軌道運(yùn)行，而不會(huì)被地球引力吸向地面。

這條分界線(xiàn)也因此讓航空和航天兩個(gè)技術(shù)學(xué)科出現(xiàn)裂隙。傳統(tǒng)的航空器開(kāi)發(fā)主要集中在海拔20km以下的大氣層內(nèi)空域，而航天器開(kāi)發(fā)主要瞄準(zhǔn)海拔100km以上的外太空空域，其中20—100km的過(guò)渡地帶被學(xué)界稱(chēng)為臨近空間（Near Space），這片抬頭可探星辰、俯身可觀地面的神秘區(qū)域，是目前人類(lèi)尚未大規(guī)模利用的空白區(qū)域。

傳統(tǒng)客機(jī)集工業(yè)制造大成，可以做到安全起降數(shù)萬(wàn)小時(shí)，但是卻很難達(dá)到臨近空間的飛行高度，更無(wú)法突破大氣層。而傳統(tǒng)航天器集尖端科學(xué)技術(shù)為一體，但大多數(shù)只能一次性使用。

可在臨近空間高超音速飛行，自由穿梭大氣層的空天飛機(jī)，是全球科學(xué)家們正在努力追求的目標(biāo)   ——同時(shí)具備“自由進(jìn)出空間、按需返回地面、多次重復(fù)使用”等特征的空天往返運(yùn)輸系統(tǒng)，是未來(lái)降低航天運(yùn)輸成本、拓展人類(lèi)出行邊界的理想運(yùn)輸工具。

這種飛行系統(tǒng)又可分為無(wú)人和載人兩種形態(tài)。一次性使用的無(wú)人飛行器，主要就是當(dāng)前已經(jīng)逐步投入實(shí)用的高超音速導(dǎo)彈。而可重復(fù)使用的高超音速無(wú)人飛行器則是下一個(gè)即將實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)——航天運(yùn)輸方面，可以部分替代現(xiàn)有的固定式發(fā)射火箭，以更低成本向太空發(fā)射微小衛(wèi)星或者往空間站運(yùn)送貨物；航空運(yùn)輸方面，可以部分替代現(xiàn)有的飛機(jī)運(yùn)輸，以更高效率的方式實(shí)現(xiàn)洲際點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸，具有巨大的商業(yè)潛力。

可以載人的空天飛機(jī)則將成為超音速客機(jī)和航天飛機(jī)的復(fù)合體，不僅可以在極短時(shí)間內(nèi)將乘客送達(dá)目的地，也有望成為未來(lái)太空旅游的主要運(yùn)載工具。

技術(shù)進(jìn)步往往依賴(lài)于問(wèn)題的產(chǎn)生。從航空工業(yè)發(fā)展角度來(lái)說(shuō)，飛得更快、更高的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸工具，將極大改變?nèi)祟?lèi)現(xiàn)有的洲際運(yùn)輸和空天出行方式；而從航天科技發(fā)展角度來(lái)說(shuō)，廉價(jià)、機(jī)動(dòng)、可重復(fù)進(jìn)入太空的飛行器，將顛覆現(xiàn)有以運(yùn)載火箭進(jìn)出空間為主的運(yùn)輸方式，開(kāi)辟以高頻次發(fā)射和大規(guī)模空間應(yīng)用為特征的新航天時(shí)代。

可以預(yù)見(jiàn)的是，從無(wú)人飛行到載人飛行、從單次使用到重復(fù)往返，臨近空間高超音速飛行正在逐步顛覆航空航天的邊界定義，通過(guò)科技跨域融合創(chuàng)造出一種全新的空天經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)。而這種代表未來(lái)趨勢(shì)的技術(shù)躍遷，必將在此后數(shù)十年內(nèi)，深刻改變我們的產(chǎn)業(yè)和生活。

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