前些日子，中國國產空天飛機研製的消息被外媒炒得十分火熱，有的朋友就問了，我國空天飛機研製、試驗取得了重大進展，那麼空天飛機的“心臟”——空天飛機發動機的研製究竟處於怎樣的水平？它是否也和航空發動機、船舶發動機一樣受制於“心臟病”？

　　實際上，中國在空天飛機動力技術的研究試驗上，也處於世界第一梯隊水平。這不，2020年9月21日，西安航天動力研究所官方微信公眾號發布了一篇題為《十年艱難求索路一飛沖天震九霄——我所研製的某組合動力發動機首飛成功》的新聞稿件，其中透露了一條非常重大的信息——中國的國產新型組合動力發動機，剛剛首飛成功了！

　　本次新型組合動力發動機試驗的西北戈壁

　　組合動力發動機，空天飛機的“心臟”

　　空天飛機的動力與常規飛機相比最大的特點就是，它要進行跨介質工作，在大氣層內和臨近空間不同環境狀況下都要能正常工作，而常規飛機的發動機針對的僅僅是大氣層內，主要是25千米以內的工作環境。

　　目前而言，空天飛機工作的介質環境大致可以分為三個範圍，一是距離地面大約30千米以內，這個地方是目前絕大多數常規飛機飛行的範圍，使用的主要是渦輪噴氣式發動機。二，在超過30千米，到50、60千米的地方，由於地球引力作用變小，空氣就非常稀薄了，這個時候如果使用渦輪噴氣式發動機，就沒有足夠的空氣進入發動機燃燒室，發動機就得熄火。因此目前大多數戰鬥機的實用升限都在25千米以下，只有SR-71“黑鳥”能在30千米高飛行，而且，它使用的發動機與一般常規飛機還不一樣。在這個空氣稀薄的區間空天飛機要正常飛行，就必須使用另一種吸氣式發動機——衝壓發動機。因為衝壓發動機工作的要求速度比渦扇發動機更高，飛機飛得更快，那麼就有越多的空氣進入衝壓發動機燃燒，這樣一來就可以解決稀薄空氣中的燃燒氧化劑問題。三，當空天飛機飛行高度超過60千米，達到100千米甚至於更高的高度位置，這裡的空氣已經稀薄到連衝壓發動機都無法工作的地步，屬於與外太空環境類似的臨近空間了，這裡就要用航天器上廣泛使用的火箭發動機來推動。

　　美國超燃衝壓發動機正在進行測試

　　簡單的說，空天飛機要在不同的環境下飛行，因此就需要有適應不同環境的多種動力裝置，這就是“空天組合動力發動機”。

　　從報道看組合動力發動機——可能是火箭基組合循環發動機

　　那麼，從西安空天動力研究所發布的新聞稿中，能看出哪些東西呢？這個“組合動力發動機”，具體可能採用何種技術呢？

　　目前而言，空天組合動力發動機主要分為“渦輪基”和“火箭基”組合循環發動機兩個大類。從報道的具體內容看，西安空天動力研究所此次成功首飛的新型發動機，應該屬於火箭基組合循環發動機中的一種。為什麼呢？

　　首先來看新發的試驗發射：“伴隨着巨大的響聲，一支穿雲箭劃破寧靜，縷縷白煙在藍天與黃沙的映襯下分外惹眼，仿佛架起天與地連接的橋梁。”這種詩意的筆觸，描寫的顯然是火箭助推發射時的場景，這一技術也被稱作“火箭引射過程”，這個時候，與吸氣式發動機並聯的火箭發動機開始點火，空天飛機從地面開始起飛，此時的速度，在0到3馬赫之間。

　　那麼火箭發動機成功實現引射過程之後，就要輪到與他並聯的“吸氣式發動機”工作了，它是火箭基組合循環發動機的另一個組成部分。新聞稿原文中這樣寫到：“進一步驗證了真實飛行狀態、來流條件下發動機各項關鍵技術”，從來流這個術語來分析，可以確定與火箭發動機組合的確為一種“吸氣式發動機”，所謂吸氣式發動機，就是自身不攜帶氧化劑作為燃料一部分，依靠吸氣方式從大氣中獲取用於燃燒工作的氧氣（氧化劑）從而燃燒工作的發動機，我們熟悉的噴氣式發動機（包括渦扇、渦輪軸、渦槳、渦噴和衝壓發動機）都屬於吸氣發動機範疇。

　　那麼，這個火箭基組合循環發動機中的吸氣式發動機，具體而言究竟使用的是哪一種呢？是亞燃、超燃還是渦扇發動機？

　　從報道中該組合動力發動機總師張蒙正的詩一首分析，“啟動順利流道暢，點火迅速室壓高。”很有可能是超燃衝壓發動機或亞燃/超燃組合發動機，這種發動機的特點是超聲速氣流直接進入流道，在燃燒室中與燃燒劑摻混，在高溫、高壓、高速的條件下直接燃燒，產生巨大的能量。實際上，要在超聲速甚至高超聲速來流中點燃燃燒室是非常困難的，有技術專家將其形容為“在十級颱風下點燃一根火柴”。然而從張蒙正總師自信豪邁的詩句中可以看到，超燃或超燃/亞燃衝壓發動機，模態轉換巧妙自如，產生了極高的功率增益，試驗獲得了圓滿成功。

　　一種火箭基組合循環發動機RBCC結構示意圖

　　從技術角度看，其與火箭基發動機並聯的，更有可能是一種超燃/亞燃衝壓雙模態發動機，它的機理，是超燃衝壓發動機在6馬赫以上以正常的超燃狀態工作，而當馬赫數低於6時，會利用變循環技術和調整機構在進氣道內產生正激波，通過激波讓氣流減速，從不到6馬赫減到聲速以下，這樣一來發動機就變成了亞燃工作模式。這種利用激波的方式，就有效擴展了超燃衝壓發動機的工作範圍，使其成為了一種雙模衝壓發動機。

　　結語

　　當然，關於成功首飛的新型國產空天組合動力發動機，由於目前官方並未公開予以詳細報道，其具體採用了何種結構和技術尚需要時間來給出答案，但有點板上釘釘——中國是世界上最早宣布空天組合動力發動機成功首飛的國家之一，也是在火箭基組合循環發動機上研製進度最快的國家之一。飛行器研製，動力先行，空天發動機是空天飛機最核心也是技術難度最大的關鍵技術之一，在空天組合動力發動機上取得突破，意味着中國的空天飛機距離“一飛沖天”的那天已經並不遙遠！