2020年3月30日，美國平流層發(fā)射系統(tǒng)公司公布了其在高超聲速飛行器領(lǐng)域的最新布局規(guī)劃，包括Talon-A和Talon-Z兩型高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)。其中，Talon-A高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)通過載機(jī)發(fā)射速度可達(dá)Ma5~7，正在進(jìn)行原型樣機(jī)的構(gòu)型和計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)，計(jì)劃在2022年實(shí)現(xiàn)初步運(yùn)營能力。
基本情況
Talon-A、Talon-Z分別是平流層發(fā)射系統(tǒng)公司對2018年提出的Hyper-A和Hyper-Z概念進(jìn)行更名調(diào)整后的高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)項(xiàng)目。平流層發(fā)射系統(tǒng)公司由已故億萬富翁保羅?艾倫（原微軟聯(lián)合創(chuàng)始人）于2011年創(chuàng)辦，但在2019年10月年所有權(quán)發(fā)生變更，售賣給一家私募公司博龍資本（Cerberus Capital）。在新的管理層接手后，該公司最近宣布將高超聲速飛行研究作為重點(diǎn)，并對先前的高超聲速飛行器研制計(jì)劃進(jìn)行了更新。
根據(jù)該公司官網(wǎng)信息，Talon-A旨在研制一型Ma6級、可重復(fù)使用的高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)，可靈活地搭載各種任務(wù)載荷、傳感器，使高超聲速試驗(yàn)變得更為日常。而Talon-Z此次未公布任何研制信息，但從Hyper-A與Hyper-Z的定位關(guān)系來看（Hyper-A為Hyper-Z的亞尺度版本，旨在為Hyper-Z降低技術(shù)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)并提供操作經(jīng)驗(yàn)），Talon-Z應(yīng)該也是Talon-A的“放大版”，定位于Ma10級左右的大型飛行試驗(yàn)平臺(tái)。
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總體方案變化
Talon-A與Hyper-A的總體參數(shù)基本保持一致（機(jī)長和翼展有小幅度調(diào)整），如表1所示，同樣采用無人駕駛設(shè)計(jì)，但在氣動(dòng)布局和動(dòng)力形式方面有所變化。
表1 Talon-A、Hyper-A/Z和載機(jī)的總體參數(shù)
如圖1和圖2所示，盡管Talon-A和Hyper-A均采用大后掠三角翼和常規(guī)垂直尾翼設(shè)計(jì)，但Talon-A是在機(jī)身有一個(gè)單垂尾，Hyper-A則是在兩側(cè)均有垂尾。
至于動(dòng)力，Hyper-A采用推力可調(diào)的液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，完全由平流層發(fā)射系統(tǒng)公司自主研發(fā)，并在設(shè)計(jì)上采用了增材制造技術(shù)；而Talon-A則由一種“吸氣式液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”提供動(dòng)力，不需要攜帶機(jī)載氧化劑。平流層發(fā)射系統(tǒng)公司的通信與市場部門總監(jiān)阿特·佩蒂格魯向英國簡氏網(wǎng)站表示，該發(fā)動(dòng)機(jī)可看作是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的組合形式，Talon-A飛行器前體的進(jìn)氣道一體化設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)置于曲線形頭錐產(chǎn)生的沖擊錐中，從而可為飛行器提供壓縮氧氣，避免了攜帶氧氣劑，節(jié)省了重量和空間。佩蒂格魯還透露，正在與發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商商談合作，尋求合適的動(dòng)力系統(tǒng)。
圖1平流層發(fā)射系統(tǒng)公司2020年公布的Talon-A/Z飛行器概念圖（上為Talon-A，下為Talon-Z）
圖2平流層發(fā)射系統(tǒng)公司2018年公布的Hyper-A/Z飛行器結(jié)構(gòu)圖（上為Hyper-A，下為Hyper-Z）
圖3“平流層發(fā)射”載機(jī)
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發(fā)射方式及運(yùn)行構(gòu)想
Talon-A搭載“平流層發(fā)射”載機(jī)，從跑道上起飛爬升至10.7千米高度，與載機(jī)分離，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火能從Ma5加速到Ma7，進(jìn)行超過1分鐘的高超聲速飛行試驗(yàn)，最后滑翔返回，在常規(guī)跑道上水平著陸。Talon-A也可以依靠自身的動(dòng)力自行從常規(guī)跑道上起飛。
“平流層發(fā)射”載機(jī)由平流層發(fā)射系統(tǒng)公司自主研制，是世界上最大的飛機(jī)，采用雙機(jī)身設(shè)計(jì)，能夠像其他飛機(jī)一樣從跑道上起飛和降落，2019年4月在加利福尼亞州的莫哈維航空航天港進(jìn)行了長達(dá)2.5小時(shí)的飛行測試。該載機(jī)設(shè)計(jì)最多可搭載三架Talon-A，從而能夠在一次飛行中執(zhí)行單任務(wù)或多任務(wù)，實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行試驗(yàn)更加可靠和常態(tài)化的目標(biāo)，目前計(jì)劃2023年進(jìn)行多任務(wù)的飛行測試。
平流層發(fā)射系統(tǒng)公司在設(shè)計(jì)理念上，重點(diǎn)突出靈活這一特點(diǎn)。Talon-A可根據(jù)客戶需求，自定義整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)的測試儀表位置，包括可定制化的有效載荷容量、有效載荷在外部和內(nèi)部均可安裝、以及提供涵蓋傳感器、光學(xué)窗、儀器、材料、高超聲速數(shù)據(jù)等在內(nèi)的試驗(yàn)服務(wù)。
情報(bào)評述
新規(guī)劃表明平流層發(fā)射系統(tǒng)公司的業(yè)務(wù)重心已由發(fā)射服務(wù)轉(zhuǎn)向高速飛行試驗(yàn)服務(wù)
平流層發(fā)射系統(tǒng)公司成立的初衷是提供空中發(fā)射服務(wù)，主要研制一系列小至中型運(yùn)載火箭以及一型可完全重復(fù)使用的太空飛機(jī)。2018年提出Hyper-A/Z研制計(jì)劃，一方面是認(rèn)為航天運(yùn)載火箭與高超聲速飛行器在許多技術(shù)和設(shè)計(jì)上是相通的，Hyper-A/Z可用于研究它們的通用技術(shù)領(lǐng)域（如空氣熱力學(xué)、流動(dòng)物理學(xué)、高溫材料、飛行控制和軌跡、儀器儀表和設(shè)計(jì)工具等）；另一方面也是瞄準(zhǔn)美國軍方需求，針對高超聲速飛行試驗(yàn)市場進(jìn)行提前布局。在2019年經(jīng)過所有權(quán)變更后，該公司明顯轉(zhuǎn)變了運(yùn)營方向，將高超聲速飛行研究作為重點(diǎn)，主要面向政府和企業(yè)客戶提供可定制、可重復(fù)使用、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)得起的高超聲速飛行試驗(yàn)及相關(guān)服務(wù)。其在官網(wǎng)首頁放出的標(biāo)語“建設(shè)和運(yùn)營高超聲速試驗(yàn)平臺(tái)”（Building and Operating Hypersonic Testbeds）也印證了這一轉(zhuǎn)變。
這一轉(zhuǎn)變的背后，折現(xiàn)的是美國在高超聲速飛行試驗(yàn)領(lǐng)域的旺盛需求。自2018年美國防部將高超聲速技術(shù)列為首要優(yōu)先事項(xiàng)以來，美國在高超聲速科研領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)投入逐年大幅增長（2021財(cái)年申請預(yù)算高達(dá)32億美元，相比2018財(cái)年的執(zhí)行額11.9億美元增長近169%），當(dāng)前針對高超聲速武器化目標(biāo)全力推進(jìn)作戰(zhàn)裝備攻關(guān)，對高超聲速飛行器具有大量密集的飛行試驗(yàn)與鑒定需求。正是看準(zhǔn)這一點(diǎn)，平流層發(fā)射系統(tǒng)公司才轉(zhuǎn)變業(yè)務(wù)重心。
圖4 平流層發(fā)射系統(tǒng)公司官網(wǎng)首頁
與2018年的研制計(jì)劃相比，新設(shè)計(jì)方案在經(jīng)濟(jì)性、試驗(yàn)頻次和寬裕試驗(yàn)?zāi)芰Ψ矫婢兴嵘?，更注重市場化考慮
根據(jù)平流層發(fā)射系統(tǒng)公司2018年發(fā)表的關(guān)于Hyper-A/Z開發(fā)計(jì)劃的論文，其當(dāng)時(shí)的發(fā)展重點(diǎn)是Hyper-Z這個(gè)大型的高超聲速飛行試驗(yàn)平臺(tái)，而Hyper-A則主要充當(dāng)降低風(fēng)險(xiǎn)、奠定基礎(chǔ)的作用。就Hyper-Z的總體方案來看，其性能指標(biāo)非常先進(jìn)，能夠?qū)Ω鞣N飛行曲線進(jìn)行試驗(yàn)，包括最大馬赫數(shù)/最高溫度剖面、助推滑翔式外大氣層剖面、高超聲速機(jī)動(dòng)飛行剖面，但相應(yīng)地，技術(shù)難度、投入成本和研制周期也不言而喻；而Hyper-A作為過渡的中間型號，技術(shù)難度降低，能夠更快實(shí)現(xiàn)，但相對于如此巨型的載機(jī)來說，分?jǐn)偟陌l(fā)射成本過高，經(jīng)濟(jì)性較差。
新公布的Talon-A在先前基礎(chǔ)上，從氣動(dòng)布局和推進(jìn)系統(tǒng)方面均進(jìn)行了優(yōu)化，節(jié)省了推進(jìn)劑重量和內(nèi)部空間，并且其內(nèi)外均可承載有效試驗(yàn)載荷的設(shè)計(jì)冗余度，以及可同時(shí)在載機(jī)上搭載三架試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)理念，使其能適應(yīng)多種飛行試驗(yàn)需求，同時(shí)能夠有效降低單次試驗(yàn)成本和減少試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間。綜合來看，Talon-A更有益于平流層發(fā)射系統(tǒng)公司爭奪高超聲速飛行試驗(yàn)市場。
