四、更高溫的材料盡管我們過(guò)去幾十年在航天器、彈道導(dǎo)彈和超聲速飛機(jī)等飛行器上積累了大量熱防護(hù)材料技術(shù)成果，但這些都無(wú)法解決大氣層內(nèi)高超聲速飛行面臨的高熱問(wèn)題。當(dāng)速度達(dá)到馬赫數(shù)6及以上時(shí)，飛行器前緣的溫度可以達(dá)到1600～2200℃，這比鈦合金熔點(diǎn)高300℃，比鋼的熔點(diǎn)高600℃。巨大的熱流密度會(huì)在很小的區(qū)域內(nèi)造成非常大的熱沖壓和熱梯度。萬(wàn)·懷爾認(rèn)為，“前緣越尖銳，溫度就越高。問(wèn)題是你想設(shè)計(jì)成多尖銳，這本質(zhì)上可轉(zhuǎn)換成前緣結(jié)構(gòu)材料能夠耐受多高的溫度。這對(duì)于可重復(fù)使用飛行器和一次性使用飛行器來(lái)說(shuō)有很大差異。材料耐高溫性能越好，你就可以設(shè)計(jì)越尖銳的前緣，就可以獲得更高的升阻比，更好的性能。這個(gè)領(lǐng)域還有很大的提升空間�！憋w行器尺寸變化也會(huì)對(duì)熱環(huán)境產(chǎn)生影響。劉易斯解釋認(rèn)為，“人們一般不理解尺寸變化的影響。比如，如果把一個(gè)特定的高超聲速飛行器進(jìn)行等比例縮小，它的前緣一定會(huì)變得更加尖銳（前緣半徑減�。�，這就導(dǎo)致溫度更高。因此，我必須增加前緣半徑使它變更鈍，而這又反過(guò)來(lái)增加了氣動(dòng)阻力，從而進(jìn)一步影響氣動(dòng)性能。這樣的情況遇到多了以后，我們意識(shí)到我們必須對(duì)尺寸的問(wèn)題高度謹(jǐn)慎。飛行器能夠在某個(gè)特定外形尺寸下滿(mǎn)足要求，不代表我們可以將它放大或縮小仍然能夠滿(mǎn)足要求。”當(dāng)飛行器速度超過(guò)馬赫數(shù)5以后，飛行器表面的空氣本身也在發(fā)生變化。嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱將會(huì)使氧氣和氮?dú)獍l(fā)生離解，使得空氣組分和特性發(fā)生變化，進(jìn)而影響飛行器表面流場(chǎng)特性。更高馬赫數(shù)引起的空氣電離還會(huì)對(duì)高超聲速飛行器的通信和制導(dǎo)導(dǎo)航與控制產(chǎn)生影響。

邊界層轉(zhuǎn)捩后形成的湍流將顯著加劇氣動(dòng)加熱，圖為熱流密度分布云圖（桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室圖片）洛馬導(dǎo)彈與火控公司技術(shù)負(fù)責(zé)人大衛(wèi)·亨恩（David Hunn）認(rèn)為，材料是成功研制一型高超聲速飛行器所面臨的“第一個(gè)”問(wèn)題�！拔也坏貌换�于材料限制來(lái)調(diào)整我的飛行軌跡和性能設(shè)計(jì)。我們過(guò)去在這個(gè)領(lǐng)域探索得比較少。這里面又涉及到主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)、采用各種主被動(dòng)熱防護(hù)的防隔熱結(jié)構(gòu)等。但總體上來(lái)說(shuō)，輻射冷卻／熱結(jié)構(gòu)是一種更好的方式。原因很簡(jiǎn)單，它不涉及活動(dòng)部件，而且空間、重量和功率需求更小�！�

五、涂層問(wèn)題金屬材料一般很難承受這么高的熱流和溫度，目前一般都會(huì)采用碳纖維和碳基復(fù)合材料以及陶瓷基復(fù)合材料。大衛(wèi)·亨恩提到，“這類(lèi)材料雖然能夠承受高溫，但隨之而來(lái)的問(wèn)題就是抗氧化。因此需要靠表面涂層來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。能夠在1700℃以上工作的涂層包括碳化鉿和碳化鉭以及硼化鉿和硼化鋯等。這些陶瓷基材料具有非常好的抗氧化特性，因此大量研究工作都在研究采用這類(lèi)涂層來(lái)作為實(shí)現(xiàn)當(dāng)前高超聲速機(jī)體結(jié)構(gòu)的近期解決方案。但從遠(yuǎn)期來(lái)看，我們還需要開(kāi)展更多自然科學(xué)研究工作，來(lái)找出更適合的材料。大學(xué)和研究實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)研究，希望能夠采用計(jì)算材料學(xué)和元素周期律等方法理論來(lái)實(shí)現(xiàn)某種更加適合高超聲速飛行的新型材料�！�

六、工業(yè)能力就緒度問(wèn)題建立一套能夠支撐研制生產(chǎn)計(jì)劃的工業(yè)基礎(chǔ)能力是最末端且更加緊迫的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。今年上半年，美國(guó)防部采辦系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)層組建成立了一個(gè)國(guó)防部層面的“指揮部”，評(píng)估工業(yè)供應(yīng)鏈存在的強(qiáng)弱項(xiàng)。航空噴氣－洛克達(dá)因公司防務(wù)板塊高級(jí)副總裁泰勒·埃文斯（Tyler Evans）表示，“X－51A是一架推進(jìn)技術(shù)飛行驗(yàn)證機(jī)，已證明了我們掌握了超聲速燃燒的科學(xué)機(jī)理。如今10年過(guò)去了，我們應(yīng)聚焦于使超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)戰(zhàn)使用、可重復(fù)使用和經(jīng)濟(jì)上可承受。”洛克達(dá)因采購(gòu)了一家專(zhuān)攻增材制造技術(shù)的公司，以便能夠降低其固體火箭、液體火箭以及超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本。“我們已經(jīng)把增材制造技術(shù)深度融入到了設(shè)計(jì)工作中。”