在由中科院和湖南卫视联合制作的《以先辈之名 立时代新功》系列宣传片中，出现了国产“MD”宽域飞行器进行返场试飞的高清画面。
一架“双尾蝎”大型无人机挂载了一款名为MD-19的飞行器，在飞到比云层还要高得多的高度上，释放了MD-19飞行器，然后由后者转入自主飞行和返场。宣传片内容证实，这款宽域飞行器在6年时间内完成了9次试飞任务，特别是“成功完成了全球首次临近空间发射航空器试验，实现跨域机动飞行和安全返回”。
2022年珠海航展上，MD-22模型就曾首次公开亮相。当时数据：长约10.8米，翼展近4.5米，空重1吨，最大起飞重量4吨，速度最快可达7马赫，而最大航程为8000公里。
图片来源：微博网友@超大sea
根据公开资料，MD家族的主体研发单位是中国科学院力学研究所，这个家族有亚轨道飞行能力，属于临近空间飞行器，是当下最先进的空间运载器之一。视频显示，它们除了从TB-001“双尾蝎”无人机投放外，也能从高空气球上投放。这些无人机的设计与2022年在珠海航展上出现的MD-22高超音速试验平台有关。
宽域飞行器，宽在哪儿？
01
稠密大气层一般认为有三四十公里厚。现役战斗机一般最大飞行高度，也就是实用升限指标，绝大部分都在20公里的稠密大气层以内。
MD家族实用升限即飞行高度指标，2022年，MD-22露面的时候，被认为具备一定的亚轨道飞行能力，而亚轨道通常指距地面20-100公里的空域。
可以认为，MD既可以在稠密大气层内飞行，同时也可以在亚轨道飞行。
MD外形透露了什么？
02
MD采用小翼展。机翼向后缩，靠近后机身，大机翼后掠角，针对高超声速飞行，兼顾突破音障和热障。
双侧倾垂直尾翼、三角翼设计，有副翼。翼展小，但比起火箭或者导弹，还是有较大面积，则主要针对稠密大气层内部的飞行。明显使用各种性质的气动安定面。
配备可伸缩的三点式起落架，可以从常规跑道降落。当然，是否具备完整的起飞能力尚在疑问中。目前的实验是通过第三方空投进而启动主发动机的形式进行的。
图片来源： 微博网友 @超大sea
有分析认为MD-22可能采用1台吸气式主发动机+2具火箭发动机的配置。吸气式发动机，到底是冲压还是超燃冲压发动机？未来还有什么可能？这些就不好说了。
“高超”是个啥？
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什么是“高超”？得说马赫数。
研究飞行问题，经常要用到飞行速度与声速的比值。奥地利物理学家恩斯特·马赫在相关研究方面贡献很大，后人为纪念他，就把这一比值叫做马赫数。但是，大气湿度、温度及密度等因素，都会影响到声速的大小。也就是说声速大致分布在一定区间内，并不是一个固定值。比如，气温每升高1°C，声速就会增加0.607米/秒。我们经常说的声速，是假定在海平面高度、气温15°C的条件下，此时音速约为340米/秒，合1224公里/小时。
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“高超”，是大家对高超声速飞行器约定俗成的简称，通常是指飞行马赫数大于5的飞行器。说明飞行速度是声速的5倍。目前常见的“高超”，包括高超声速导弹（巡航或滑翔）、有人或无人驾驶的高超声速飞行器，以及空天飞行器，MD家族应该是最后这种。
在2019年国庆阅兵中出现的东风17导弹就是一种高超声速飞行器
采用了独特的乘波体滑翔弹头
除了速度，“高超”为什么还要考虑“热”问题？
04
高超声速飞行器再入大气层时，因强烈的气动加热作用，机体结构温度会迅速上升，结构的力学性能也会跟着发生改变，部件内部及相邻位置可能会积攒热量，产生热应力，甚至会在极端高热的状态下出现热变形。而机体结构变形后，围绕机体的空气流场也就变了，带动机体温度分布情况也会跟着改变，因此总的情况会变得更加复杂。
高超声速飞行器结构表面和内部温度非常高，不同部件部位可能温差很大，瞬间的温度变化也非常剧烈，可能会出现热颤振问题。除了气动力、气动热外，高强噪声也会降低飞行器的材料、结构的寿命。
MD技术有多难？
05
难在“宽域”
工作环境十分苛刻，同时考虑在稠密大气层内外的飞行。
难在多学科交叉
涉及空气动力学、热学、力学、声学、材料学……在飞行过程中会不断“挤压”空气，也就是对空气“用力”做功，从而使空气温度剧烈上升，升温后的空气反过来又加热了飞行器。这就是我们常说的气动热。此外，高超声速飞行器还要面临高强噪声、氧化、振动等，而这些因素是综合作用在一起的，也就是我们常说的“耦合”。比如，高超声速飞行器在大气层内高速飞行时，头锥由于气流加热，表面温度可达到1600 ℃，同时噪声量级可达到175分贝以上，这是典型的高温、高噪声。除此之外，飞行器还需要承受较大的气动压力和过载。
难在复杂严酷的外部条件
飞行环境在大气层内外切换，带来了严峻挑战，会导致材料性能退化，结构强度很可能遭到破坏，一旦出事，严重威胁飞行安全，影响任务的达成。美国研发HTV-2高超声速飞行器，两次试飞都失败了，都是由于热防护结构强度失效导致的。所以，设计和研制高超声速飞行器是非常不容易的事情。
“高超”能干什么？
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21世纪空天科技的新制高点。速度快、突防能力强、隐蔽性好、反应时间短等优点，可以实现高空侦察、高速突防、远程精确打击，具有重大战略价值。如果把相关技术应用到民用领域，还可能极大缩短洲际飞行的时间，让乘客做到当天往返于全球任何两点之间。在军民用航空航天领域具备重大应用前景。
编辑/云苓
审核/老虎
风上风云｜云端故事
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