研制中的美国高超声速导弹
按照哈尔滨工业大学有关专家的论文，碳-碳复合材料在惰性气氛保护环境下具有优异的高温力学性能，但由于碳元素特殊的性质，它在空气环境下℃便开始发生氧化现象，且随着温度的升高，氧化速度逐渐加快。也就是说，在稠密大气中使用，无论采用东风17那样的助推滑翔弹道，还是X-51A那样的巡航弹道。碳-碳复合材料都会和氧气发生反应，很快就把自己烧掉了。为了解决这个问题，中美科学家们都采取了很多办法。主要可以分成三种：第一种是改进材料结构，即使有所烧蚀也不会影响强度；第二种是在里面添加一些烧蚀材料，比如锆元素的化合物，温度升高的时候让它们先烧掉，保护碳-碳复合材料本身；第三种是加涂层，把氧原子挡在外面，不和碳原子反应，涂层的种类很多，包括金属、玻璃、陶瓷，等等。碳纤维复合材料
但即使采用了各种办法，碳-碳复合材料的耐高温指标也不能让人满意。一般用在不超过摄氏度的情况下。多数情况下在~摄氏度下使用。这么高的温度，连钢铁也融化了。为什么还是不能满足高超声速武器的研制需求呢？这是因为速度越快，气动加热就越剧烈。如果材料耐热性能无法提升上去，就意味着高超声速导弹的使用受到巨大限制。如果在低空的稠密大气中使用，速度和射程不能进一步提高。如果要提高速度和射程，就必须把导弹推到高空稀薄大气中飞行，降低气动加热的强度，但这会导致暴露攻击意图。而且当导弹从高空俯冲下来、攻击地面目标的时候，还是要穿越稠密大气。如果这时候减速来缓解气动加热，动能杀伤效果就会大打折扣；不减速，弹体可能就烧掉了。要想达到更高的飞行速度，就要选择另一大类热防护材料：超高温陶瓷。超高温陶瓷的种类很多，按照有关文献的数字，它们的熔点高达摄氏度以上，某些陶瓷在实验室中表现出了比碳-碳复合材料更优越的性能。有趣的是，陶瓷本身在高温环境下也是要氧化的，但是通过合理选择材料配方和结构，氧化层反而会保护后面的陶瓷材料，确保导弹结构稳定。无论中美科学家，对这两种材料的优劣都是非常清楚的。实际上，美国科学家在超高温陶瓷领域一直开展广泛而深刻的研究。并且取得了相当不错的试验结果。航天飞机的碳-碳复合材料防热瓦严重烧蚀
那么，美国国防部这次为什么还是要把碳-碳复合材料投入批产，来支持高超声速导弹的研制？答案很简单，美国的超高温陶瓷研制进度可能并不顺利。超高温陶瓷的研制是个非常艰苦的过程，具体陶瓷配方的研制完全是个“一炉一炉扔钱”的过程。要经过漫长的尝试才能突然发现一种合用的配方，其中的很多试验几乎就是在黑暗中摸索，反复失败几乎是家常便饭了。有了配方，要想制造合格的陶瓷材料，难度也非常大。其实超高温陶瓷的制造方法和我们常用的瓷器一样，就是用高温烧制，让材料内部发生反应，达到人们想要的物理和化学性质。然而超高温陶瓷的这个指标，可比茶壶高太多了。所以，国内外每年都为此发表大量的文献，却还没有哪个机构公开宣布，自己的超高温陶瓷烧结工艺可以投入大批量生产了。既然合适的超高温材料还没研制出来，美国*方着什么急下单呢？在报道中，巴特勒科技提到了这样一句话，这项合同将为美国提供“继续追赶乃至超越强大对手在高超声速武器方面的能力”。很显然，美国对中、俄在高超声速导弹上的领先地位非常着急，认为自己已经处在落后状态了。那么宁可采用性能低一点的材料，也要先把型号搞出来，批量装备到部队。至于超高温陶瓷的应用，等到下一代再考虑吧。或许这里还有一个因素。在超高温陶瓷的配方选择中，锆这种金属占了很大的比重。然而，全球锆矿石的探明储量多数不在中国也不在美国。其中澳大利亚和南非分别占65.38%和17.95%。其他锆储量相对丰富国家还有印度、莫桑比克和印度尼西亚。中国和美国的锆资源储量基本相等，都仅占世界储量的0.6%，只有澳大利亚的百分之一。美国如果依靠澳大利亚的锆矿来保证高超声速导弹研制装备，就面临着海上交通线的安全问题。用碳-碳复合材料就没有这个问题了。这个问题对中国来说或许更严重，能不能保证锆资源供应，对于我们的高超声速技术发展，是个必须解决的难题。（作者：孔新）预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇