创新是引领发展的第一动力。

前沿科技的价值，不仅在于探索未知、突破极限，更在于服务国家战略需求、回应经济社会发展需要。一批具有战略意义的创新成果正从实验室走向产业和社会应用，在推动技术进步、改善生活品质中释放创新价值。

作为连接高校创新资源与区域产业需求的重要平台，研究院始终聚焦国家战略和产业发展前沿，推动基础研究、关键技术攻关与成果转化深度融合。

“前沿解码”专栏聚焦研究院前沿科研团队和创新成果，解读技术原理，展现科研创新背后的探索历程，带领读者走近实验室里的“未来科技”，理解前沿技术如何从创新突破走向应用实践。

以数倍音速飞行，完成试验后平稳着陆，经过维护还能再次升空。一架飞行器如何实现这样的反复飞行？这正是低成本可重复使用空天飞行试验平台探索的方向。

高速飞行试验是检验空天动力与飞行器技术的重要手段。飞行速度越快，气流变化越剧烈，飞行器面临的气动、热环境和飞行控制问题也越复杂。许多技术方案需要经过多轮试验，才能不断验证和完善。然而，传统飞行试验往往面临成本高、重复开展难等问题，如何降低试验成本、提高平台重复使用能力，成为相关技术研发需要解决的问题。

围绕这一方向，研究院先进空天动力技术团队正开展低成本可重复使用空天飞行试验平台的研发。平台采用液氧煤油火箭推进方案，力求降低试验成本、提升平台重复使用能力，为空天动力及飞行器相关技术研究提供新的验证条件。

低成本可重复使用空天飞行试验平台

为什么要让飞行器反复飞？

飞行器能否稳定飞行，不能只看计算结果，还要经受真实飞行环境的检验。

以马赫数3为例，这意味着飞行速度达到当地音速的3倍。此时，飞行器周围的气流会发生显著变化，激波、气流分离以及升力和阻力的变化，都可能影响飞行状态。设计方案是否可靠，需要通过试验逐步验证。

但飞行试验往往成本高、准备周期长。如果每次试验都需要重新制造飞行器或大量一次性部件，技术迭代就会受到成本制约。

团队因此将低成本和重复使用作为平台设计的重要目标。按照设计方案，飞行器从地面倾斜轨道发射，由火箭发动机推动加速至约3马赫，随后关闭动力，利用气动升力进行无动力滑翔，最终以水平姿态着陆。

飞行试验平台气动外形

火箭发动机完成助推后，飞行器将转入无动力滑翔阶段，依靠气动升力维持飞行，并通过飞行控制系统调整飞行姿态与轨迹，最终实现水平着陆。这一过程对飞行器的气动设计、轨迹控制和着陆能力提出了综合要求。

飞行结束后，平台可通过维护实现重复使用，减少整机重复制造带来的成本。按照当前方案测算，单次飞行的燃料费用有望控制在万元级，为降低飞行试验成本提供了新的思路。具体成本优势仍需结合实际试验情况进一步验证。

破解飞行速度跨度难题

要让飞行器迅速达到数倍音速，可靠的推进系统必不可少。

平台采用液氧煤油火箭推进方案。煤油作为燃料，液氧作为氧化剂，两者在发动机燃烧室内发生剧烈燃烧，产生高温高压燃气，再通过喷管高速排出，形成推动飞行器前进的推力。

为什么选择液氧煤油？

煤油具有较高的能量密度，供应与储运体系也相对成熟，为控制推进剂成本提供了条件。液体火箭推进系统还可以围绕推进剂供应、发动机控制和地面补给进行专门设计，为重复使用探索提供技术基础。

空天飞行试验平台飞行效果图

燃料便宜，不等于飞行成本一定低。 发动机是否可靠、飞行器能否完整回收、每次飞行后需要多少维护工作，都会影响实际成本。只有把动力系统、整机设计与地面保障结合起来，才有可能真正降低重复试验的费用。

围绕更广泛的飞行速度范围，团队还在探索组合循环动力技术，研究不同动力形式的适用条件与协同方式，为未来空天飞行器的动力系统设计积累技术基础。

让AI读懂发动机内部变化

发动机运行时，内部的气流和燃烧过程往往无法直接观察，但这些变化会影响发动机的工作状态。

高速气流中的激波在哪里形成，火焰如何分布，局部流动是否发生变化，都可能关系到发动机性能。研究人员通常需要借助传感器测量不同位置的压力、温度等参数，再结合理论模型分析内部流动情况。

传感器的布设受到多方面限制。测点过多会增加设备重量、安装难度和试验成本，高温、高速等复杂环境也给测量带来挑战。

为此，团队尝试将人工智能与流体诊断技术相结合，融合有限测点获取的数据、物理模型与算法，推断发动机内部难以直接测量的流动状态。

简单来说，就是根据有限的观测信息，分析发动机内部正在发生的流动变化。

多路径CNN流场重建架构已在超声速流场监测中广泛应用

借助人工智能，研究人员有望利用有限的测量数据，更高效地分析发动机内部复杂的流动变化，并通过实验验证分析结果，为航空发动机、先进动力装置等复杂系统的运行状态识别、性能评估与故障预警提供新的分析手段。

面向真实飞行的验证

可重复使用的意义，不只是让飞行器再次起飞，还在于让每次试验获得的数据能够服务于下一轮研发。

不同的试验任务，可能需要测量不同的气动参数、发动机状态或飞行数据。为此，团队将模块化设计融入平台方案，通过更换相应模块和试验载荷，让同一平台能够适应不同的研究需求。

助推器也可根据任务需求进行定制，并探索通过软件配置调整飞行任务及相关参数，为不同试验场景提供灵活性。

飞行器返回地面后，载荷拆装、设备检查、燃料与氧化剂补充等工作同样影响下一次试验的准备时间。因此，将快速拆装与地面维护纳入平台设计考虑，通过缩短任务间隔实现试验周转效率提高。

单人可快速更换内部机载载荷/双人协助可快速完成燃料加注

与此同时，飞行器的气动、结构、推进和控制并非彼此独立。一个环节的变化，可能影响其他系统的工作状态。通过多轮试验积累数据，再将结果反馈到设计中，研究人员才能逐步了解不同技术之间的匹配关系。

立足苏州，让空天技术对接产业需求

空天技术研发涉及精密制造、材料、传感器、测试设备与智能算法等多个领域。苏州较为完善的先进制造业基础和产业配套资源，为相关技术研发与工程化探索提供了良好条件。

围绕飞行试验平台，团队还在探索人工智能流体诊断、高温测量、传感器阵列及算法预测等技术的应用价值。这些技术不只服务于空天飞行，也有望为其他高端装备的状态监测和性能分析提供参考，具体应用仍需结合行业需求开展验证。

一架飞行器能否飞得更快，取决于动力、气动与结构等技术的协同。一项技术能否走向成熟，则需要持续的试验、可靠的数据和不断完善的工程方案。

让飞行器飞得更快，也让试验成本降下来、验证效率提上去。低成本可重复使用空天飞行试验平台的探索，正是为了让更多技术方案能够在反复验证中积累经验，为空天动力与飞行器技术的持续发展提供支撑。

团队简介

先进空天动力技术团队长期以来一直进行高超声速发动机的研制。面向高超声速推进技术的前沿探索与工程突破，多次参与国家重大专项工作，为我国高超声速动力技术的自主创新提供了关键支撑。团队积极推动国际科技合作与技术交流，在高超声速能源动力领域构建了具有国际影响力的研究平台。团队系统开展了进气道设计、燃烧组织、热防护、能源管理等关键环节的攻关，已形成覆盖从基础理论研究到工程样机研制的全链条研究体系。其中，成功研制的多种超燃冲压发动机完整样机，通过了严苛的地面试验验证，为高超声速飞行器的动力系统选型提供了重要技术储备。

文稿：张嘉鋆，责任编辑：孙铭锌，审核：徐榕滨