昨天提到了這個封面:
在咱們核心的刊物中開始整“空天變構飛行技術”了。
很多粉絲看到后第一時間私信W君,問:
“這是不是中國要搞X-37B了?”
“是不是像美國那種能上軌道再下來的無人機?”
“‘變構飛行器’到底是什么玩意兒?”
要是高情商地回答——咱們是要搞F-14那樣的構型優化、作戰半徑+性能+任務拓展的飛行器了。
要是低情商地說——這是風水輪流轉,過去幾十年我們是“看別人摔跤、學別人成功”,現在別人已經沒路了,輪到我們上場“趟雷”了。被逼到第一梯隊,是一種祝福,更是一種詛咒。
20世紀中葉,美國飛行員查克·葉格爾曾駕駛X-1火箭飛機超越“音障”,打破了當時被視為不可逾越的飛行極限。現在回過頭來看,現代的飛機已經不是能不能跨過音障的問題了,能不能超音速只存在于想或不想,而不是能或不能,在跨越音障的歷史中證明,所謂“音障”不過是人類技術與勇氣的考驗。
一晃80年過去,在人類航空航天技術中實際上沒有哪道坎比“音障”更決絕的阻斷過人類航空航天技術的發展,似乎跨過音障后的人類在航空航天事業上都是一帆風順的。
而今,當中國航空航天在“空天變構飛行技術”領域加速追趕、邁向世界第一梯隊時,一個看不見卻真實存在的“新音障”似乎正悄然逼近。這一次,阻礙中國繼續前行的不僅是空氣動力學的極限,更是戰略風險、試錯成本、組織協同和文化心態等多方面的考驗交織而成的隱形壁壘。
為什么這樣說?其核心原因就是我們已經被逼著開始搞變構飛行器設計了。
近年中國航空航天領域捷報頻傳:神秘的可重復使用試驗航天器在軌飛行數百天后成功回收,被視為中國在空天往返技術上的重要突破;在珠海航展上展出的“白帝”空天戰機模型以科幻般的姿態震撼亮相,展示了中國對未來空天作戰的大膽想象。然而,正如航空業內人士所言,這款概念機體現的能力“目前國際間尚無任何國家研發出此款空天戰機” ——換言之,中國正嘗試邁向一片無人涉足的領地。
但是在成績與雄心背后,我們必須冷靜思考:中國航空航天能否沖破這道新的音障?亦或在摸索中遭遇前途未卜的險境?
所謂空天變構飛行器,一般指那種飛行包絡極為寬廣(高度可從0一直跨越到近地軌道、速度從0到第一宇宙速度)的新概念飛行器,并且其構型可根據環境和任務自主改變。通過實時調整外形來改變氣動特性,這類飛行器力圖在更寬泛的空域和速域中保持最佳性能,以適應復雜多變的任務需求。近年來,中國在這一前沿方向投入巨大,相關研究已經取得令人矚目的進展,許多指標已躋身世界領先行列。
要了解變構實際上我們還真的可以從F-14談起:
F-14有一個很重要的設計特征,就是隨著飛機的飛行速度不同,飛機的機翼可以逐漸收攏改變后掠角度。這樣既可以在低速起降的時候獲得較大展弦比取得較大的升力,又可以在高速飛行的時候降低展弦比減小阻力而獲得更高的速度。可變后掠翼本質上就是一種變構技術。
類似的變構還有很多,例如F-8戰斗機
這是一種可變傾角機翼戰斗機。也是為了在航母上可以安全的起降,在主翼上設計了一個抬起機構,讓機翼的傾角根據不同任務特征而變化。
從而在起降的時候利用大迎角獲得更高的升力。
這些機型都有一個特點,就是在適應相應的場景的時候會采用機械結構變形成為當前技術的最優解決方案。不過,這些歷史遺產并不值得夸耀,相反都是工程師在特定技術條件下被逼無奈之舉。F-14的變形機構導致了飛機上有大部分死重為了變形這件事而存在。
從工程學的角度來看復雜的機構、額外的重量都讓這件事變得不優雅了。其實很多人很癡迷F-14是沒看到其背后的累贅。
說回我們的變構飛行器,其實是在走一條美國人的老路。
例如,清華大學團隊構想了一種“三態”可變構型的寬速域飛行器,即通過機構切換在低阻雙翼、展開單翼、折疊單翼三種構型之間轉換,以適應不同速度條件。
雖然,研究表明,這種“變體雙翼”布局在高速巡航時采用雙翼并列以抵消激波阻力,顯著提高升阻比;而在低速段又可展開為大展弦比單翼獲取足夠升力,在中等速度時則折疊機翼以降低阻力。風洞測試數據令人振奮:低阻雙翼構型的最大升阻比達到12.04,竟比傳統固定雙三角翼提高約50%,比單三角翼提高逾70%。這種大幅性能提升充分證明了變構氣動布局的潛力。
但反過來說,為什么要搞一個機體飛行過程中還能收放展開、結構比常規飛機復雜幾何倍的東西?
這件事背后的真正答案,不是“想更先進”,而是“我們已經不能再用老路來應對新問題了”。
傳統戰斗機/轟炸機的氣動布局設計,是在相對固定任務環境下的最優折中,比如F-16是空優格斗專用,B-2是高空高速滲透,這些設計都可以為某個任務優化到底。
但空天飛行器不同——它面對的是從起飛、加速、滑翔、再入、返回的全飛行剖面,每一個階段的氣動要求是完全不同的:低速時你需要大升力,高速時你要降低波阻,再入時你要熱穩定,返回時你還要高機動。
換句話說:你要一個飛行器完成多個過去由不同飛機完成的任務,而你還不能發射四架不同飛機去做它的工作。
所以,它就必須變形。必須自己適應自己所處的飛行環境。它不能是單一的構型,它必須是一個跨速域的、多剖面的、自適應系統。
這時候,“變構”不再是一種“可選項”,而是一種“生存手段”。在面對未來戰爭體系和空天多域作戰概念的演化時,如果還堅持用“固定構型+航程加油+任務改裝”那一套思維,是走不過去的。
從本質上來說,我們的航空航天器設計已經進入了另一個有待突破的“音障”區域。從地面到近地空間、從亞音速到接近第一宇宙速度,可供人類飛行器飛行的空域已經大幅度擴展,而在這個時候,在我們面前已經沒有了任何學習榜樣,這就是角色的轉變,我們從看戲的,終于變為了趟雷的。
不僅如此,西北工大與清華大學合作提出“翼-發功能重構”設計、北京航天航空大學的研究提出的自學習模型預測控制方案、任務剖面跨域化以及變形方式的多維柔性化蒙皮技術都在構建著一張宏大無比的新飛行器藍圖。
在自豪之余,其實我們應該認識到中國科研工作者在空天變構領域取得突破、逐步走到世界前沿時,也意味著一條前所未有的道路正展現在面前。成為“第一梯隊”聽起來令人振奮,但第一梯隊意味著沒有現成的榜樣——前方是無人區,沒有可供照搬的成熟模式,也缺乏可參考的失敗教訓。一切只能靠自己摸索,這無疑是一柄雙刃劍:既孕育著引領時代的機遇,也伴隨著巨大的風險與不確定性。
首先是技術風險前所未有。高超聲速變形飛行、跨大氣層往返等領域,目前各航天大國都還在探索階段。美國的X-37B軌道試驗飛行器雖然創造了單次900多天在軌飛行的紀錄,但它更多驗證的是重復使用和空間操作技術,其飛行模式仍局限于航天飛機式的軌道器,并非能夠大氣與太空自由穿梭的戰機。而俄羅斯當年的“暴風雪”航天飛機計劃更是一個警示:蘇聯耗費巨資研制出的暴風雪號只完成了一次無人試飛便因國家解體而夭折。據資料記載,暴風雪計劃是蘇聯航天史上最大、最昂貴的工程項目之一,投入了無數人力物力,卻未能真正投入運營便匆匆下馬。這說明,即便技術上接近成功,一個龐大復雜的空天項目也可能由于戰略環境或經濟壓力而功虧一簣。
如今中國在研的空天飛行器,同樣面臨技術和外部環境的雙重高風險:一方面,高超聲速、變構型、可重復使用等多個難題疊加在同一個系統里,本身就沒有前例可循;另一方面,研制周期漫長、投入巨大,如果過程中國際形勢、政策支持發生變化,也可能對項目走向產生決定性影響。這就是“無人區”探索的殘酷—你可能在毫無先例的情況下投入巨資,卻發現走到了死胡同。
同時,“第一梯隊”地位還意味著試錯成本極高。過去中國在不少高技術領域采取“跟跑-并跑-領跑”的路線,前期可以參考他人的經驗少走彎路。但在變構飛行器領域,中國正逼近領跑位置,很多領域甚至已經沒有現成他山之石。這就要求我們自己做“先行者”,容許反復試驗和失敗。然而,航空航天試驗的成本高昂——一次高超聲速飛行試驗的失敗可能意味著上億元的損失,更難以用金錢衡量的是時間和信心的消耗。
更何況,空天飛行器涉及飛行、安全、空間環境等多方面因素,試錯過程中的失敗還可能關系試飛員生命、安全隱患甚至國際影響。在這樣背景下,中國是否準備好了足夠的魄力和耐心來承受連續多次失敗的考驗?畢竟,沒有足夠多的試錯和教訓沉淀,就無法換來真正可靠的成功;但連續的失敗又可能招致質疑乃至項目被迫中止的風險。這種兩難抉擇正是領跑者必須面對的“代價”。
要知道,航空航天領域的領跑者地位實際上是血肉犧牲堆積起來的。1986年,“挑戰者號”升空73秒后解體。這場災難不僅奪走了7位宇航員的生命,更讓NASA整個航天飛機計劃停擺32個月。更重要的是——它刺穿了“技術不可犯錯”的幻想,把“試錯”這兩個字,從口號變成了沉重的、不能回避的現實。
但美國航天沒死在這一天,他們反而在這場失敗之后逐步建立起了更加完善的任務管理體系和風險評估系統。1990年代的X系列、X-37B、X-43高超試驗……你看得到他們現在走得穩,但你看不到的是背后試了多少次、摔了多少次、燒掉了多少億美元。
其實,在咱們這邊有一個很大的缺失,就是試錯文化。尤其是民間天天厲害了我的國、各種遙遙領先。——我們太渴望成功,太排斥失敗了。
問題是,試錯本身,就是所有復雜系統進化的前提。
但是W君最擔心的永遠不是技術上的問題,而是我們真的做好面對巨大災難的心理建設了嗎?
馬上,我們航天領域就30年無重大事故了,離我們最近的一次航天事故是1996年2月15日發射長征3號捆綁火箭在點火起飛后姿態出現異常,飛行約22秒后撞山爆炸。在此之后不久也就有了W君經常和大家提到的“歸零雙五條”。
也正是這個“歸零雙五條”保證了我們航天技術30年的平安。但有一句話在央視報道我們航天事業的紀錄片中說過“災難是在你忘了它的時候降臨的”。30年過去了,我們沒有真正再經歷過航天領域的重大事故。一方面說是我們的技術管理到位,從另外一方面講并不是一件好事。
歸零雙五條立功了嗎?當然立功了。
如果我們要評選中國航天三十年穩定發展的制度基石,“歸零”機制一定名列前茅。這套制度之所以偉大,是因為它讓工程人員不再懼于承認問題、不再逃避責任,而是通過“一級歸零、逐級調查”的方式,強行把每一次異常都轉化為系統性進步。很多航天人至今都說,那場1996年“長三乙”捆綁火箭事故之后,“歸零”就成了每一個人心中的戒尺——沒人敢再有僥幸心理。
它甚至影響了世界。國際標準化組織(ISO)在2015年專門發布了 ISO 18238 標準,全名是《Space systems — Closed Loop Problem Solving Management》,其中明確參考了中國航天多年來實施的“閉環問題整改機制”與“歸零五條”流程邏輯。我們不是在執行國際標準,而是把我們的標準寫進了國際體系。
但是,今天的問題是:歸零機制確實保障了我們的安全,但它未必保障了我們的探索能力。
因為“歸零”是一種事故之后的糾錯制度,但它不是“試驗失敗”的文化土壤。
簡單的說是它可以保證我們走得很穩,但很難讓我們玩的很野。
它適用于工程失控、操作疏忽、設計紕漏這些可復現、可追責的問題,但它很難適應那種“我們明知道這次可能失敗,但我們依然要試一次”的決策環境。
現在,我們站在無人區了
空天變構飛行器、跨域飛行系統,正在步入的正是后者——一個你必須主動失敗多次,才能找到路徑的陌生區域。
我們需要的,是一套新的試錯體系。
不是靠事故倒逼進步,而是靠主動構建的容錯驗證機制來積累經驗、沉淀數據、支持失敗。
而這套機制現在在哪?W君目前看不到。
你現在在系統里看到的,還是“成功發射”“順利返回”“性能提升”,很少看到的是:“三次試驗未達預期,但模型穩定性提升明顯”“出現偏航異常,已用于修正數據融合邏輯”。這些話,不是不能說,是沒人愿意說。因為在我們的體系里,失敗不是中性事件,而是一種需要解釋的“問題”甚至是“錯誤”。
這很危險。
國家隊無失敗,現在很多人就在對私營航空的失敗不怎么容忍。其實多一點寬容會更好一點。我們的航天先驅在我們早年間發射火箭屢屢失敗的時候不也是經常說“再堅持20秒,我們就成功了”嗎?
進入無人區之后,我們的風險會成指數提高,不是烏鴉嘴而是可以直接預計,在未來我們可能會經歷重大的事故。這一切都是先驅應當付出的代價,人類在任何領域去追求極限的時候都不會存在歲月靜好。
W君不怕飛行器炸、不怕試驗失敗、不怕結構燒蝕脫落,不怕今天摔明天再摔。
W君怕的,是我們面對失敗時一句“都這么多年了還搞不好”的質問。
所以今天要說的,是另一種“音障”:
不是馬赫數,也不是氣動邊界,而是我們心里那個“不能失敗”的障。
這個“障”,比空氣還厚,比速度還狠,比技術更難跨。
但如果我們不跨過去,就會在原地——看起來風光無限,但前途未卜。
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