去年岁末，英国一家曾一度盛名远播的反应引擎企业宣告破产。这家企业并非骗徒，其技术路径亦无纰漏，然而，历经三十余载的资金投入，终未能将预冷式发动机研制成功。投资者们失去了信心，资金链断裂，企业亦随之瓦解。
颇具意味的是，正当英国人黯然离场之际，我国在该领域传来了令人振奋的消息。今年伊始，我国预冷式发动机技术取得了突破性的进展。更令人惊叹的是，我国并未局限于单一的技术路径，而是将所有可能的技术方向全面展开，全面推进。这种独特的做法，目前在全球范围内仅我国能够实现。
四马赫难题
为何当飞行器的速度超过四马赫时，常规的涡轮发动机便无法继续高效工作？
事实上，原理并不复杂。在大约20至30千米的高空，大气温度通常维持在零下70度左右。然而，当飞行器以四马赫的速度与这些空气相撞时，气流的动能便会转化为热能，导致温度瞬间攀升至600多度。这一现象尚不止于此，隐藏在激波进气道中的发动机需让超音速气流经过多级斜激波与正激波，以实现压缩至亚音速。这一过程进一步提升了温度。最终，流入压气机的气流温度可高达850至1050度。
这种温度对涡轮叶片而言堪称灾难。低压压气级的叶片根本无法承受，高温气体的膨胀导致压缩效率急剧降低，进而推力无法提升。因此，若要实现四马赫速度的突破，就必须对进气进行降温处理，这也正是预冷技术产生的缘由。
事实上，预冷的概念早在1955年便由美国人提出，然而当时并未引起广泛关注。直至1980年代，英国工程师艾伦·邦德将此理念深化，并应用于HOTOL单级入轨航天飞机的发动机设计中。随后，这一构想进一步演变为罗尔斯罗伊斯公司的RB545引擎以及反应引擎公司的SABRE引擎。
英国雄心与挑战
反应引擎公司的SABRE引擎设计无疑展现出了非凡的智慧。这款发动机具备从地面直接升空并进入近地轨道的能力，实现了所谓的单级入轨。其运作机理巧妙，采用液态氢或超临界氦作为冷却剂，能在短短毫秒间将上千摄氏度的进气温度降至零下数十度，确保涡轮发动机能够在高速飞行时保持稳定运作。由于冷空气的体积较小，单位时间内通过发动机的流量得以显著提升，而流量的增加直接转化为推力的提升。
在罗尔斯罗伊斯公司早期研发RB545型号时，他们尝试利用液氢毛细管进行直接制冷，然而，这一方法未能有效解决氢脆问题，因此项目于1988年被迫终止。随后，反应引擎公司接手该项目，并采用了氦气作为中介冷却介质，此举在技术上实现了显著的突破。直至去年10月公司破产前，他们的预冷器在地面的测试中已成功转移超过10兆瓦的热量。
然而，挑战在于此途过于艰巨。自1990年代初起便投入巨额资金，历经三十余载仍遥不可及。通用、罗罗、欧洲宇航局等财团纷纷注资，然而英国的工业基础薄弱，难以支撑起空天飞机这一宏伟项目。即便技术再为先进，若无法转化为实际生产力，亦不过是空中楼阁。终究，投资者耐心耗尽，企业亦随之瓦解。
我国亦在研发类似“云龙”的推进系统，其结构与英国“佩刀”发动机相仿。2021年，我国已成功完成预冷器在5马赫速度下的热态试验，该系统能够在毫秒内将温度降至近1000度。截至目前，据《南华早报》报道，云龙发动机在氦闭式循环系统、进气道设计、预冷器结构以及核心机等关键子系统中均取得了显著突破，外界推测其已进入工程化设计阶段。
中国并非仅着眼于这一路径。除了云龙项目，腾云工程亦在其中。腾云工程采用的二级入轨模式，其中一级为大型高超音速飞行器。该飞行器可攀升至30公里的高空，并以7马赫的速度飞行，随后与子级分离。子级随后点燃火箭发动机，向轨道进发，而一级飞行器则返回机场进行检修，之后可继续投入使用。相较于其他方案，这种模式的技术难度相对较低，因为涡轮发动机和火箭发动机技术均已相对成熟。然而，其难点主要集中于冲压发动机的研发上。
然而，中国在超燃冲压发动机领域早已游刃有余。早在93阅兵式中，我国便对外展示了YJ-19吸气式高超音速导弹和CJ-1000高超音速巡航导弹。目前所面临的挑战或许是实现4至5马赫的亚燃超燃模态转换，但若采用预冷加级间燃烧的双模态发动机，突破至5马赫便不再是难题。
技术路线并行推进
令人倍感惊讶的是，我国工程师更是研发出了一种创新性的方案，即采用液态甲烷作为冷却介质。在常压条件下，液态甲烷的沸点为负162摄氏度，虽然相较于液氢的负253摄氏度略逊一筹，但液态甲烷无需担心氢脆问题，且能够直接通过毛细管冷却热交换器。其结构设计简洁，成本相对低廉，且加注要求远低于液氢，因此，在民用高音速飞行器以及侦察领域的高超音速飞行器上，其性能已足以满足需求。
此冷却介质的应用范围亦涵盖液氨，乃至常规燃油。液氨的沸点约为零下33摄氏度，其冷却效能相对较低，然而，与常规发动机相配合，仍能显著提升其性能。在工程实践中，采用碳氢燃料进行预冷虽效果稍逊，却足以将飞行速度从2.5马赫提升至3.5马赫以上，成效显著。
此外，这些预冷技术不仅适用于涡轮发动机，亦能与旋转爆震、驻定斜爆震等新兴发动机相得益彰。鉴于这些发动机在迎面气流速度超过4马赫时均面临高温挑战，预冷技术的应用无疑将为各类发动机带来显著的性能提升。
大国专属游戏
在过去的五年间，我国工程师的数量已超越全球其他国家的总和，科研投入亦然。因此，中国无需在选项之间做出抉择，我们能够探索所有可能的路径，总有成功之道，亦或从中筛选出最优质的解决方案。相较之下，小国往往只能寄望于单一方向，一旦决策失误，可能将整个国家的命运置于险境。
英国反应引擎公司的遭遇恰似此例。其发展方向固然正确，然而，由于缺乏全国性的支持体系，仅凭一家公司的资金筹集，一旦投入周期过长，风险投资便会选择撤退。若政府未能及时介入，公司最终可能面临破产或被兼并的命运。
美国的困境独具特色。虽然科技实力依然雄厚，但制造业的衰退使得创意和想法难以转化为实体产品。军工产业与政府官员相互勾结，昔日依赖战争获取收益，如今直接参与的冲突减少，便转向代理人战争，或在军工研发领域谋利。从阿尔忒弥斯计划、火星采样任务、激光武器项目到驱逐舰建造计划，每个项目都追求全面，纳入了众多子计划，导致规模日益膨胀，耗费不断攀升，最终陷入难以维持的困境。
发动机领域超越
美国在两个领域感到了深深的挫败。首当其冲的是发动机技术，美国通用电气与普惠公司推出的XA100和XA101型号发动机虽强调燃油效率的提升，但推力增幅有限，且并未着重追求极速。而我国一经推出，便直指4马赫的速度极限，此举令美国深感意外，完全未能预见我国已开辟了一条全新的技术赛道。
另一焦点落在六代机之上。洛马、波音、诺斯罗普等企业纷纷倾力研发，导致其单价激增至高达2.5亿美元每架。美国空军自2023年底便开始酝酿放弃该项目的打算，直至去年8月，这一决策已趋于明朗。然而，出人意料的是，去年12月26日，我国意外地对外展示了南北两款六代机，令美国瞬间陷入被动。
本月三月，特朗普急于宣布波音F-47型机成功中标美国下一代六代战斗机项目。然而，自那以后，超过半年的时间里，我们未曾见到哪怕是一张清晰的照片或PPT展示。这在美军自二战结束以来长达70多年的战斗机研发史中尚属首次。直至近期，美国才首次对外发布了六代战斗机的俯视图：其采用无尾拉姆达翼设计，并配备了一对小型鸭翼。仔细观察之下，这几乎可以看作是沈飞六代战斗机鸭翼设计的翻版。
昔日，全球战斗机气动布局的领导地位由美军牢牢占据，而今，这一荣耀已转向我国。得益于我国军工研发与制造能力的全面振兴，我们能够在各个可能的方向上大胆尝试，勇于纠错，相较于始终着眼于盈利的美国军工企业，我们拥有着更为广阔的机遇。一旦实现技术突破，便有望以点带面，全面超越。
当前美国正面临对中国的竞争模式感到极不适应的时期。虽然科技实力尚存，即便有所衰退仍有底子，但制造业的衰退使得他们的构想难以转化为实体产品，即便有创新思维也缺乏相应的协作。面对充裕的财富却仅用于购买咖啡杯，这样的美国是否还能与中国展开有效竞争呢？
英国反应引擎公司的破产案例，实则映射了一个缩影。其技术路径无可挑剔，发展方向亦正确，然而，由于国家实力的不足，最终无奈退场。相较之下，中国在预冷式发动机、变循环发动机、爆震发动机等多个领域均展开了全面布局，每一条路径均在探索，每一条路径都取得了进展。这种策略，放眼全球，唯有我国能够独步天下。
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