随着飞行马赫数的不断提升，高超音速飞行器所需的隔热材料对力学强度、热导率和耐温性提出了更严苛的要求。以往的隔热材料在1000℃以上高温环境时要么密度太大，要么强度太低，而兼具优异力学强度及隔热属性的多孔陶瓷材料就是一种比较理想的材料。近年来一直是研究学者的追求目标。然而，这两种属性在一定程度上相互制约，对于传统的多孔陶瓷来说往往难以兼得。

我国华南理工大学的一组科研团队成功地解决了多孔陶瓷隔热属性和力学强度难以兼顾的矛盾。

1月11日，据《环球网》报道，华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉研究团队通过多尺度结构设计，成功制备了兼具超强力学强度和高隔热性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。同时，该材料还展现出了2000℃高温稳定性。相关研究成果近日刊发于国际期刊《先进材料》。

报道称，华南理工大学褚衍辉团队提出通过多尺度结构设计，即通过利用超快速高温合成构造亚微米级超细孔、构建颗粒间的强界面以及引入9元金属阳离子严重晶格畸变，成功制备了兼具超强力学强度和高隔热的高熵多孔硼化物陶瓷材料。该材料在50%气孔率下，实现了337 MPa的压缩强度以及0.76 W m−1 K−1的热导率。同时，该材料还展现出了2000℃高温稳定性，2000℃热处理后收缩率仅为2.4%。2000℃原位高温过程中出现塑性形变，伴随着材料的逐渐致密化，最终力学强度达到了690 MPa。

高超音速飞行器最为关键的技术并不是发动机，而是隔热材料。

提起高超音速飞行器关键技术，很多人首先想到的是发动机技术，但实际上，对于高超音速飞行器来说，发动机反而相对容易解决。因为自从火箭发动机实用化以后，人造飞行器的最高速度早已超过30马赫。而所谓高超音速飞行器是指飞行速度介于5马赫和10马赫之间的飞行器。即便不研发新概念发动机，采用火箭发动机也能满足高超音速飞行器对于发动机的性能要求。然而，如果不解决飞行器隔热问题，仅空气摩擦产生的高温就会让高超音速飞行器被烧毁。

研究资料显示，当飞行器飞行速度达到3马赫，其机体表明与空气摩擦产生的温度就高达260℃，如果飞行速度提升到6马赫，其机体表明与空气摩擦产生的温度就高达649℃，如果飞行速度提升到8马赫，其机体表明与空气摩擦产生的温度就高达1800℃。

简而言之，隔热技术才是高超音速飞行器所需的最关键技术。

兼具超强力学强度和高隔热的高熵隔热材料是空天飞机所需的关键材料。

以往研制出来的隔热材料比较适合火箭这种对隔热时间要求不高的飞行器。例如Space X星舰第二次试飞时，在2分23秒时开始一二级分离，分离时速度为5660公里/小时，相当于5.24马赫，此时飞行高度已经达到80公里，此时空气已经十分稀薄，空气摩擦生热已经很小。整个过程中，尽管星舰承受600℃高温的时间不超过100秒，但仍需在火箭锥部和周围铺设隔热瓦。

如果换成两级组合空天飞机或者单级入轨空天飞机，那么其面临的气动加热环境又不一样了。由于采用水平起飞、加速，空天飞机需要长时间在距离地面40公里以内的空域内长时间高超音速飞行。这个过程中就面临长时间的气动加热，空天飞机需要长时间承受600℃以上高温。

以两级组合空天飞机为例，其一级和二级分离高度大约为30-40公里高空，研究表明理想的分离速度约为7马赫-8马赫，此时空天飞机需要承受不超过1800℃高温。由于一级需要滑翔返回地面，返航时只要速度高于5马赫一样要承受高温。这就对空天飞机的机体高热部位的耐热性能提出了更高要求。

由于空天飞机尺寸较大，如果采用隔热瓦来隔绝高热，那就需要铺设很大面积，将导致空天飞机自重过大，那么研制一种兼具超强力学强度和高隔热的高熵隔热材料就势在必行，这种材料可以直接与空天飞机结构件直接链接，而不需要渐变层或外挂件，可大幅度减轻为隔热所付出的重量。

我国已造出多种高效新概念组合循环发动机，攻克高熵隔热材料之后，空天飞机就基本能够实用。

用火箭发动机作为空天飞机发动机也不是不可以，但由于比冲太低，用在空天飞机上将大幅度降低其运力系数，这会导致其入轨成本高于运载火箭。为提升空天飞机运力系数，采用新概念发动机就势在必行。

根据公开报道，我国已经造出TBCC、RBCC、旋转爆震发动机、超燃冲压发动机等多种新概念空天动力。

发动机算是解决了，但是比起发动机，隔热材料更为重要，否则即便有了高比冲发动机，也会因为无法承受空气摩擦产生的高温而无法飞到5马赫以上。如今，随着这种高熵隔热材料的问世，阻碍空天飞机高速飞行的耐热问题就迎刃而解了，很快就能实用。

TBCC是一种将涡轮喷气发动机和双模态冲压发动机相结合的新概念组合循环发动机，可支持0-7马赫的宽速域飞行，0-3马赫期间采用涡喷/涡扇模式飞行，3-4.5马赫采用涡喷/涡扇模式与亚燃冲压模式并行的方式飞行，4.5-7马赫采用超燃冲压模式飞行。

实际上早在2022年，国内就已经成功进行了2次涡轮基空天动力（TBCC）变马赫数模态转化测试。通俗的讲就是我国已经造出了TBCC，然后实机测试了2次，而且都进行了涡轮和冲压模态转化测试，这意味着该测试飞机最高飞行速度超过4.5马赫，甚至有望达到7马赫！

从2023年5月3日“西安航天动力研究所”微信公众号发布的新闻报道来看，最晚在2022年，我国就已经造出两级组合空天飞机验证机的一级，并进行了实机测试！

二级组合空天飞机由最高飞行速度达到7马赫以上的一级运载器和二级组合，二级相当于传统火箭的二级，早已不存在技术难度，想实用除了要造出一级之外还要攻克“两级分离技术”。这是因为高超音速状态下，空天飞机两级组合体分离时极其微小的变化都可能引发大碰撞而损毁。

2023年7月15日，央视报道了我国怀柔激波风洞，现场负责人姜宗林称：风洞研究的话，我们已经把高超声波分离的概念解决了，从实验的角度，我们非常成功、非常安全解决这个问题了。另外我们还要做不同飞行速度下面那样一个分离，是我们在任意情况下都可以分离，这些情况做完之后，拿到这些数据的话，飞行器设计、飞行实验就非常容易了。

这也意味着我国已经具备开展两级组合空天飞机从水平起飞到高空两级分离，再到二级加速到第一宇宙速度进入近地轨道的技术能力。简而言之，在建成JF22激波风洞，开展高超音速状态下两级分离模拟测试之后，就宣告我国已经可以研制出能够实用的两级组合空天飞机。

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