关于某型高超音速无人机的发射报道，毫无疑问是今年最重大的事件之一。然而由于官方公布的资料非常有限，这款无人机仍然存在许多未解之谜，人们信誓旦旦的分析，其实都只是臆测。但如果忽略这些嘈杂的声音，着眼于未来，在国防工业飞速进步的背景下，"高超音速"这个词汇将会成为经常被提及的技术概念。这标志着飞行器技术领域迎来全新变革，进而催生出多种装备构想，包括高速远程导弹、可载人及无人飞行器、太空飞行器，以及在太空对抗中使用的空间导弹等。
钱学森积极推动下，我国于1957年设立了冲压发动机研究机构，1960年，国内首台冲压发动机完成顺利点燃，1969年，我国首款冲压发动机成功进行飞行测试，跻身少数几个具备冲压发动机研发能力的国家行列。五十年代中期，国内航空领域曾探索过超音速飞行器技术，其中一项标志性成果是由北京航空学院（现北京航空航天大学）主导研发的“北京四号”，它是中国首架用于高空高速测试的靶机。这款飞行器于1958年4月启动建造，按照马赫2.5的速度标准设计，动力系统选用了冲压喷气发动机。
高速飞行与高空环境对动力系统提出特殊要求，气动外形设计、耐热材料研发以及推进技术是核心挑战。在诸多要素中，优先发展动力系统是推进高超音速飞行器研制的基本方针。由于工作环境特殊，这类飞行器的动力装置主要采用吸气式发动机，或通过多种发动机组合来实现。
高超音速飞行器的极速飞行必定伴随着极高海拔，它的飞行轨迹可能已经进入航天航空、跨越大气层的领域，也可能达到接近外层空间的临近区域，甚至即便在地球大气层之内，其飞行高度也能达到三万米。这种环境跟眼下大多数普通飞机的飞行区域大相径庭，因此涡轮喷气式发动机就因为进不了足够的空气到燃烧室，又因为高速飞行时高温会烧坏涡轮叶片，而无法运转了。所以，另一种吸气式发动机——冲压发动机，就变成了发展超音速飞行器时不可或缺的核心动力技术。
压气机式动力装置，包含进气部分、燃烧部分和排气部分，高速气流通过进气部分被减速并压缩，随后进入燃烧部分与燃料发生燃烧反应，形成高温气体，这些气体再经由排气部分膨胀并加速喷出，进而形成推力。涡轮喷气式发动机的构造中不包含压气机和涡轮这类旋转部件，因此能够避免前述运动部件的烧毁现象，同时由于运行时对速度的要求更为严苛，导致空气的充盈量显著增加，进而克服了在缺氧状态下进行燃烧的助燃物不足的难题。冲压发动机的构想由法国工程师雷内·劳伦于1913年首创，从此法国与冲压发动机建立了深厚联系，同时出现了以雷内·勒杜克为代表的冲压发动机狂热者，并且世界上首架采用冲压发动机的喷气式飞机也在法国问世。
高音速飞行器飞行高度持续增高时，进入近太空以上区域，冲压发动机将无法继续工作，此时必须采用火箭发动机。对于空天飞机这类需要穿越大气层，或进行跨介质飞行的超高速飞行器，为了适应不同环境条件，必须配备多种动力装置，并实现多种组合方式。例如SR-71最初采用的涡轮喷气式发动机和冲压发动机混合的J58动力系统，还有涡轮喷气式发动机同冲压发动机、火箭发动机联合使用的方案。
冲压式发动机如今已不再是新鲜事物，它早已在防空导弹、空对空导弹、反舰导弹（尤其是苏联体系在超音速反舰导弹技术上的持续探索）等作战平台获得了广泛部署。与导弹领域普遍采用的固体火箭推进器相比，冲压发动机具备无需自带氧化剂、热功转换效率极高、单位质量推力比能量密度大等显著长处。这些应用的发动机大多采用"亚燃"模式，超音速飞行时，进气口配备减速装置，将来流速度降至声速以下，气流进入燃烧室后，与油气混合燃烧，此时处于亚音速环境，故得名"亚燃"。这是一款名为“流星”的主动雷达空空导弹，它采用了冲压发动机和固体火箭助退器的组合方式，因此能够同时实现远射程和高速飞行，凭借出色的性能，它成为了欧洲多款第三代战机以及新引进的F-35第四代战机常用的中距离空战装备。
亚燃冲压发动机主要适用于五六马赫以下的飞行器，例如前面提到的超音速导弹。飞行速度超过这个数值的高超音速飞行器则采用“超燃”发动机，这种发动机让迎面而来的气流先减速到大约三马赫，然后以极高的超音速进入发动机进行压缩，并与燃料混合燃烧，从而产生强大的推力。这种做法降低了“亚燃”在高速气流减速至亚音速时产生的激波损耗，减缓了动能向热能的转化速率，从而抑制了燃料室温度的快速攀升，同时也减轻了冲压发动机的机械承压。正因如此，超燃冲压发动机的飞行速度，不仅能够突破5马赫，只要材料性能和配套条件支持，其理论极速并无上限。
因此，超燃冲压发动机的研制工作在冷战期间70至80年代就已经启动，这使其成为当前最完善、起步最早的高超音速推进方案，从俄罗斯率先实施的超燃冲压发动机飞行试验“冷”计划，到本世纪美国进行的X-43A、X-51A飞行试验，以及德国、法国、日本、澳大利亚、英国等国近年来相继开展的相关飞行器或发动机的试验活动。美国在超燃冲压推进技术领域的研究始于上世纪70年代，历经多年探索，直到2010年5月X-51A动力飞行试验取得显著进展，标志着该技术从理论验证迈向工程实践阶段，其发展历程充分展现了技术攻关的艰巨性和复杂性。这是一张关于德国SHEFEX发展计划的示意图，SHEFEXⅡ在2012年的飞行测试中，于大气层中达到了11马赫的超高速，并且成功承受了2500摄氏度的高温。
“寒”计划的试验平台源自于已停用的远程防空体系萨姆-5(C-200)的5B28导弹进行改造，去除了战斗单元和制导装置，加装了发动机原型及各类监测装置，1991年11月27日苏联首次实施了亚燃超燃冲压发动机原型机的系留测试试验成功促使发动机完成从亚音速燃烧到超音速燃烧的跨越，这一突破性进展将超燃冲压发动机的研究从地面理论层面推向了实际应用阶段，同时也巩固了俄罗斯在相关技术领域的领先优势地位。
这项发动机的制造挑战，不难明白，关键在于它要在极高音速的条件下运行。在环境条件远比喷气式发动机苛刻的场合，对构造和材质的标准极为严苛，因此当前超燃冲压发动机的可运行区间非常有限，其最长连续运转时长目前仅能维持在几分钟、上百秒的级别，怎样将发动机的运行时长加以延长，就变成了超燃冲压发动机后续研发的核心课题与挑战所在。图为兰利8英寸高温风洞里的X-43A全尺寸模型。
超高速气流进入引擎时始终保持超高速状态，高速气流在引擎内部停留的时间仅有数毫秒，而要在如此短暂的时刻内实现燃料与空气的完全融合并成功燃烧，同时确保燃烧室不被高速气流迅速冷却，这是一个极具挑战性的任务。因此，提升燃烧室技术，增强燃料燃烧效能，以及进一步加大发动机推力，都是未来研发工作的关键方向。图为J58在地面进行试验。
这种冲压发动机的运行温度极高，这就要求采用耐热性能优异的材质。以图中那种涡轮喷气与亚燃混合设计的J58为例，其发动机内部温度可达到3200华氏度，折合为近1800℃的极端高温。所使用的材料必须能够经受住如此严苛的温度挑战，同时还要在高温环境下维持稳定的性能，并且拥有足够长的使用寿命，正因如此，钛合金才会被广泛应用于高速飞行器的制造中。然而，若要延长超燃冲压发动机的运行时长，使其持续数分钟，那么发动机的材质问题同样是亟待攻克的关键技术瓶颈。
虽然冲压式发动机（尤其是超燃冲压发动机）在高超音速飞行器技术体系中占据着关键地位，但这类发动机必须在较高的飞行马赫数条件下才能正常运转，所以需要搭配其他动力装置，以便在起飞阶段加速到冲压发动机能够投入工作的速度区间，从而弥补动力上的不足。当前服役的该型一次性超音速导弹，其动力系统采用固体火箭助推器，负责初始加速阶段，当速度达到特定阈值时，助推器会自动脱落，随后导弹的冲压发动机开始运行，从而进入超音速巡航状态。这是一张图片，拍摄于2004年11月16日，画面中，载机NB-52B携带着X-43A飞行器和“飞马座”火箭，开始升空飞行，在13157米的高度，火箭成功点燃，随后X-43A达到了它的超燃冲压发动机所需的高速，最终这架飞行器创下了9.65或者9.68马赫的速度记录。
对于能够多次飞行的航天发射工具或高速飞行器，就必须在机体上安装其他动力装置，和冲压发动机组成联合推进系统，确保在整个飞行过程中保持动力运行。现在解决这个问题的方法主要有两种：一种是火箭基组合循环推进方案，另一种是涡轮基组合循环推进方案。X-51A所使用的SJX-61碳氢燃料超燃冲压发动机，在启动阶段仍需借助火箭提供初始动力，这种辅助推进方式目前无法省略。
当前冲压发动机的最低有效速度，传统亚燃模式出现在3马赫附近，而高超音速飞行器的核心超燃模式启动时需要达到5马赫以上。因此，在涡轮喷气与超燃冲压组合动力系统中，可能仍需亚燃冲压发动机进行补充。所以，在TBCC涡轮基组合循环发动机里，冲压发动机就必须同时能够实现超燃运行状态，也能够达成亚燃运行状态所必需的。
这种亚燃、超燃的组合存在两种思路。其一为亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机，该类型发动机借助不同燃烧室达成亚燃/超燃协同运作。其构造原理在于：发动机的进气道被划分为两个区域，一个区域负责将部分气流导入亚声速燃烧室，另一个区域则负责将剩余气流导入超音速燃烧室。亚燃燃烧室不仅能够应用于三倍音速飞行，还可以在四倍音速和五倍音速时期为超燃燃烧室引燃并保持稳定燃烧状态。该方案的技术难度不大，研制成本不高，不过其有效工作马赫数区间相对有限，因此更适用于像美国HyFly计划那样的一次性高超音速飞行器。
另一种是亚燃和超燃两种模式都能使用的冲压发动机，这种发动机的用途比较大，并且已经进行了深入的研究工作。这种双模式冲压发动机在原理上，当飞行速度超过六马赫时，会以正常的超燃状态运行，而当速度低于六马赫时，会借助特殊装置在进气口制造出正向冲击波，利用冲击波使气流减速，直到低于音速，这时双模式冲压发动机就会切换到“亚燃”运行状态。双模态推进装置一般可在四个飞行速度级运行，例如当前研究重点在于三至七或四至八速度级，并且技术进步使得它能够覆盖更广的速度范围，比如二至十二速度级。这幅画面展示了X-51A的吸气式喷气发动机在风洞里模拟高超声速环境中的正面气流。
借助亚超燃冲压发动机，TBCC涡轮基循环发动机推进系统里，冲压发动机的启动速度可以更加降低，超燃冲压发动机和涡轮喷气式发动机的组合便成为可能，这样就能充分发挥这两种发动机的性能长处，因此使得高超音速飞行器获得了在不同介质中飞行的本领。美国在HTV系列高超音速飞行器开发过程中，HTV-3X是关键环节，其具备跑道起降性能，包括乘波体构造、短翼装置和垂尾配置，尤其突出的是机体底部安装的两台涡喷-超燃冲压混合动力系统。
涡轮基组合循环发动机的一种成熟范例是SR-71“黑鸟”所搭载的J58发动机，该发动机是其达成超三马赫高速并实现长时间巡航飞行的核心支撑。从构造角度剖析，这种发动机由涡轮喷气发动机与加力燃烧室/亚燃冲压发动机两种单元依次衔接构成。当飞行速度低于两马赫时，主要依靠涡轮喷气发动机发挥作用，空气经由涡轮叶片、压气机等部件进入燃烧区域完成燃烧过程。当飞行速度达到3马赫，很多空气不再流经最前方的压气机部分，而是直接涌向安装在后面的亚燃冲压发动机，前方的涡轮喷气发动机此时仅贡献全部推力的百分之十七，亚燃冲压发动机担当起主要的动力来源。
串联式混合动力发动机，包含两种布局，一种是冲压燃烧室置于涡轮发动机下游的串联型，另一种是冲压燃烧室围绕涡轮发动机外涵道布置的环绕型。此类混合动力发动机具有结构集成度高、重量较轻、安装便捷、技术较为成熟等优势。然而，由于两种动力单元的共用通道较多，导致彼此间的控制与协同工作难度加大。而且涡轮发动机需要拥有更宽广的运行区间，这通常意味着必须运用可调循环方案，因此当前新型高超音速飞行器计划中TNCC普遍采用联合动力模式。
同串列布局相比，另一种常见的组合动力装置是并联式涡轮冲压发动机，这种设计通常将涡轮部件安装在整体结构的上方位置，而冲压部件则布置在下方区域，两者共享进气系统与排气系统，不过为了满足两种发动机的工作需求，进气系统与排气系统均具备可调节功能。这种组合方式发动机的长处在于操控比较方便,两种动力系统的转换也比较容易,对涡轮动力的标准有所降低,不过这种并联方式也带来机体构造复杂、占用空间较大、与飞行器整体融合困难等弊端。SR-72上的并列式TBCC布局就是实例,其中两种动力模式间流畅的转换始终是外界关注的技术核心。
RBCC火箭基组合循环发动机本质上是在亚燃/超燃发动机上加装了一个火箭动力单元。加装火箭动力单元后，整个发动机的工作流程与涡轮基发动机相比发生了显著不同，具体分为四个运行阶段，分别是火箭抽吸、亚燃燃烧、超燃燃烧以及纯火箭模式。这是一张由NASA盖伦研究中心研发的GTX飞行器设计图，该飞行器的RBCC部分采用了中心对称的布局方式，三个RBCC的吊舱紧密贴合在飞行主体的外壁上
在操作流程上：起初是火箭发动机与亚燃/超燃发动机同步点燃，高速飞行器从地面启程，当时的速率，介于零到三马赫之间。那个时刻，亚燃/超燃发动机都无法正常运转。火箭依靠自身产生动力，同时，火箭燃烧产生的高温气体，与空气混合后，通过旁边的进气道进入亚燃/超燃发动机的燃烧空间，和燃料发生反应，起到一个辅助燃烧的补充效果，此时主要的动力都由火箭提供。
当高超音速飞行器速度超过3马赫时，火箭的喷气量开始下降，空气可以正常进入亚燃式和超燃式发动机，先后切换到亚燃式和超燃式运行模式。最终，高超音速飞行器速度达到8马赫（或10/12马赫）并离开大气层，亚燃式和超燃式发动机的进气口完全封闭，随后重新点燃火箭发动机。
TBCC涡轮基组合循环发动机同RBCC火箭基组合循环发动机相比较，前者在安全性能、可靠程度和经济价值方面表现更优，后者若要设计成可重复利用的方案，其技术研发的挑战性会非常显著。后者整体构造更为简洁，体积和质量都更易把握，因此有助于提升稳定性和维修便利性，其最突出的长处还是火箭推进装置的高推力重量比，并且能够应用于外层空间轨道工况。
回顾围绕“高超音速飞行器”的动力技术发展情况，再审视先前试飞过的未公开无人机，若仅从动力技术进步角度推测，前景较为乐观的话，那么现阶段可能属于超燃技术的初步探索阶段。若以更为客观的态度对照美国在此方向长达数十年的持续研究来看，部分媒体对该款无人机的过分夸大、甚至神化的报道，只能被视作缺乏依据的煽动性言论。国内冲压发动机技术进步情况，近期官方常见报道提及获得“冯如奖”荣誉的王振国先生，此前较新的资讯则包含中国工程院院士、中国冲压发动机事业关键奠基人之一的刘兴洲先生的观点，他强调中国坚持自主研制，使得冲压发动机领域始终能与世界顶尖技术水平看齐。
依据刘兴洲院士的构想，我国的高超声速飞行器发展将分三个阶段推进，首先在2020年以前，要研发出高超声速巡航导弹，其最大飞行速度达到六倍音速，作战距离在一千到两千公里之间，并且能够装载于多种平台；其次从2020年到2030年，要研制出高超声速飞行器，其巡航速度要超过五倍音速，飞行距离超过一万公里，能够实现一两个小时之内完成全球范围的抵达；最后在本世纪末，要在前两个阶段的技术积累上，研发出可重复使用的空天飞行器，这种飞行器能够穿越大气层，高空飞行速度可以达到十二到二十五倍音速，可以直接进入地球轨道执行任务，任务完成后能够以再入大气层滑翔的方式返回并实现水平着陆。 (作者：拦阻着舰)
