千亿珠海航展“卖场”把这些航空科技卖成了现金

  两年一度的珠海航展在11月12日-17日举行，作为我国军工“秀肌肉”的绝佳舞台，航展上出现了多款引人瞩目的新型装备——新一代隐身战机歼-20、中型隐身多用途战斗机歼-35A、重型舰载战斗机歼-15T、直-20突击直升机、彩虹-7隐身无人机、“虎鲸”大型隐身无人艇等等。

  据中国航天科技集团数据，展会时间过半，已签署了 70 余项合作协议及合作意向，签约金额近 600 亿元。在上届航展中，首日现场签订合作协议金额达2500亿元人民币，成交飞机量超350架。

  所以，珠海航展不仅是中国展示航空航天技术实力的重要舞台，也逐渐演变成为一个集展示、交易、交流于一体的综合性平台。纵观全球，中国在全球军火出口排名里排第4，市场占有率大概只有5.8%，跟美国俄罗斯和法国这些老资格的军火商比起来，差距挺明显的。能把我们的技术转换成真金白银，才有利于持续研发和发展。

  此次航展的商用航空部分比往年规模小得多，军事技术成为焦点。防空系统、雷达、导弹和飞机等各种硬件挤满了室内和室外的会场。

  澳大利亚战略政策研究所高级分析师马尔科姆·戴维斯表示：显然，这些发展表明，将继续全面现代化其能力，这是反干预战略的一部分。所有这些加在一起，使中国的 A2AD 更具杀伤力，并扩大其覆盖范围。”A2AD 是“反介入/区域拒止”的简称，是一种通过使敌人难以进入战场来避免正面战斗的军事策略。

  而小编在和读者、朋友讨论时发现，在媒体新闻耳濡目染多年之后，大家都慢慢的开始默认所有的新式装备都具备隐身特性，那么，什么是隐身技术，为何需要有隐身技术，大家都隐身的话，又怎么发现对方呢？

  无论隐身战机还是隐身舰艇，这里说的“隐身”都不是科幻作品里的视觉隐形，准确来说是隐藏目标特征信号，目标特征型号包括电磁、红外、可见光、声、烟雾和尾迹等六种特征信号，之所以现代战机越来越强调隐身技术，是因为统计多个方面数据显示，空战中80%~90%的战损是由于战机先被敌方观测到，然后遭到敌方先制攻击所致。降低平台特征信号，就降低了被探测、识别、跟踪的概率，因而能大大的提升生存能力。

  目前来看，随着雷达技术的持续不断的发展，动辄数百公里的探测距离让敌我双方都仿佛开启了“天眼”，所以现代战争都强调“超视距作战”，所以装备隐身主要是针对的就是雷达。

  而雷达又是怎么探测物体的呢？简单来说就是发射电磁波再检测反射回来的电磁波，能够准确的通过探测目标的电磁波信号截面积来判断探测目标的尺寸，毕竟现代战机动不动就十几米长十几米宽，假如没有隐身技术加持，在雷达上几乎一看一个准。

  了解了雷达的工作原理，我们就有相应的对策了，既然你是通过电磁波截面积来判断我战机尺寸的，那我们做一些技术性的手脚，让电磁波截面积变小不就行了么？雷达隐身材料也就应运而生了，它能够吸收衰减入射的电磁波，并通过吸收剂的介电振荡、涡流以及磁致伸缩，将电磁能转化成热能而耗散掉，或使电磁波因干扰而消失。

  除此之外还有红外隐身涂料，因为战机几乎都是超音速巡航，机身与空气摩擦后快速升温，红外特征会很明显，而红外隐身涂料能控制温度或控制红外辐射的发射率，以此来降低红外特征。除此之外还有激光隐身涂料、可见光隐身涂料、纳米涂层、等离子隐身等技术。

  当然，除了涂料之外，机身设计也是对雷达隐身的关键，比如歼-20的尖顶拱形机头、翼身融合、DSI进气口、武器内置设计等等。

  从技术参数来看，大家可能常常看到一个RCS数值，这正是雷达散射截面（Radar Cross section）的英文缩写，比如根据模拟计算，F-35的正面RCS数值只有0.0015平方米，约等于三个乒乓球的大小，足以“欺骗”雷达。

  经常上网冲浪的读者朋友肯定都听说过一个名词：相控阵雷达。目前，世界上已经有多个国家在舰艇和战机上配备了相控阵雷达，配备相控阵雷达的数量和质量慢慢的变成了衡量军队武器装备和防御网络先进与否的一项重要指标。那么到底什么是相控阵雷达？相比传统雷达，相控阵雷达有哪些进步与发展呢？

  前面我们解释了雷达的基本工作原理：发射电磁波并接收碰到物体后反射回来的电磁波，以此判断物体距离和尺寸。传统雷达是机械雷达，在工作过程中要一边转动天线一边发射电磁波，存在扫描时间差的同时因为指向性固定，所以必然存在盲区。而相控阵雷达就是针对这样一些问题最简单粗暴的解决方案——用许多个小型传统雷达组建阵列，让它们面向不同的方向同时发射电磁波，一下子就解决了延迟和盲区的问题。

  不过，最开始的相控阵雷达只有一个发射器和接收器，一次只能发射一个电磁波束，只是检验测试范围变大了而已，并没有完全利用阵列的多进多出的优势，这种相控阵雷达就是“无源相控阵”雷达。与之对应的就是有源相控阵雷达，也就是每个小雷达都安装了发射器与接收器，能轻松实现信号的多进多出，一次跟踪多个目标，至此，有源相控阵雷达也渐渐在军事大国之间普及开来。

  当然，问题都是一个接一个的，雷达探测距离公式有两个重要参数：天线孔径和功率。在天线孔径一定情况下，功率就成为提高雷达探测距离主要途径。

  对于有源相控阵雷达来说，就是提高发射器和接收器模块功率，但更大功率意味着更大电压，再加上发射器和接收器模块能量转化效率较低，大部分能量转化成了热能，所以更大功率也代表着更大的热量，这些都对发射器和接收器模块增加功率提出了挑战。

  这时候，以氮化镓为代表的第三代半导体就成为了解决实际问题的关键，因为氮化镓的特性恰好就是耐高压、耐大功率和耐热，与此同时体积、重量还能进一步缩小。

  好巧不巧，我国在全球镓金属供应量占比达到了95%，资源储量占比也有68%，而且早在2017年，我国首条8英寸级硅基氮化镓生产线所联手推出的新一代射频芯片项目获得了“国家科学技术进步一等奖”，达到了世界先进水平。

  而在我国，技术一旦从“工业皇冠”上除名，就从另一方面代表着很快就能卷成白菜价，所以在极短的时间内，氮化镓有源相控阵雷达就从“天顶星科技”降维到了农产品级别，现在甚至农户防野猪都用上了氮化镓有源相控阵雷达，而且参数达到了在5~10公里范围内同时监控100个目标，可实现无人机联动驱离的水准。

  除了在万米高空的你躲我找之外，无人机也是今年珠海航展的一大看点，尤其以蜂群无人机最受关注，此前我国团队在沙特国庆典礼上用6000台无人机玩了一把“法天象地”，震惊了全世界，但也有不少人提出疑问：无人机技术我国是什么水平，现在也能完全自研可控么？

  答案当然是肯定的，包括科思科技、幻思创新等国内相关企业都曾明确说，当前的蜂群无人机采用了全栈自研解决方案，从算法到芯片都是自研。蜂群无人机之间的通信采用超宽带无线技术，也就是苹果用户可能相对熟悉的UWB技术，其技术原理是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线数据传输，类似于微型的北斗定位系统。

  通过在基站和无人机之间发送高频无线电信息，测量无人机到每个基站的距离，再通过高精度定位算法计算出无人机之间的位置，从而自主依据集群算法和轨迹指令进行集群飞行、编队飞行、轨迹飞行等精准飞行。和WiFi和蓝牙相比，UWB无线通信具备高精度、抗干扰以及高稳定性的优势，而和毫米波雷达相比，UWB又有超高的性价比、传输距离远的特点。

  事实上和雷达一样，目前我国的无人机技术已内卷到了各行各业当中，既有专用于远程打窝的钓鱼无人机，载重2公斤，最大飞行距离5公里，可以飞到湖中心投放吊耳，钓获岸边垂钓无法钓到的稀有鱼。除此之外，咱们现有的重型农用无人机载重已能达到50公斤的水准，可以运农药、种子、化肥，也可以浇水、施肥。

  而在一些偏远山区，特制的300公斤负载无人机也慢慢的开始投入到正常的使用中了，可以在一些高落差地形上快速运输物资，极大提高偏远地区援建效率，也大幅度的降低了运输途中的事故发生率。

  当民用都卷成这样的时候，军用就更不必多说了，无侦-8型高空高速隐形无人侦察机几乎就是“科幻”一般的存在，最大飞行高度50000米，最高速度6马赫。

  这个参数有多夸张呢？现役载人战斗机最高升限大多只有20000米，飞行速度也不过2马赫，目前全球最大射高的防空导弹，最大射高也只有30000米出头，所以无侦-8的规格，目前全世界防空系统都只能对它“干瞪眼”。

  而且本届珠海航展我们还拿出了彩虹-7、九天等新款无人机，所以在这样的领域，我们确实已经做到了世界第一梯队的水准。

  既然说到了高度，在本届珠海航展上，航天领域也有不少新技术推出，航空领域我们已站起来了，那么放眼星辰大海，我们又有哪些值得期待的看点呢？

  日前，中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所自主研发的“昊龙”货运航天飞机正式亮相，标志着中国在太空物流领域迈出了坚实的一步。

  “昊龙”货运航天飞机的诞生，源于中国空间站货物运输成本降低的迫切需求。随着空间站建设的不断深入，货物运输的频率和数量都在持续不断的增加，如何在保证运输效率的同时减少相关成本，成为摆在科研人员面前的一道难题。为此，中国航空工业集团成都所积极做出响应国家号召，组织了一支精英团队，历经数年潜心研发，终于成功推出了这款具有自主知识产权的货运航天飞机。

  根据中国航空工业集团的介绍，“昊龙”货运航天飞机实际长度是10米、宽8米，总重量不超过现役货运飞船“天舟”的一半，“天舟”货运飞船重约13.5吨。航天飞机是一种由火箭发射入轨、水平降落的航天器，是航天技术和航空技术融合的产物。

  “过于先进，不便展示”——可多次重复使用的“昊龙”货运航天飞机本身是“航天飞机”的一员，实际上也是“可重复使用的近地轨道载人货运航天器”的一个细分，该领域能够说是航空航天金字塔尖的存在。

  航天飞机的概念最早可以追溯到20世纪50年代，当时科学家们设想了一种可以重复使用的飞行器，能够在地球表面和近地轨道之间往返运送宇航员和有效载荷。这种设想结合了火箭和飞机的特点，旨在降低太空任务的成本和提高灵活性。

  而在1969年4月，在“阿波罗登月计划”行将结束之际，美国国家航空航天局（NASA）开始考虑建设可重复使用的航天运载工具。经过5年时间的研究，1977年2月，NASA研制出第一架轨道器：企业号航天飞机。1977年6月18日，企业号航天飞机进行了首次载人试飞，并于1977年8月12日圆满完成试飞任务。1981年4月12日，第一架正式投入到正常的使用中的航天飞机——哥伦比亚号航天飞机成功发射，绕地球飞行36周后安全着陆，轰动了全世界。

  尽管航天飞机取得了巨大的成功，但其系统过于复杂（机身超过250万个零件），技术和系统维护需要大量的人力物力，导致成本高昂。此外，航天飞机在发射和返回过程中也面临一定的安全风险。因此，在综合考虑成本、安全和技术等因素后，NASA决定退役航天飞机。

  航天飞机作为人类历史上第一种可重复使用的航天器，其设计和运营经验为后来的重复使用运载火箭奠定了基础。虽然航天飞机在实际使用中面临了一些挑战，如高昂的维护成本和复杂的技术方面的要求，但其可重复使用性的理念却对后来的火箭发展产生了深远的影响。如今，慢慢的变多的火箭开始采用可重复使用技术，如SpaceX的猎鹰9号火箭，其第一级火箭可以在发射后返回并重复使用，大幅度的降低了发射成本，提高了发射效率。

  同时，航天飞机的成功运行标志着液体燃料火箭技术的重大突破，这一技术进步为后续的火箭发展提供了重要的技术支持。

  当年Discovery航天飞机搭载了Goddard火箭发动机，很好地推动了液体燃料火箭技术的发展，一些火箭企业更是直接将航天飞机的发动机进行改进后就直接用，让“后背”火箭企业少走了不少弯路。而液体发动机就是航天飞机乃至可回收火箭的核心。

  相比固体发动机，液体发动机优势显著。固体发动机没有系统阀门，固体燃料存储在燃烧室中，一旦点燃，将以预定的速率平稳燃烧至所有燃料被消耗。

  液体发动机设计更复杂，燃料与氧化剂分开储存，并能够准确的通过需要通过阀门调节燃料供应，因此在功能上可以允许进行关闭、重新再启动等重复操作。

  从可回收的可行性角度上，一方面，固体发动机的整个壳体包裹燃烧室，实现回收的成本更高，另一方面，一旦发动机点火，固体发动机没办法实现液体发动机经过控制燃料流量或停止并重新点燃，液体发动机在实现火箭可回收的技术上对比固体发动机有着非常明显的优势，发展高性能、高可靠性的液体发动机也是实现可回收火箭的基础，液体发动机就是可回收火箭的“心脏”。

  发动机设计首先从循环方式的设计开始，全流量分级燃烧是目前火箭推进剂利用效率最高的循环方式。循环方式，即发动机的推进剂输送系统，在性能考量方面并不存在绝对最优的选项，因此循环方式的设计常常要在性能之间做出取舍。按技术难度梯度进行大类排序，可以简单理解为“泵压式＞挤压式”“闭式＞开式”。

  当前液体运载火箭的主流循环方式选择是分级燃烧循环和燃气发生器循环，而代表最先进的技术的循环方式是全流量分级燃烧循环，这也是分级燃烧的一种，由 SpaceX 的猛禽发动机率先实现量产并投入到正常的使用中。猛禽发动机以其推力最大、效率最高、可复用低成本优势闻名。

  在相同的规模下，液体火箭运载能力更大，主要得益于液体发动机更高的燃烧效率。从推力、比冲等火箭发动机性能指标的角度上，SpaceX 的梅林发动机也更强于常见的固体发动机。

  国内方面，包括中国航天、蓝箭航天、深蓝航天等对液体发动机亦保持持续投入，并取得可观的进展。2022年，由西安航天动力研究院自主研制的液氧煤油发动机首次实现重复飞行试验验证。该型发动机作为某飞行器主动力装置参加首飞试验后，经检测维护，再次装配并顺利完成了重复飞行试验国内首次实现了液体火箭动力的重复使用。

  火箭的“心脏”就是发动机，发动机的推力关系到能运载多大质量的航天器，更大的推力意味着具有更高的载重负荷。以近地轨道卫星为例，大推力火箭可以一次性运载更多的卫星，有效做到更高的发射效率以及更低的发射成本。动力作为航天发展的关键，已成为全世界航天界的共识，发展大推力火箭的需求日益迫切。

  液体发动机成为商业航天“心脏”的同时，推进剂则是航天飞机和火箭发动机的“血液”。火箭动力系统在设计前要选择推进剂，出于供应和成本角度的考虑，液氧/甲烷是商业液体火箭未来星际探索的有力保障。目前液体火箭的推进剂普遍采用氧化剂+燃料的双组元形式，备选燃料主要有煤油、甲烷、液氢。

  发动机的比重越大，完成相同工作量所需的燃料就越少，效率和能耗成本也就更优化。尽管液氢燃料发动机的比冲最大，但密度比冲最低，这意味着液氢的贮箱体积更大，导致火箭的运载能力降低。甲烷发动机比冲次之，但密度比冲大幅缩小。因此，甲烷燃料成为一个折中的方案。

  此外，选用甲烷燃料的成本极低，仅为液氢的1%。另外，甲烷制备相对容易，方便在外星球就地取材，并且不会产生积碳问题，使发动机具备良好的回收适用性。商业航天公司研制的液体火箭发动机一般选择从技术成熟的煤油燃料入手。

  目前，国内商业航天公司已积极开展甲烷发动机的研制。2023年7月，朱雀二号火箭发射成功，这是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，对我国商业火箭事业意义重大，也为我国的太空基建打下了坚实基础。

  本文转载自“壹零社”，原标题《千亿珠海航展“卖场”，把这些航空科技卖成了现金》。

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