NASA是美国高超声速技术领域重要的牵头单位之一，长期致力于高超声速技术的探索与研究，领导并参与了多项该领域科研计划，具有丰富的技术积累和研发经验。
近年来，NASA在高超声速技术领域不断推出新的研发思路。2017年12月，NASA发布高超声速研究概览，强调当前高超声速技术的研究重点应当聚焦在基础研究方面，高超声速技术的基础研究是保障长期发展的重要动力。
一方面要充分利用积累的试验数据，利用这些经验证的数据来进一步强化基础研究能力；另一方面还要开展专项研究，以评估军、民用高超声速技术成熟度；最后要重视高超声速技术相关试验设备的建设和试验能力的提升。为在实践中落实这些研发思路，NASA同年启动了“高超声速技术项目”（HTP）。
一、高超声速技术项目
HTP项目主要工作内容包括通用的高超声速技术挑战（包括推进技术、高温耐受材料、飞行器技术和热防护系统）和高超声速基础研究和提升分析工具两个方面，详见图1。
图1 HTP的工作范围。
HTP计划的基础研究包括：
（1）系统设计、分析和验证；
（2）高超声速推进系统技术（包括模态转换和燃油喷射和 混合方案）；
（3）可重复使用飞行器技术（附面层转换预测能力）；
（4）高温耐受材料，其进度安排如图2所示。
图2 HTP的基础研究内容和时间表。
除了继续加强高超声速技术基础研究，在HTP计划支撑下，NASA还逐渐将长期的高超声速技术研究向潜在的商业应用转移。NASA在对新兴民用高速飞行领域进行了详尽调查，并通过多项研究以深入了解高超声速飞行的关键问题，试图真正理解该领域的设计空间、市场需求、技术支撑以及性能要求。
目前，NASA已在HTP框架下将四个新合同分别授予了通用电气公司（GE）、Aerion超声速公司、Hermeus公司和维珍银河公司，旨在开展高超声速飞机设计和推进系统研究。
二、HTP计划分包商研究任务
（1）GE的研究任务
GE的研究任务为涡轮基组合循环（TBCC）发动机和耐高温陶瓷基复合材料。材料研究将涉及由碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）和碳/碳化硅（C/ SiC）制成的耐高温、轻质陶瓷基复合材料。
GE在高超声速材料方面拥有专有工艺，可以制造适用于高温/高压环境的航空航天部件。另外，GE还可使用熔渗（MI）和化学气相渗透（CVI）两种工艺来制造这些材料系统。MI工艺将液态硅渗透到多孔复合材料结构中，并将碳转化为碳化硅，所获得的SiC/SiC材料在高达1370℃的温度下表现出卓越的多用途能力。CVI工艺利用化学蒸汽在多孔复合材料结构中沉积SiC，所获得的C/SiC或SiC/SiC结构具有一定的多用途能力，最高温度可达1650℃。这些类型的陶瓷基复合材料具有良好耐高温性能，非常适用于高超声速飞行。
图3 GE研究F101发动机是否适用于高超声速飞机。
TBCC发动机的研发方面，GE需要研究/分析F101涡扇发动机是否适用于NASA的高超声速飞机。F101发动机最初是为B-1A轰炸机设计的，后来用于CFM56涡扇发动机的核心机，是该类型中唯一具有2.0涵道比的动力装置。
NASA认为，F101发动机可将NASA高超声速飞机加速至TBCC的冲压部分接力的速度。F101相对较高的涵道比将使大多数流动在被节流时可以绕过核心机，以免核心机的压气机和涡轮的工作温度超过极限。
（2）Aerion的研究任务
Aerion公司在过去十年中一直专注于超声速AS2的开发，AS2的设计最大巡航速度为Ma1.4，航程超过9800km。2021年年初，Aerion还披露了新一代超声速客机AS3，可搭载50名乘客，能以Ma4速度飞行13000km，预计在未来十年内首飞。
不过在2021年5月，Aerion公司发布公告称由于资金问题，AS2项目将停止运营，尚且不知这会对该公司的其他项目有何影响，后续发展还有待关注。
图4 Aerion的AS3超声速飞机概念图。
2021年2月，Aerion公司宣布获得NASA HTP项目的合同，旨在“加速实现高速商业飞行和更快的点对点旅行，特别是研究在Ma3～Ma5速度域中的商用飞机可行性”。Aerion公司在HTP下的研究工作将聚焦于该速度域的超声速/高超声速飞机的推进和热管理技术。通过与NASA的合作研发，Aerion公司将评估推进系统和热管理技术的参数适用性。
（3）Hermeus的研究任务
NASA与Hermeus公司开展高超声速技术合作，该公司在2019年5月披露了Ma5高超声速民用飞机研发项目，计划充分利用现有和短期内可实现的技术，研制一型最大巡航速度达到Ma5、载客20人左右、航程约7400km的高超声速民用飞机。
据该Hermeus公司官网在2021年3月18日的公告，其与NASA在HTP项目下签订一项关于研究和开发高速飞机的协议，NASA将评估技术成熟度并交流关键技术。这两个组织将合作开发飞机的使用方案，包括分析高马赫数推力性能、热管理、综合能量生成和座舱系统。
Hermeus公司的TBCC发动机由涡轮发动机和亚燃冲压发动机组合而成，其中涡轮发动机将采用现货发动机进行改进，前端加上一套Hermeus公司开发的预冷器。采用常规的航空燃油，涡轮发动机的工作区间是从起飞至Ma3.3，而亚燃冲压发动机的工作区间则是从Ma2.8～Ma5。
2020年2月，以捷克PBS公司的TJ100微型涡喷发动机为基础，Hermeus公司设计的TBCC发动机完成了发动机海平面静态试验。同年，该发动机还成功完成了高速直连式试验。
图5 Hermeus用于实验的缩比发动机。
NASA和Hermeus合作的技术方案将用于更大尺寸的缩比TBCC发动机，该发动机采用的涡轮发动机以GE公司的J85-21为基础进行改装（图6）。采用相同的结构，新的TBCC发动机流量将是原来发动机的10倍，其尺寸可以配装飞行器。Hermeus计划在2021年年底开展该TBCC发动机的海平面静态试验。
图6 Hermeus对GE J85-21发动机进行改装。
（4）维珍银河的研究任务
NASA在2020年与维珍银河公司签订一项太空法案协议，就高速民用运输技术开展合作研究。维珍银河公司的高超声速民用飞机的设计方案为可搭载9-19人，可在全球现有机场条件下起降，最高速度为Ma3，飞行高度超过18km，并且可结合客户需求实现客舱布局定制（如定制商务舱或头等舱等）。
动力方面，基于罗罗在高马赫数飞行器动力系统具有的丰富经验，维珍银河公司选择罗罗研发新型高速飞机推进技术。同时，维珍银河公司还计划通过该飞机的设计，引领业界使用最新的可持续航空燃料。
三、小结
（1）从TBCC关键技术转入高超声速飞机
NASA在高超声速技术方面拥有丰富的研究经验，曾成功开展X-43A的飞行试验。在FAP（隶属于NASA航空计划下的基础航空项目）计划下开展的高超声速研究主要针对TBCC关键技术，如缩尺进气道模态转换（IMX）、大尺寸进气道模态转换（LIMX）以及高速涡轮涡扇研究等。
从NASA启动HTP项目正式开展高超声速飞机及其推进系统技术研究可看出，NASA在前期研究的基础上，已从TBCC发动机的关键技术攻关转入飞发一体化的设计和研究。
（2）政府直接主导高超声速飞机项目
美国正在高超声速飞机领域不断发力，由政府直接主导高超声速飞机项目。
继Blackswift项目下马之后，美国高超声速飞机概念的提出与研究多是企业机构的行为，如洛马在2013年提出的SR-72和波音的女武神高超声速飞机。随着高超声速技术的突破和发展，这项技术不再局限于军事领域，同时会加速向民用领域扩展。
NASA的高超声速技术项目的启动和新开展的高超声速飞机研究项目让我们看到，政府再次走到高超声速飞机概念研究的台前，或可预示着美国高超声速飞机动力技术的储备可支撑飞行器的先期研究。
