今年12月，我國航天事業(ye) 奠基人錢學森誕辰112周年之際，站在新落成的長達167米、能複現每秒10公裏超高速飛行速度的超級風洞前，中國科學院力學研究所研究員薑宗林向《中國科學報》表示：“錢學森在論述科學精神時曾說，是不是真正的創新，就看是不是敢於(yu) 研究別人沒有研究過的科學前沿問題。我們(men) 用這個(ge) 獨立自主研發的大國重器支持我國的宇航事業(ye) 奔赴星辰大海，正是對錢先生的最好告慰。”

　　自2018年起，在國家自然科學基金國家重大科研儀(yi) 器研製項目（部門推薦）“爆轟驅動超高速高焓激波風洞”（以下簡稱JF-22超高速風洞）的支持下，薑宗林帶領激波風洞團隊依據我國獨創的“激波反射型正向爆轟驅動”方法，把國際上普遍認為(wei) “不能用”的正向爆轟變為(wei) “可用”和“好用”的驅動能源，成功研製出JF-22超高速風洞。

　　今年5月，該項目完成結題驗收。驗收專(zhuan) 家組一致認為(wei) ，該風洞在有效實驗時間、總溫、總壓和噴管流場尺寸等綜合性能指標方麵處於(yu) 國際領先水平。

　　前瞻引領，打造大國重器

　　人類有一個(ge) 航空航天夢，總是想飛得更快、更高、更遠。早在20世紀50年代，錢學森首先定義(yi) 了“高超聲速飛行”的概念。未來，新一代飛行器可以達到時行萬(wan) 裏、實現國際出行的早出晚歸。

　　而新一代空天飛行器的研發離不開重要的科學裝置——高超聲速風洞。高超聲速風洞通過人工方式產(chan) 生並控製高速氣流，模擬飛行器周圍氣體(ti) 的流動情況，獲得飛行器的氣體(ti) 動力學特性，相當於(yu) 在地麵上人為(wei) 建造一個(ge) “飛行天空”。

　　飛行器的速度越快，要求風洞產(chan) 生的“風”越大。科學家用飛行速度與(yu) 聲速之比——“馬赫數”度量飛行速度。在高超聲速飛行中，飛行器巨大的動能將產(chan) 生強烈的頭部激波和摩擦阻力，把飛行器周圍的空氣加熱到數千攝氏度甚至上萬(wan) 攝氏度，引起空氣分子發生解離、原子電離等複雜的化學反應。

　　“飛行器周邊的空氣起熱化學反應，這類現象超出了傳(chuan) 統氣體(ti) 動力學的研究範疇，需要創立新的理論去描述，打造新的風洞去試驗。”薑宗林表示，“新型空天飛行器研發的地麵試驗需要性能更強大的高超聲速風洞。”

　　基於(yu) 這一科學前沿問題和國家航空航天重大需求，2017年底，激波風洞團隊向國家自然科學基金委員會(hui) 提出了國家重大科研儀(yi) 器研製項目申請，並獲得資助。作為(wei) 科學基金資助體(ti) 係的重要組成部分，國家重大科研儀(yi) 器研製項目重點資助對促進科學發展、探索自然規律和開拓研究領域具有重要作用的原創性科研儀(yi) 器的研製。

　　2018年全國力學大會(hui) 上，中國科學院院士楊衛透露：“正在建設中的JF-22超高速風洞將為(wei) 更高速的飛行奠定實驗基礎。”

　　在國家重大科研儀(yi) 器研製項目的支持下，激波風洞團隊以滿足工程需求為(wei) 目的，挑戰先進風洞技術指標的極限，全心投入前所未有的JF-22超高速風洞研製中，於(yu) 2021年底完成安裝，進入性能調試階段。

　　2022年4月15日，JF-22超高速風洞完成首次運行實驗。當天是薑宗林的生日，JF-22超高速風洞的成功運行為(wei) 他送上了一份珍貴禮物。隨著轟的一聲爆轟，控製室中電腦屏幕上的數據顯示，實驗結果達到預期目標。

　　2023年上半年，JF-22超高速風洞迎來真正意義(yi) 上的“大考”。該國家重大科研儀(yi) 器研製項目驗收期間，共進行了5次專(zhuan) 家現場測試。首次測試中，實際流場速度高達每秒10.08公裏，總溫達1.9萬(wan) 開爾文（K），總壓達3.3萬(wan) 多個(ge) 大氣壓。優(you) 異的性能參數令在場專(zhuan) 家驚歎不已。

　　“我們(men) 感到很振奮。我把這次測試的實驗記錄寫(xie) 到了專(zhuan) 家與(yu) 團隊上。”薑宗林回憶說。

　　JF-22超高速風洞具有尺度大、時間長、總溫和總壓高等特點，能夠複現40公裏至90公裏高空、每秒2.5公裏至10公裏的飛行速度。實測最高速度達每秒10.1公裏，如果以實驗室聲速度量，相當於(yu) 約30倍聲速的飛行條件。

　　“JF-22超高速風洞的綜合性能在世界上還沒有其他風洞可以相比。”薑宗林自信地說。

　　廿年一劍，複現軌道速度

　　早在60年前，科學家就開始探索“正向爆轟驅動”方法，為(wei) 建造高性能激波風洞做準備。

　　“爆轟”是激波風洞用來驅動強大氣流的一種方法，即混合的氫氣和氧氣被點燃，燃燒激波在管道內(nei) 以高於(yu) 聲速的速度傳(chuan) 播。根據點火位置的不同，驅動形式分為(wei) “正向”和“反向”兩(liang) 種。和“反向”驅動相比，正向爆轟可以驅動產(chan) 生更大的空氣動量，產(chan) 生高超聲速飛行條件下的氣流。

　　但是，正向爆轟驅動方式受“稀疏波”的幹擾，難以滿足激波風洞的驅動要求。如何應對“稀疏波”的幹擾，“用好”正向爆轟驅動方式，是打造超高速風洞麵臨(lin) 的世界級難題，需要在理論和技術層麵實現突破。

　　2002年，薑宗林團隊從(cong) 原理上革新，提出並設計了激波反射型正向爆轟驅動器。這有效改進了驅動氣流的平穩性，使正向爆轟從(cong) “不能用”變成了“能用、好用”的動力源，成為(wei) JF-22超高速風洞的核心技術。

　　從(cong) 2002年學術論文發表，到2023年JF-22超高速風洞驗收，中國科學家“二十年磨一劍”，實現了超高速風洞試驗狀態從(cong) 流動“模擬”到關(guan) 鍵參數“複現”的跨越。

　　在北京懷柔錢學森實驗基地空天實驗中心，《中國科學報》看到，與(yu) JF-22超高速風洞並排的是JF-12複現風洞，即“複現高超聲速飛行條件激波風洞”。

　　JF-22超高速風洞的研製離不開JF-12複現風洞積累的經驗。2008年，在首批國家重大科研儀(yi) 器研製項目的支持下，JF-12複現風洞立項，2012年完成項目驗收，確立了我國在這個(ge) 研究領域的世界領先地位。

　　如今，JF-12複現風洞經曆10年的試驗應用，在國家重大任務、多個(ge) 型號研製和學科前沿問題探索中，完成了一係列的重要科學試驗。激波風洞研究團隊因此獲得了2016年度中國科學院傑出科技成就獎。

　　如今，這兩(liang) 座風洞可分別實現每秒1.5公裏至3公裏和每秒3公裏至10公裏的實驗條件，共同構成覆蓋馬赫數5~30、飛行高度25~90公裏的氣動實驗平台，使我國成為(wei) 高超聲速領域唯一具備覆蓋全部“飛行走廊”實驗能力的國家。

　　傳(chuan) 承四代，書(shu) 寫(xie) 傳(chuan) 奇故事

　　追溯更早的曆史，JF-22超高速風洞成功的背後，是中國科學院四代科學家連續60多年持續奮鬥，書(shu) 寫(xie) 的一段傳(chuan) 承創新、艱苦奮鬥的傳(chuan) 奇故事。

　　20世紀50年代中期，錢學森與(yu) “兩(liang) 彈一星”元勳郭永懷就製定了高超聲速風洞的研究方向，在中國科學院力學研究所組建了激波風洞科研團隊。

　　剛剛考上錢學森和郭永懷研究生的俞鴻儒接過發展激波管技術、研製激波風洞的重任。麵對基礎技術不足、科研經費短缺的難題，俞鴻儒選擇了當時國際上已經棄用的驅動方式——氫氧燃燒驅動，但這種方式產(chan) 生的能量極大、極易發生爆炸，會(hui) 帶來嚴(yan) 重的安全問題。作為(wei) 我國高超聲速研究的第二代科學家，俞鴻儒把一生都投入到這項事業(ye) 中。

　　經過一次又一次的反複試錯，我國的風洞研究終於(yu) “炸”出了一條新路——我國第一代激波管，第一座大型高超聲速風洞JF-8激波風洞，高超聲速風洞JF4B、JF8、JF10等先後問世。

　　1999年，在俞鴻儒的邀請下，從(cong) 事激波動力學研究的薑宗林回國，成為(wei) 第三代“風洞人”。“當時，俞先生告訴我，錢先生和郭先生創立的團隊需要青年人傳(chuan) 承。這個(ge) 團隊要緊盯國家需求和世界難題。”薑宗林說。

　　“因為(wei) 國家需要，所以熱愛這份事業(ye) 。”薑宗林同樣對團隊成員說，“隻有把事業(ye) 和國家需求聯係在一起，事業(ye) 才有尺度；隻有把事業(ye) 與(yu) 世界難題聯係在一起，事業(ye) 才有高度。”他帶領激波風洞團隊秉承“求實求是”的科研理念，傳(chuan) 承了“成功不必在我，功成必定有我”的家國情懷。

　　他們(men) 完成了JF-12複現風洞和JF-22超高速風洞的研製，撰寫(xie) 了國際首部係統論述超高速激波風洞理論和技術的英文專(zhuan) 著，奠定了中國高超聲速風洞的世界地位。

　　2016年，為(wei) 表彰薑宗林在世界最大高超聲速激波風洞研究中所作的貢獻，美國航空航天學會(hui) 將象征該領域最高榮譽的“地麵試驗獎”頒給了他。這是這個(ge) 獎項成立40多年來首次頒發給中國科學家，乃至亞(ya) 洲科學家。

　　如今，薑宗林的學生作為(wei) 第四代“風洞人”，正在接過前輩科學家手中的接力棒，為(wei) 我國在高超聲速風洞領域的研究注入新動力。(甘曉)