你能想象把地球變成1小時經濟圈嗎？恐怕從來沒有人會覺得有這個可能，但美國一家3年前才成立的初創公司，已經在研究一種把燃料燃變成每秒數千數萬個爆炸的火箭發動機技術，製造一種高超音速太空飛機，在52公里的中氣層飛行，理論速度9馬赫，最高可達15馬赫以上，這意味着1個小時就可以飛到地球上任何地方！

你可能感覺它在吹牛，畫PPT圈錢，然而NASA上個月高調宣佈測試成功的未來月球火星載人登陸關鍵技術，革命性的全尺寸火箭發動機原型，就是和這個公司合作開發的，而這個公司提供的正是其中最關鍵的部件：噴射器。所以，這個公司可能還是有兩把刷子的，如果真的製造出了這種飛機，整個人類社會無疑都將躍上一個更高的臺階來發展。

這種新型的火箭發動機，叫做旋轉爆轟發動機（RDRE），上月底在馬歇爾太空飛行中心，NASA測試了3D打印的全尺寸原型，創下了推力2631公斤，燃燒251秒的新紀錄。科學家們認爲，這意味着旋轉爆轟發動機實現了設計效率的巨大飛躍，距離製造輕型推進系統又前進了一大步，如果將它用於超音速的逆向推進，也就是一種減速剎車技術，將可能把更大的有效載荷，甚至人類降落到火星表面。

你知道這是什麼意思嗎？就拿馬斯克的星艦來說吧，如果開發出同樣功率的這種發動機，助推器就不需要33個綁在一起了，因爲它的燃燒效率更高，噴出的是五六倍音速的氣體，同樣的燃料可以將更大的載荷送到軌道，並將飛船加速到更快的速度，縮短太空旅行的時間。而星艦返回地球或降落到其他星球，由於有更大的剎車速度，意味着將大大節省燃料，並可以降落更重的質量。比如現在的設計是運送100噸貨物到火星，如果用這種火箭代替，就可以一次性卸貨200噸甚至三四百噸。

是不是革命性的飛躍？那麼旋轉爆轟發動機爲什麼會有這麼大的威力呢？說白了，這種技術的基礎還是燃燒，只是和你認識的燃燒不一樣。燃燒本質上是一種氧化還原反應，是將化學勢能快速轉化爲熱能和輻射能的過程。從能量傳遞方式來看，燃燒可分爲兩種，緩燃，也就是火焰擴散速度低於音速的燃燒，我們平時看到的燃燒，不管你是燒柴火煮，燒煤發電，還是燒汽油開車燒煤油開飛機，還是燒氫燒甲烷送火箭上天，都是緩燃，這就是我們目前技術的天花板。

另外一種，自然就是超過音速的激烈燃燒了，可以稱爲爆震或者爆轟，我更喜歡叫它爆轟，狂野豪放，極具工業之美，這種燃燒火焰前鋒以超音速擴散，形成強大的衝擊波，威力巨大。理論上，爆轟燃燒比緩燃效率高25%甚至可能30%，這意味着用作火箭的話將節約大量的燃料。而火箭的燃料佔了整個系統重量的95%左右，這意味着大量的燃料做的是把燃料送上天的無用功，減少10%都是革命性的劃時代的！

所以從上世紀開始，各國科學家就在研究爆轟發動機，然而卻進展緩慢，勞而無功。世界上最大的單噴嘴火箭發動機是1970年代土星五號的F-1，海平面推力高達680噸，而NASA這次突破的創紀錄的旋轉爆轟發動機，推力還僅僅只有2.6噸。

你肯定想的是，爲什麼會這樣呢？想想氫彈你就知道了，1951年第一顆氫彈就爆炸了，但到今天，人造太陽可控氫聚變都還遙遙無期，永遠再等20年。關鍵就在於，引發爆炸容易，但你要控制爆炸，讓它按我們的要求來釋放實在是太困難了，可以說每一個零部件都是難點、痛點。

目前科學家們正在開發三種爆轟發動機。

脈衝爆轟發動機

一是脈衝爆轟發動機，你可以簡單地想象把一門加農炮改成發動機，每秒鐘發射數百發炮彈，用反作用力來推動火箭前進。這種發動機具有長長的高強度合金噴管，在底部用噴射器注入燃料和氧化劑，點火起爆，引爆混合物，爆震波以超音速衝出噴管，這時另一噴嘴噴出隔離氣體，吹散剩餘的燃氣，開始下一輪的循環爆轟。

你肯定就有疑問了，這不是連續燃燒，而是間歇性的爆炸，那推力不是一頓一頓的，火箭還不得亂竄啊？所以脈衝爆轟發動機，每秒需要製造上百次甚至可能上千次爆炸，纔會連續穩態地工作，你就知道它的設計和製造難點了。根據一份資料顯示，脈衝爆轟發動機吸氣式可以達到3-5馬赫，火箭式可以達到10馬赫，推力50噸，飛行高度50公里。不過也有說，它的極限可能是5馬赫的。

日本2021年在太空首次進行了脈衝爆轟發動機的測試，成功實現了50公斤推力，6秒鐘的燃燒。波蘭華沙航空研究所同年的測試，也讓火箭發動機工作了3.2秒，速度達到了90m/s，火箭飛到了450m的高度。

旋轉爆轟發動機

脈衝爆轟1秒內要進行上百次點火、爆炸、吹掃，很難做到推力連續，所以科學家們腦洞大開，設計了第二種爆轟發動機，也就是圓柱形的旋轉爆轟發動機。這種發動機使用短的圓柱形噴口，中間也是尾部錐形的實心圓柱體，形成了一個圓柱形的噴管。發動機底部設置數個噴射器，第一次爆轟點燃後，爆震波會環繞狹窄圓柱體做超音速運動，後面的噴射器就會在高溫高壓下自動點火，從而實現連續不斷地爆轟。

你可能想的是，多簡單啊，實現起來應該不難吧？人造太陽也很簡單，用強磁鐵把等離子體約束在腔室裏，等它們發生聚變反應就行了，問題是需要極其複雜的裝置才能把這句話變成現實。旋轉爆轟發動機也是一樣，你得一秒鐘點燃上千次的爆炸，才能製造有效的火箭發動機，也就是一秒鐘內就得噴射上千次燃料，然後這些超音速爆震波，又得按順序環繞圓柱體運行，千分之一秒就是一圈，很容易互相干擾，導致點火中斷。如果沒有強大的計算機來模擬，這些都是空談。

然後就是材料和製造問題，你很容易就想到，要用爆轟來代替燃燒，發動機需要承受巨大的壓力和高溫，NASA使用的是來自KBM先進材料公司的鈮鉻銅合金，強度高，導熱性好，可以承受2000度的高溫，用3D打印成型。我找到了這種材料的成分，大致是鈮2.7%-3%，鉻3.1%-3.4%，鐵氧鋁硅微量，剩下的是銅。

那麼製造問題又是什麼呢？爆震波的起爆條件極爲苛刻，噴射器、燃燒室等都需要精確設計，才能1秒內上千次地連續爆轟，否則很容易就歇火了。像是噴射器，爆轟產生的壓力高達100萬帕，如何防止高溫燃氣反噬回去？這就是我視頻開頭說的這家公司的絕招了，這家公司名叫金星航空航天（Venus Aerospace），總部位於德克薩斯州，他們利用特斯拉閥的原理，用3D打印製造了最關鍵的噴射器。這種發動機採用再生冷卻RDRE架構，熬過了4分多鐘的連續高溫爆轟，而此前的紀錄僅爲數秒，這意味着美國在這項技術上，已實現了一個重要的里程碑。

特斯拉閥是尼古拉·特斯拉發明的“無用玩意兒”，特斯拉被一些人稱爲最接近神的男人，一生髮明瞭現代社會的很多重要設計，但這個腦洞大開的精巧特斯拉閥卻始終沒有派上大用場。這種閥門內部有很多交替的管狀分支和半環狀迴旋結構，流體正向進入管路會暢通無阻，但反向進入時，環路流體會和支路流體迎頭相撞，導致速度減緩，從而阻礙流體的運動。

隨着流量的不斷增加，特斯拉閥可以更有效地阻止反向流動，這在必須精確控制流量的情況下非常有用，這不正是旋轉爆轟噴射器所需要的嗎？所以未來如果旋轉爆轟發動機，真的成爲商業太空的基石，特斯拉恐怕又要揚眉吐氣一把了。

金星航天打造的觀星者太空飛機，長45.72米，寬30.48米，可以搭載12名乘客。它設計了兩套發動機系統，先用噴氣式發動機起飛，速度起來後切換到火箭發動機，在52公里的中間層巡航飛行，這裏空氣稀薄阻力小，氣流平穩，速度可達9馬赫，也就是9800公里/小時，兩個小時就可到達地球上任何地方，如果能達到更快的15馬赫以上，一個小時就能到任何地方了。

金星航天和NASA實際都在獨立開發，關鍵設計上相互合作，取長補短。金星航天的旋轉爆轟發動機設計，更是令人咋舌，每秒鐘將引爆20000次爆轟，目前該公司正在開發6米長的測試無人機，速度預計爲5馬赫。

斜爆轟發動機

還有一種駐定斜爆震衝壓發動機，這個目前可能主要是中國和美國在搞，據稱能夠在高超音速下穩定、高效工作，中國研究的速度可達16馬赫。中弗羅裏達大學認爲，這種方式燃燒效率極高，幾乎100%的燃料都被燃燒，理論速度是17馬赫，可以讓航天器直接飛出大氣層，這意味着可以打造真正的空天飛機了。

中國斜爆震發動機的靈感，來自於1980年NASA的一篇論文，它的結構和超燃衝壓發動機進氣道類似，但傾斜的角度更大，可以解決超高音速下，燃料來不及充分燃燒的問題。斜爆轟發動機在流道尾部設計了斜梯面，可以誘導高速混合氣體撞擊斜面，從而產生衝擊波加熱混合物，導致其斜波爆轟。但斜爆轟只能在超高音速下啓動，所以還需和其他發動機配合，或進行更深入的設計。