一项突破性研究表明，高超音速飞行器的设计可能无需颠覆现有技术框架，为实用化进程扫除理论障碍。
史蒂文斯理工学院研究人员突破关键技术，高超音速飞行向现实“起飞”迈进
据研究人员尼古拉斯·帕齐亚莱教授展望，未来超高速飞行器或将实现从洛杉矶至悉尼仅需一小时的跨半球旅行。
新泽西州霍博肯，2025年11月12日电——高超音速飞行长期以来仅存于科幻想象中，如今其实现路径正逐渐清晰。若技术成熟，这一革命性突破将重塑全球交通格局，把长达十几小时的国际航班缩短为一部电影的时长。例如，悉尼至洛杉矶的航线时间有望从目前的15小时压缩至仅1小时。
“这项技术将大幅缩短地球的空间距离，”专注于高超音速飞行动力学研究的尼古拉斯·帕齐亚莱教授表示。他因在高速飞行流体力学领域的贡献，近日荣获总统早期职业科学家与工程师奖。“未来旅行将变得更快、更便捷、更舒适。”
虽然一小时内跨越半球听起来犹如天方夜谭，但相关技术突破已悄然临近。当前军用飞机已实现2至3倍音速（即马赫2至马赫3，马赫1约为每小时1225公里）的飞行。而要实现洛杉矶至悉尼一小时的航程，飞行器需达到马赫10（十倍音速）。目前制约此类超高速飞行器实现的核心难题，在于极端速度下产生的剧烈湍流与高温效应。
空气在飞行器周围的流动特性随速度变化显著。在低速状态（低于马赫0.3，约每小时360公里），空气密度基本保持不变，称为“不可压缩流动”，此时飞行器设计相对简单。但当速度提升至超音速以上，流动转为“可压缩流动”。帕齐亚莱教授解释道：“气体在此时变得可压缩，其密度会因压力与温度的变化而发生显著改变，直接影响飞行器的升力、阻力与推力特性，这对设计而言至关重要。”
对亚音速或跨音速飞行的空气动力学，学界已有较充分认知。然而当速度提升至马赫5甚至马赫10时，气流行为仍存在大量未知。上世纪中叶，学者马克·莫尔科文提出一项假说：即便在马赫5至马赫6的高速状态下，湍流的基本特性与低速时相比并未发生本质变化。这意味着高超音速飞行器的设计可能无需完全跳出既有理论框架。
然而，该假说长期缺乏充分的实验支持。帕齐亚莱团队的最新研究填补了这一空白。其论文《支持莫尔科文假说的超音速湍流观测证据》于2025年11月12日发表在权威期刊《自然·通讯》上。
研究中，团队向风洞气流注入氙气，并通过激光使其电离，形成一条清晰的荧光示踪线。利用超高分辨率相机，研究人员捕捉到这条线在高速气流中的细微变形与运动，从而解析湍流结构。帕齐亚莱表示：“荧光线的曲折变化揭示了流场中的涡旋与扰动，为了解湍流行为提供了直观依据。我们通过长达十一年的实验积累，最终在马赫6条件下观察到湍流特性与不可压缩流动高度接近。”
此项研究曾先后获得美国空军科研办公室青年研究员计划（2016年）及海军研究办公室青年研究员计划（2020年）的资助，目前持续得到海军研究办公室的支持。
尽管莫尔科文假说尚未得到完全验证，但此项研究为高超音速飞行器的设计提供了关键简化思路。帕齐亚莱指出：“若依赖全细节数值模拟设计马赫6飞行器，计算量将超出实际可行范围。而基于该假说的简化模型，能大幅降低设计阶段的算力需求，推动工程落地。”
研究同时为航天运输带来新的想象空间。帕齐亚莱补充道：“若高超音速飞行器成为现实，未来或可替代火箭执行部分太空运输任务，大幅提升近地轨道运输的便捷性。这不仅将改写地球上的交通模式，也有望变革近地轨道运输体系。”
关于史蒂文斯理工学院
史蒂文斯理工学院成立于1870年，坐落于新泽西州霍博肯市，是一所享有盛誉的私立研究型大学。学校以“技术驱动创新”为传统，在工程、计算机、商业、艺术等跨学科领域开展前沿研究。目前共有8000余名本科生与研究生在校学习，通过紧密的师生协作与创业型学术环境，致力于以科技应对全球性挑战。该校在毕业生就业服务、起薪水平及教育投资回报率方面长期位居全美前列。
