随着飞行马赫数的提升，对于高超音速飞行器所需的隔热材料的要求也更为苛刻，包括力学强度、热导率以及耐温性。现有的隔热材料在超过1000℃的环境下，要么体积密度过高，要么力学强度不足。因此，具有优秀力学和隔热性能的多孔陶瓷材料成为研究者的理想选择。然而，这两个属性往往难以同时满足，对传统多孔陶瓷而言，通常难以兼备。

华南理工大学的科研团队在这一领域取得了突破性进展。1月11日，《环球网》报道称，华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉研究团队通过多级结构设计，成功开发出了同时具备极高力学强度和卓越隔热性能的高熵多孔硼化物陶瓷材料。此外，该材料在2000℃的环境下仍能保持稳定。这一研究成果已在国际学术期刊《先进材料》上发表。

报道进一步指出，褚衍辉团队通过综合运用多级结构设计策略，即利用超高温快速合成技术制造亚微米级的超细孔，强化颗粒间的界面，以及加入九种金属阳离子产生的严重晶格畸变，研发出了具有超高力学强度和良好隔热性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。这种材料在含有50%的气孔率时，具有337 MPa的压缩强度和0.76 W/mK的热导率。在2000℃的高温处理后，材料的收缩率仅为2.4%，并且在2000℃的高温条件下，材料表现出了塑性变形并逐渐致密化，其力学强度最终提升至690 MPa。

在高超音速飞行器的核心技术中，隔热材料的重要性超过了发动机技术。虽然很多人首先会想到发动机技术，但实际上，自火箭发动机广泛应用以来，人造飞行器的最高速度已经突破了30马赫。高超音速飞行器指的是飞行速度在5到10马赫之间的飞行器。即使不开发新概念发动机，现有的火箭发动机也能满足这类飞行器的动力需求。然而，如果隔热问题不得解决，仅仅是空气摩擦产生的高温就足以使飞行器损毁。

研究数据显示，当飞行速度达到3马赫时，飞行器表面因空气摩擦产生的温度可达260℃；当速度提升至6马赫时，温度可达649℃；而当速度达到8马赫时，飞行器表面温度可高达1800℃。

因此，隔热技术是高超音速飞行器最关键的技术之一。对于空天飞机而言，具备超强力学性能和高隔热性的高熵隔热材料是必不可少的关键材料。此前开发的隔热材料更适用于如SpaceX星舰这样对隔热时间要求较低的飞行器。例如，在星舰的第二次试飞中，一二级分离发生在2分23秒，此时速度达到5660公里/小时，约等于5.24马赫，而飞行高度已经达到80公里，此时空气极为稀薄，空气摩擦产生的热量较小。尽管在此过程中星舰只承受了不超过100秒的600℃高温，但仍需要在火箭锥部和周围铺设隔热瓦。

如果换成两级组合空天飞机或单级入轨空天飞机，它们面临的气动加热环境则完全不同。由于需要水平起飞并加速，这类空天飞机需要在距地面40公里内的空域内长时间进行高超音速飞行，因此需要长时间承受超过600℃的高温。

以两级组合空天飞机为例，其一级和二级分离高度通常在30至40公里的高空，理想的分离速度约为7至8马赫，在此时空天飞机需承受不超过1800℃的高温。由于一级需要滑翔返回地面，返航时的高速同样会使其承受高温。这对空天飞机机体的高热部分的耐热性能提出了更高的要求。

由于空天飞机的尺寸较大，如果使用隔热瓦来隔绝高温，则需要覆盖很大的面积，这将导致空天飞机的自重过重。因此，研制一种同时具备超强力学强度和高隔热性的高熵隔热材料显得尤为重要，这种材料可以直接与空天飞机的结构件相连，无需渐变层或额外附件，大幅度减轻因隔热而增加的重量。

我国已经开发出多种高效的新概念组合循环发动机，一旦高熵隔热材料得到解决，空天飞机的实用化就指日可待。使用火箭发动机作为空天飞机的动力虽然可行，但由于其比冲较低，会大幅降低空天飞机的运载能力，从而导致其入轨成本高于传统运载火箭。为了提高空天飞机的运载能力，开发新概念发动机显得尤为重要。

根据公开报道，我国已成功开发并测试了TBCC、RBCC、旋转爆震发动机、超燃冲压发动机等多种新概念空天动力系统。

发动机技术虽然已解决，但相比之下，隔热材料的重要性更大。如果无法承受空气摩擦产生的高温，即使拥有高比冲发动机也无法实现超过5马赫的飞行速度。现在，随着这种高熵隔热材料的诞生，阻碍空天飞机高速飞行的耐热问题得到了解决，空天飞机的实用化已近在眼前。

TBCC是一种融合了涡轮喷气发动机与双模态冲压发动机的新概念组合循环发动机，支持0至7马赫的广泛飞行速度，0至3马赫期间采用涡喷/涡扇模式飞行，3至4.5马赫采用涡喷/涡扇模式与亚燃冲压模式并行飞行，4.5至7马赫采用超燃冲压模式飞行。

实际上，早在2022年，国内已经成功进行了2次涡轮基空天动力（TBCC）变马赫数模态转化测试。这意味着我国不仅成功开发了TBCC，而且已经完成了实机测试，测试飞机的最高飞行速度有望达到7马赫！

从2023年5月3日西安航天动力研究所发布的新闻报道来看，我国最迟在2022年就已经成功开发并测试了两级组合空天飞机验证机的一级！

二级组合空天飞机由最高飞行速度达到7马赫以上的一级运载器和二级组合组成，二级相当于传统火箭的二级，技术难度已经克服，实用化只待解决一级以外的“两级分离技术”。这是因为在高超音速状态下，空天飞机的两级组合体在分离时微小的变化都可能导致严重的碰撞并损坏飞行器。

2023年7月15日，央视报道了我国怀柔激波风洞的最新研究成果，现场负责人姜宗林表示：通过风洞研究，我们已经解决了高超音速飞行状态下的两级分离问题。从实验结果来看，我们已经能够在任何飞行速度下安全、成功地实现两级分离，这些数据为飞行器的设计和飞行试验提供了重要支持。

简而言之，在JF22激波风洞的建设和高超音速状态下的两级分离模拟测试完成后，我国已具备研制出能够实用的两级组合空天飞机的技术能力。