大国博弈：高超音速技术领域，中国“碾压式夺冠”｜智谱研究报告

2022 年 2 月 23 日 学术头条

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撰文：智谱研究高级研究员张淼

2022 年 2月 23 日，清华大学 AMiner 团队联合智谱AI 共同发布《全球高超音速技术发展报告 2022》。报告依托科技情报大数据挖掘与服务系统平台 AMiner，主要从高超音速领域的技术研究与发展趋势、学者画像、以及主要应用等方面，较为全面地呈现出该领域的技术及应用发展的全球现状，并展望该技术的未来前景。

高超音速（Hypersonic，亦称高超声速、极音速）通常是指大于 5 倍音速（5 马赫）的速度。高超音速与人工智能、无人系统技术被称为未来全球竞争的关键新兴技术。

近年来，以中国、美国、俄罗斯等为代表的世界强国不断深化探索高超音速领域。主要原因在于，高超音速领域被很多国家视为未来军事科技的新制高点，高超声速武器被视为未来大国博弈的重要工具，具有可能改变战争规则的重大意义；高超音速飞行是未来航空航天领域的制高点，具有非常重要的战略性和前瞻性意义。

随着中俄大力发展高超音速系统，美国已将高超音速技术确定为最优先的现代化领域之一。今年 2 月美国国家科学技术委员会（NSTC）将高超音速技术加入到新一版关键和新兴技术（Critical andEmerging Technologies，CETs）清单，虽然美国声称是为了保障美国在未来的技术领导力和应对技术安全威胁，但是此举还是再次加强了各国对高超音速技术的高度关注。

中美俄高超音速技术论文发表量居于全球前三

在近20多年的高超音速相关论文之中，论文发表量前十国家依次是中国、美国、俄罗斯、英国、印度、澳大利亚、日本、德国、意大利和法国，如图 1所示。其中，中国的相关论文发表量居于全球领先位置，美国、俄罗斯分别居于第二、三位。

图 1：2000-2022 年高超音速学术论文发布量 TOP10 国家

数据来源：AMiner 系统。

截至目前，引用量最高的论文是美国密苏里大学罗拉分校的 William G.Fahrenholtz 与 Gregory E.Hilmas，以及海军水面战中心的 InnaG. Talmy 与 James A.Zaykoski 于 2007 年在《美国陶瓷学会杂志》（Journal of the AmericanCeramic Society）合作发表的论文 Refractorydiborides of zirconium and hafnium ^[1] 。

。该论文综述了二硼化锆（ZrB2）和二硼化铪（HfB2) 陶瓷的晶体化学、合成、致密化、微观结构、力学性能和氧化行为，并指出基于其独特的性能组合，ZrB2 和 HfB2 陶瓷可用于与高超音速飞行、大气再入、和火箭推进，该论文被引用量是 1336 次。

中国高超音速科研论文量近年来持续全球领先

在全球范围内，美国和中国在高超音速领域的相关论文发表量最令人瞩目，近 20 年来基本是该领域研究成果数量领先的国家。总体上，美国的相关科研产出量曾在 2000-2007 年期间居于全球首位，之后被中国超越，中国的相关科研产出量自 2007 年以来持续居于全球之首，如图 2 所示。在此期间，可能是一方面由于美国自 2004 年 11 月 X-43AHyper-X 演示验证机成功后暂时停止高超音速民用项目而转向发展技术风险更低、可用于空间探索、战略隐身多用途无人侦察机的"运载火箭-载人舱"，另一方面可能与中国在这段时间内加大航空科研投入有关，中国自从曾在 2007 年批准大飞机研制立项之后，在高超音速武器领域发展十分迅速，产生了较多相关技术论文。

图 2：国家间高超音速科研论文成果发展态势

数据来源：AMiner 系统。

研究热点一直最多聚焦于高超音速飞行器技术

根据高超音速技术关键词 ^{^[2]} ，从 AMiner 数据库中查找出高超音速相关科研论文，生成技术热点词云图（如图 3 所示）。数据显示，当前高超音速的学术论文研究热点 TOP 10 按热度递减依次包括：高超音速飞行器、高超音速流动、边界层、超燃冲压发动机、冲击波、空气动力学、传热、计算流体力学、流场、热流密度。

图 3：2000-2022 年高超音速研究论文的技术热点分析

来源：AMiner 系统。

七所中国研究机构进入论文发表量前十强

从全球范围看，在高超音速科研论文发表量前十强机构之中，有 7 所来自中国、2 所来自于俄罗斯、1 所来自美国，如图 4 所示。这反映出中国机构在高超音速领域的研究力量较强。高超音速论文量前十强的机构依次是哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学、北京航空航天大学、莫斯科大学、南京航空航天大学、中国科学院、俄罗斯科学院、天津大学、南京航空航天大学。

图 4：高超音速论文发表量全球前十机构（2000-2022 年）

数据来源：AMiner 系统。

中美两国专利申请量占全球六成以上

从专利申请情况来看，近 20 多年来，全球高超音速专利申请集中在中国、美国两个国家，二者专利申请量合计占全球的六成以上。其中，中国相关专利申请量居世界第一，占全球总量的 46.5%；美国排名第二，占全球总量的 17.3%；其他前十国家依次是日本、俄罗斯、韩国、德国、英国、法国、乌克兰、荷兰，如图 5 所示。

图 5：近 20 年全球高超音速专利申请人所在国家前十

数据来源：AMiner 系统、智慧芽。

中国机构在专利申请前十强中明显多于美国

高超音速专利申请量前十强的机构之中，中国机构占据 8 席，分别是中国人民解放军国防科学技术大学、中国航天空气动力技术研究院、南京航空航天大学、中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所、西北工业大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、中国运载火箭技术研究院。其余 2 所机构均来自美国，分别为通用电气公司、波音公司，如图 6所示。这再次显示出中国机构在高超音速领域强大的技术创新实力。

图 6：高超音速专利申请量全球前十机构（2000-2022年）

数据来源：AMiner 系统、智慧芽。

专利技术创新点聚焦于飞行器发动机等部件以及材料

高超音速相关专利申请主要集中在 G01M9/04（零部件）、G01M9/06（专用于空气动力学试验的测量装置）以及 F02K7/10 （以具有冲压为特点的，即空气热动力冲压发动机或冲压式喷气发动机）三个 IPC 分类中。

就创新技术点而言，高超音速相关专利创新较多是关于飞行器、发动机、燃烧室、进气道等部件装置以及复合材料方面，具体技术点信息如图 7 所示。

图 7：高超音速专利技术热点词云

数据来源：AMiner 系统、智慧芽。

中国拥有全球 37% 的高超音速领域高层次学者

从全球范围看，中国从事高超音速研究的高层次学者数量具有较大优势，人数近 2000 人，占全球总量的 37%，处于明显领先位置；其次是美国与俄罗斯，分别居于第二、三位。具体信息如图 8 所示。

图 8：全球高超音速高层次学者国别分布（TOP 10）

数据来源：AMiner 系统。

中国高超音速高层次学者分散于不同区域

从学者所在机构分布看，高层次学者数量前十的全球机构主要为中国机构所占据，仅含 1 所俄罗斯机构，如图 9 所示。这反映出中国机构在高超音速领域拥有较多的高层次学者资源优势。其中，中国的国防科技大学、西北工业大学、中国空气动力学研究开发中心分别以 230 人、221 人和 134 人的高层次学者量位居全球前三甲。从国内人才所在地域来看，进入全球高层次学者数量前十的中国机构则分布在湖南、陕西、四川、北京、黑龙江、江苏等不同省份地区。

图 9：全球高超音速领域顶尖人才机构分布（TOP 10）

数据来源：AMiner 系统。

更多信息，请点击【阅读原文】下载原报告。

[1]Fahrenholtz, W. G., Hilmas, G. E., Talmy, I. G., & Zaykoski, J. A. (2007).Refractory diborides of zirconium and hafnium. Journal of the American CeramicSociety, 90(5), 1347-1364.

[2]超高声速" OR "高超音速" OR "超高音速" OR "高超声速" OR "高马赫数" OR "Hypersonic"OR "超燃冲压" OR"冲压发动机" OR"高超声速飞行"OR "超声速"

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