3100 度激光熔出超级金属，涡扇 15 碾压 F119，六代机发动机已解决？

2025 年 10 月末的太平洋上空，美军锁眼系列侦察卫星突然捕捉到天宫空间站发出的异常激光信号。一道刺眼的光束在真空舱内持续闪烁，温度传感器同步传回的数据突破 3100 摄氏度，直接创下人类太空材料实验的最高温记录。当这份加密数据被五角大楼破译，美军航空航天专家集体陷入沉默 —— 中国居然在太空批量制造超级金属，而这种材料早已装进涡扇 15 发动机，连六代机原型机都已完成装机测试。

这不是科幻电影里的场景，而是正在发生的现实。你敢相信吗？航空发动机领域被卡脖子数十年后，中国居然把材料实验室搬到 380 公里高空的空间站，用微重力环境破解了全球顶尖科学家都头疼的技术难题。这种太空造的超级金属到底有多强？能让涡扇 15 的性能直接超越美军 F22 的 F119 发动机，更让人震惊的是，美军刚加速部署 B21 六代轰炸机，中国六代机就带着太空金属发动机完成试飞。这背后，到底藏着多少没公开的技术突破？今天，咱们就从头到尾把这事扒得明明白白。

要搞懂太空超级金属的重要性，首先得明白一个核心道理：航空发动机本质就是个吞火的钢铁巨兽。战斗机要想突破音速、实现超机动，发动机里的涡轮叶片得在上千摄氏度的高温里，以每分钟上万转的速度旋转。既要扛住相当于几十倍重力的离心力，又要顶住烈焰灼烧，材料要是差一点，要么直接融化，要么断裂坠毁。

早在上世纪 90 年代，美军 F22 战机搭载的 F119 发动机横空出世，涡前温度达到 1700 摄氏度，推力 156 千牛，靠着先进的镍基合金材料，一举奠定了美国在航空领域的霸权。当时全球各国都明白，航发技术的竞争归根结底就是材料的竞争，谁能找到更耐高温、更轻便、强度更高的材料，谁就能在天空中掌握主动权。

咱们国家在航发领域吃了不少苦头。2010 年前后，咱们想从俄罗斯引进 117S 发动机技术，人家压根不卖，只肯卖整机苏 35S。谈判足足拖了 5 年，直到 2015 年才签下协议，花了 20 多亿美元买了 24 架战机，只为拆解研究发动机技术。那时候歼 11、歼 10 这些主力战机，全靠俄罗斯的 AL-31F 发动机撑着，一旦人家断供，战机就成了停在地面的废铁。这种受制于人的滋味，让中国航空人下定决心自主研发。

2016 年，航空发动机集团正式成立，整合全国资源，投入巨额资金，近 10 万科研人员日夜攻关，目标直指涡扇 15—— 这款能让歼 20 真正发挥全部性能的 “心脏”。可研发之路远比想象中艰难，最大的拦路虎就是材料。当时全球主流的航发材料是镍基合金，虽然耐高温，但密度大，而且在 1600 度以上的高温环境下，强度会急剧下降。要想让涡扇 15 的推力突破 180 千牛、实现超音速巡航，必须找到更先进的材料。

各国科学家都把目光投向了难熔合金，而其中最被寄予厚望的就是铌合金。这种合金堪称航空航天领域的 “香饽饽”，熔点高达 2468 摄氏度，比镍合金高出一大截，而且密度只有镍合金的 2/3，拿在手里明显更轻。更关键的是，在 600-1600 摄氏度的高温区间里，铌合金的比强度（强度除以密度）是镍合金的 3 倍，简单说就是又轻又结实又耐高温。

除了航发，铌合金还能用于火箭推进器、核反应堆、深海潜水器等高精尖设备。往普通钢材里加一点点铌，就能让钢材强度提升三成，焊接性能和耐腐蚀能力大幅增强，这种用法在工业界已经普及了快一个世纪。可就是这么好的材料，却有个致命软肋 —— 怕高温氧化。

在温度低于 600 摄氏度时，铌会和氧气反应，表面形成一层保护膜；可一旦温度超过 600 摄氏度，就会出现快速氧化现象，温度越高，氧化越快。而且氧气在铌中的溶解度不低，很容易在金属表面形成一层没有保护作用、还容易脱落的氧化物层，往往材料还没达到使用温度，就因为氧化失效了。这也是为什么铌合金被发现了上百年，却一直没法大规模应用在航发上。

更难的是，在地球上制造铌合金，要让其形成高强度晶体，需要在将近 1600 摄氏度的高温下持续加热 100 个小时。耗时耗力不说，造出来的合金还特别脆，一受力就断，根本没法用来做发动机叶片。在很长一段时间里，大规模制备高性能铌合金，成了阻碍我国航空航天发展的关键瓶颈，也成了全球材料科学的难题。

就在大家都觉得这事无解的时候，中国科研团队跳出了传统思维：既然在地球重力环境下造不出合格的铌合金，那不如把实验室搬到太空，利用微重力环境试试。这个大胆的想法，后来彻底改变了中国航发的命运。

2021 年 9 月，天舟三号货运飞船带着第一批铌合金样品成功对接天宫空间站。没人想到，这个看似普通的货运任务，背后藏着中国航空人的雄心 —— 在太空微重力环境下，破解铌合金的制备难题。

为什么太空能造出地球上造不出来的金属？这里得先说说重力对材料制备的影响。在地球上，融化的金属会因为密度不同发生分层，就像油和水分离一样，没法形成均匀的合金结构；而且熔融的金属会紧紧粘在容器壁上，不仅会引入杂质污染，还会影响晶体生长，导致材料性能不稳定。

而在太空微重力环境下，表面张力成为主导力，融化的金属会自然形成完美的球形液滴，悬浮在实验舱内，从根本上解决了地球环境的弊端。中国空间站的无容器材料实验柜，堪称太空材料工厂的核心设备。它利用静电力场技术，精确控制金属球的位置和形态，实现真正意义上的无容器状态，避免了金属与容器壁的接触污染。

更厉害的是，实验柜搭载了创新的双波长激光加热系统，整合了半导体激光器和二氧化碳激光器，总功率输出达到 300 瓦，能精准控制加热温度，甚至能突破 3100 摄氏度的高温屏障。这是欧洲空间局和美国 NASA 的实验设备都达不到的水平 —— 欧洲空间局在国际空间站上的无容器材料处理设施，加热温度上限只有 2000 摄氏度左右；德国宇航中心的电磁悬浮实验装置，受限于功率，根本达不到钨合金、铌合金这样高熔点材料的融化温度。而中国空间站的双波长激光系统，能根据材料的光学特性动态调整能量分配，确保加热过程均匀稳定，这也是咱们能在太空造出高性能合金的关键。

从 2021 年 9 月到 2024 年，先后有 6 批次、十多种、数百个高性能难熔合金样品，跟着天舟三号、四号、五号货运飞船进入天宫空间站，其中就包括西北工业大学魏炳波院士团队制备的铌合金和钨合金样品。

在这三年多时间里，航天员们在空间站里完成了一项项难度极高的实验：用激光照射悬浮在真空室里的合金颗粒，将其加热到 2000 多摄氏度融化，然后精准控制降温速度，观察其过冷凝固过程，还要记录下每一个细微的变化。别小看这些操作，在微重力环境下，哪怕是一点点温度波动，都可能影响晶体结构；稍微控制不好能量输出，合金液滴就会飞走或者变形。航天员们要配合地面科研团队，反复调整激光功率、降温速率，每一步都得精准到毫秒级。

魏炳波院士团队后来在《先进材料》期刊上发表的成果显示，他们在太空实验中发现了一系列前所未有的现象：微重力液滴凝固形成了涡旋型特殊组织结构，阐明了微重力凝固收缩的动力学规律，还实现了太空合金微观组织与宏观形态的双调控。经过上千次的在轨实验和地面调试，中国科研团队终于在 2024 年，成功造出了符合工业应用严格要求的铌合金。

这种太空制备的铌基合金，不仅解决了高温氧化的难题，还具有极其均匀的微观结构，强度比地面制备的同类材料提升了 40%，韧性更是提高了一倍多，完全满足航空发动机叶片的使用要求。这一突破让全世界都震惊了 —— 国际空间站运行了 20 多年，美国、欧洲、日本的宇航员在上面做了无数实验，怎么就没人想到用空间站造这种超级金属？

答案其实很简单：中国空间站虽然规模比国际空间站小，但设备部署更讲究实用和高效。咱们的空间站搭载了多种国际领先的科学实验柜，覆盖空间材料科学、微重力基础物理等多个领域，既能让人直接参与实验，又有天舟货运飞船的上下行运输优势，形成了 “在轨实验 — 数据传回 — 地面优化 — 再送样实验” 的闭环，这是国际空间站难以比拟的。

更让人振奋的是，铌合金只是个开始。截至 2025 年 10 月，中国科研团队已经利用空间站对 10 种以上的合金材料做了上百次实验，除了铌合金，还在锆合金、钨合金等难熔金属领域取得重大突破。2025 年 8 月，天宫空间站成功将钨合金加热到 3100 摄氏度以上，创下世界纪录。这种材料未来可用于核聚变反应堆和高超音速飞行器的热防护系统，又是一个改变游戏规则的黑科技。

有了太空制备的超级铌合金，涡扇 15 发动机的研发终于迎来了质变。2022 年，第一台搭载太空制备合金叶片的涡扇 15 发动机装上歼 20 进行试飞；2023 年 6 月，双台涡扇 15 配置的歼 20 首飞成功，视频在网络上流传开来，美媒惊呼中国彻底摆脱了对俄制发动机的依赖，空军实力实现了质的飞跃。

到了 2024 年 9 月，清晰照片显示，歼 20A 已经批量装备涡扇 15 发动机，隐身设计进一步优化，机动性大幅增强。根据官方披露的数据，涡扇 15 的最大推力达到 181 千牛，推重比 10.87，涡前温度更是突破 2100 摄氏度，使用寿命超过 2000 小时。

这个性能到底有多强？咱们来和美军的王牌发动机比一比就知道了。美军 F22 战机使用的 F119 发动机，最大推力 156 千牛，推重比 10.5，涡前温度 1700 摄氏度，使用寿命 1200 小时。单看数据，涡扇 15 在推力、推重比、耐高温性能和寿命上，都全面超越了 F119。

而美军 F35 战机使用的 F135 发动机，虽然最大推力达到 191 千牛，推重比 11.47，看似推力更大，但其实有个致命缺陷。F135 发动机之所以推力大，主要是因为增加了涵道比 —— 简单说就是让更多空气绕过燃烧室，提升燃烧效率，但这种设计的代价是爆发力不足，在战机高速飞行时性能会明显下降。F35 的理论最快速度只有 1.8 马赫，而且很难实现超音速巡航。

而搭载涡扇 15 的歼 20，理论最快速度能突破 2.2 马赫，巡航速度超过 1 马赫，真正实现了超音速巡航加超机动的完美结合。更关键的是，涡扇 15 还搭配了新型富勒烯薄膜技术，这种薄膜重防腐、高耐热、抗磨损，厚度只有几微米，却能扛住高温燃气的冲刷腐蚀，表面粗糙度极低，能进一步提升发动机的效率。太空铌合金叶片加上富勒烯薄膜的双重加持，让涡扇 15 的综合性能达到了全球顶尖水平。

可能有朋友会说，涡扇 15 的推力不是还不如 F135 吗？怎么能算全球第一？这里要纠正一个误区：发动机的先进程度不能只看推力大小。对于制空战斗机来说，推力、推重比、机动性、可靠性、寿命都是关键指标，而且要和战机的整体设计相匹配。F35 是单发战机，需要一台大推力发动机才能带动 30 吨的机身，所以 F135 牺牲了高速性能换推力；而歼 20 是双发战机，涡扇 15 的推力刚好适配其气动设计，既能保证超音速巡航，又能实现超机动能力。

在实际空战中，歼 20 的速度更快、机动性更强、作战航程更远，隐身性能也不逊于 F35，再加上涡扇 15 的可靠性和寿命优势，综合作战能力完全占据上风。美媒也不得不承认，歼 20 的列装让太平洋地区的军事平衡发生了倾斜。

2025 年上半年的报道显示，歼 20 已经进入批量生产阶段，成飞的生产线昼夜轰鸣，月产达到 20 架起步，年产歼 20 战机超过 100 架。要知道美军 F22 战机的总产量也就 182 架，而且早已停产。从 2010 年求购俄制发动机被拒，到 2025 年批量生产全球顶尖的涡扇 15，中国航发只用了 15 年时间就完成了逆袭。这背后是近 10 万科研人员的日夜攻关，是空间站太空实验的技术突破，更是中国工业体系的全面升级。这种从受制于人到引领全球的转变，相信每一个中国人都会为之自豪。

涡扇 15 的突破还只是开始，更让人期待的是，太空超级铌合金技术已经确定要用到中国六代机的发动机上。就在美军加速部署 B21 六代轰炸机的时候，中国六代机也传来了重磅消息：2025 年，中国歼 36 六代机原型机完成多次试飞，新图像显示其采用无尾布局和疑似三发动机配置，标志着中国从第五代隐身战机向智能化、高超音速战机的转型。

先说说美军的 B21 “突袭者”。2025 年 10 月 28 日，美军宣布第二架 B21 隐形轰炸机飞抵爱德华兹空军基地，测试工作进入核心阶段。美军称 B21 是全球首款六代机，兼顾核常双重打击能力与先进隐形性能，计划采购 100 架，逐步取代老化的 B1B 和 B2A 轰炸机，构建新一代空中战略威慑体系。美军之所以急于部署 B21，就是想通过先进轰炸机维持在亚太地区的战略优势，但 B21 本质上是一款远程打击轰炸机，侧重隐身和远程轰炸，最大速度只有亚音速，不具备超音速巡航和超机动能力。

而中国的六代机走的是完全不同的路线，以高超音速为核心，整合人工智能、无人协同、超视距打击等先进技术。中国六代机的发动机在涡扇 15 的基础上进一步升级，采用变循环技术，既能像涡扇发动机一样提供低速巡航的高效率，又能像涡喷发动机一样提供高速飞行的大推力。而这一切的基础，还是太空制备的超级铌合金 —— 因为变循环发动机的工作温度范围更广，从几百摄氏度到 2200 摄氏度以上，对材料的耐高温性能和韧性要求更高，只有太空铌合金才能满足需求。

除了发动机，中国六代机的机身结构、热防护系统也大量采用太空材料。2025 年 2 月，中国科研团队公布了一款斜爆震发动机，使用 RP-3 航空煤油作为燃料，在 JF-12 风洞中验证了高达 16 马赫的速度潜力。这种发动机的燃烧室结构就采用了太空制备的钨合金材料，能扛住超高温高压的爆震环境。

JF-12 风洞是中国的另一大国之重器，自 2012 年启用以来，支持从 5 马赫到 9 马赫的测试，测试时长达 130 毫秒，远超美国阿兰斯空军基地风洞的 30 毫秒上限，成本却只有其 1/5。正是有了 JF-12 风洞的测试支持和空间站的材料突破，中国六代机才能在短时间内取得重大进展。

按照目前的进展，中国六代机不仅具备超强的战场态势感知能力，能在远距离发现目标，还拥有先进的防区外打击能力，可在敌人防御范围外发起精准攻击。其隐身性能比五代机更出色，再加上 16 马赫的高超音速飞行能力，完全能突破现有任何防空体系。相比之下，美军 B21 虽然隐身性能先进，但亚音速的速度让它在面对先进防空系统时，生存能力并不占优。

军事专家分析，中国六代机的研发思路是 “材料先行、系统整合”，先通过太空实验突破材料瓶颈，再整合发动机、航电、隐身等各领域技术，形成整体优势；而美军的 B21 更多是在现有技术基础上的优化升级，缺乏颠覆性的技术突破。这意味着，在六代机的较量中，中国已经占据了先发优势。需要说明的是，外界对歼 36 的部分参数仍存在推测，中国官方尚未完全公开其核心数据，这种 “半公开” 状态既展示了实力，也保留了核心机密。

可能有朋友会问，花这么大代价在太空造金属，就只为了航空发动机吗？答案当然不是。太空材料技术的突破，带来的是一场全方位的技术革命，未来会影响到航天、能源、军工、深海探索等多个领域。

在航天领域，超级铌合金和钨合金的应用能大幅提升火箭发动机的性能。目前商业航天发动机的燃烧室温度通常在 3000 摄氏度以下，而太空制备的超高温材料有望将这一指标提升至 3500 摄氏度以上，从而大幅增加推力重量比，让火箭能搭载更多载荷，降低太空探索的成本。中国的天问 2 号探测器已经成功发射，未来如果采用新型太空材料制造探测器的热防护系统，就能探索更遥远的太阳系天体。

在能源领域，核聚变反应堆的等离子体温度预计达到 1 亿摄氏度，对面向等离子体材料的耐热性能提出了苛刻要求。基于太空无容器技术开发的新型钨基材料，有望成为下一代聚变堆壁材料的候选方案，为人类实现可控核聚变、解决能源危机提供关键支撑。

在军工领域，除了航发和战机，太空材料还能用于高超音速武器、核潜艇、航空母舰等装备。美国空军的高超音速武器项目 X51A，就因为材料耐热性能限制，飞行时间仅为数分钟；而中国用太空材料制造的高超音速武器，能在 2000 摄氏度以上的高温环境下长时间飞行，突防能力大幅提升。

在深海探索领域，铌合金的高强度和耐腐蚀性能，能用于制造深海潜水器的耐压壳体，让潜水器能下潜到更深的海底，探索地球最深处的奥秘。

更重要的是，中国空间站的材料实验已经形成了一套成熟的 “太空研发 — 地面应用” 体系。截至 2025 年 10 月，联合国外空司已经批准了 17 个国家的科学实验项目在中国空间站上开展，其中多个项目涉及高温材料研究。中国正以开放合作的姿态，推动全球太空材料科学的共同进步。

对比其他国家，日本宇宙航空研究开发机构的 “希望” 实验舱，温度范围和实验规模相对有限；俄罗斯的 “科学” 号实验舱直到 2021 年才对接国际空间站，实验进展相对滞后；欧洲空间局正在推进的哥伦布实验舱升级计划，预计 2027 年才能投入使用，而且加热能力仍低于中国空间站。这意味着，中国在太空材料领域已经建立了至少 5 年的技术优势。

回顾中国航空发动机的发展历程，从建国初期的一穷二白，到如今的全球领先，每一步都走得异常艰难。上世纪 50 年代，咱们只能模仿苏联的发动机；改革开放后，虽然引进了不少技术，但核心技术始终掌握在别人手里；直到新世纪，咱们才下定决心自主研发，走出了一条属于自己的道路。

2016 年航空发动机集团成立，是中国航发发展的重要转折点。整合全国资源后，科研人员们攻克了一个又一个技术难关 —— 从叶片的精密制造，到燃烧室的气动设计，再到材料的自主研发，每一项突破都凝聚着无数人的心血。而空间站太空材料实验的成功，更是让中国航发实现了弯道超车。

这背后，是国家对科技研发的持续投入，是科研人员的坚守与创新，更是中国工业体系的全面升级。现在的中国，不仅能制造出全球顶尖的航空发动机，还能自主研发六代机、高超音速武器、空间站等一系列高精尖装备，这背后是完整的工业链条、强大的制造能力和持续的创新精神。

美军现在之所以对中国的太空材料技术感到震惊，就是因为他们没想到，中国能在这么短的时间内，从一个航发技术追随者变成一个技术引领者。国际空间站运行了 20 多年，他们只把空间站当成了太空观测和基础研究的平台，而中国却把空间站变成了 “太空工厂”，直接为实体经济和国防建设服务。这种务实的研发思路，让中国在关键技术领域实现了快速突破。