空天飞行器是指能够飞行在临近空间或空间执行特定任务并能长时间驻留的飞行器，是实现快速远程输送、精确打击、远程实时侦查、持久高空监视、情报搜集和通信中继等任务最为有效的手段。典型的空天飞行器可以分为三类：可重复使用轨道机动式 (Single Stage to Orbit, SSTO; Two Stage to Orbit,TSTO) 、 高 超 声 速 助 推 滑 翔 式 (HypersonicTechnology Vehicle, HTV) 和高超声速巡航式(Hypersonic Cruise Vehicle, HCV)。这些飞行器的飞行速度一般均达到 5 倍音速以上，因而也被称为超高声速飞行器，是未来航天航空技术新的制高点，具有战略性、前瞻性、标志性和带动性。近年来，临近空间特殊的战略价值已经受到许多国家的重视，高超声速飞行器也成为各国近期竞相研究的热点。美国、俄罗斯、欧洲、韩国、日本、以色列等国家和地区都投入了大量经费并制定了一系列研究计划，积极开展高超声速飞行器的研制。从总体上看，目前高超声速飞行器仍处于关键技术的攻关和演示验证阶段。
热防护系统 (Thermal Protection System,TPS) 是研制和保障空天飞行器在极端环境下安全服役最为关键的技术之一。 飞行器在高速进入大气层的过程中，气流会在飞行器的外表面形成一个激波层。高速气流在流经该激波层时受到压缩，导致大量动能转化为热能，并使得气流温度急剧升高。当激波层内部分气体传递至飞行器表面时，与飞行器表面产生剪切力和内粘性，从而导致这部分气体温度进一步提高。这部分气体所处的区域被称为边界层。由于边界层内气体温度远高于飞行器表面，因此边界层内的气体与飞行器表面将产生对流传热作用，并导致飞行器表面温度升高，这就是所谓的气动加热，即高速空气绕流飞行器所产生的加热行为。 由于气动加热作用本质上是一种动能向热能的转化，因此该作用产生的热流密度与飞行器速度密切相关。飞行器表面的热流密度近似随飞行速度的三次方快速增长，并与大气密度成正比关系。
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