四、更高温的材料尽管我们过去几十年在航天器、弹道导弹和超声速飞机等飞行器上积累了大量热防护材料技术成果，但这些都无法解决大气层内高超声速飞行面临的高热问题。当速度达到马赫数6及以上时，飞行器前缘的温度可以达到1600～2200℃，这比钛合金熔点高300℃，比钢的熔点高600℃。巨大的热流密度会在很小的区域内造成非常大的热冲压和热梯度。万·怀尔认为，“前缘越尖锐，温度就越高。问题是你想设计成多尖锐，这本质上可转换成前缘结构材料能够耐受多高的温度。这对于可重复使用飞行器和一次性使用飞行器来说有很大差异。材料耐高温性能越好，你就可以设计越尖锐的前缘，就可以获得更高的升阻比，更好的性能。这个领域还有很大的提升空间。”飞行器尺寸变化也会对热环境产生影响。刘易斯解释认为，“人们一般不理解尺寸变化的影响。比如，如果把一个特定的高超声速飞行器进行等比例缩小，它的前缘一定会变得更加尖锐（前缘半径减小），这就导致温度更高。因此，我必须增加前缘半径使它变更钝，而这又反过来增加了气动阻力，从而进一步影响气动性能。这样的情况遇到多了以后，我们意识到我们必须对尺寸的问题高度谨慎。飞行器能够在某个特定外形尺寸下满足要求，不代表我们可以将它放大或缩小仍然能够满足要求。”当飞行器速度超过马赫数5以后，飞行器表面的空气本身也在发生变化。严重的气动加热将会使氧气和氮气发生离解，使得空气组分和特性发生变化，进而影响飞行器表面流场特性。更高马赫数引起的空气电离还会对高超声速飞行器的通信和制导导航与控制产生影响。

边界层转捩后形成的湍流将显著加剧气动加热，图为热流密度分布云图（桑迪亚国家实验室图片）洛马导弹与火控公司技术负责人大卫·亨恩（David Hunn）认为，材料是成功研制一型高超声速飞行器所面临的“第一个”问题。“我不得不基于材料限制来调整我的飞行轨迹和性能设计。我们过去在这个领域探索得比较少。这里面又涉及到主动冷却结构、采用各种主被动热防护的防隔热结构等。但总体上来说，辐射冷却／热结构是一种更好的方式。原因很简单，它不涉及活动部件，而且空间、重量和功率需求更小。”

五、涂层问题金属材料一般很难承受这么高的热流和温度，目前一般都会采用碳纤维和碳基复合材料以及陶瓷基复合材料。大卫·亨恩提到，“这类材料虽然能够承受高温，但随之而来的问题就是抗氧化。因此需要靠表面涂层来解决这个问题。能够在1700℃以上工作的涂层包括碳化铪和碳化钽以及硼化铪和硼化锆等。这些陶瓷基材料具有非常好的抗氧化特性，因此大量研究工作都在研究采用这类涂层来作为实现当前高超声速机体结构的近期解决方案。但从远期来看，我们还需要开展更多自然科学研究工作，来找出更适合的材料。大学和研究实验室正在开展相关基础研究，希望能够采用计算材料学和元素周期律等方法理论来实现某种更加适合高超声速飞行的新型材料。”

六、工业能力就绪度问题建立一套能够支撑研制生产计划的工业基础能力是最末端且更加紧迫的一项挑战。今年上半年，美国防部采办系统的领导层组建成立了一个国防部层面的“指挥部”，评估工业供应链存在的强弱项。航空喷气－洛克达因公司防务板块高级副总裁泰勒·埃文斯（Tyler Evans）表示，“X－51A是一架推进技术飞行验证机，已证明了我们掌握了超声速燃烧的科学机理。如今10年过去了，我们应聚焦于使超燃冲压发动机可实战使用、可重复使用和经济上可承受。”洛克达因采购了一家专攻增材制造技术的公司，以便能够降低其固体火箭、液体火箭以及超燃冲压发动机的生产成本。“我们已经把增材制造技术深度融入到了设计工作中。”