1.2.2 核心科学问题
本重大研究计划拟解决的核心科学问题及其项目如下。
①近空间飞行环境下的空气动力学。重点研究近空间高速飞行高温、非平衡、黏性干扰、稀薄气体效应和湍流效应耦合作用机理，气动特性预测方法，热环境预测与热防护机理、宽马赫数机动飞行原理与方法等问题；形成了“近空间高超声速空气动力学理论与建模”“高超声速热环境预测与试验技术”“高超声速飞行器气动布局原理”“高超声速飞行器飞行与控制原理”等四个项目群。
②先进推进的理论和方法。重点研究超声速燃烧理论与方法、超声速流动与燃烧的相互作用、高效进排气与一体化、燃烧室热防护与热环境流固耦合问题，加强地面实验模拟和流场诊断方法研究，积极探索新的推进原理和方法；形成了“高超声速进气道设计方法与流动控制”“超声速燃烧机理”“超燃冲压发动机热防护”“超燃冲压发动机控制”“新概念推进”“测量与试验技术”等六个项目群。
③超轻质材料/结构及热环境预测与防热。重点研究轻质/多功能材料和结构、超高温非烧蚀材料和结构研究一体化设计和多学科优化理论和方法、服役环境下材料响应机理、新材料制备和表征方法等问题，强化分析和试验手段研究，积极探索新型主/被动结合的防/隔热原理和机制；形成了“热/力耦合机理与分析方法”“轻质多功能材料及结构”“高温防隔热材料”“高温透波材料”“材料性能表征与测试技术”“新材料、新原理探索”等六个项目群。
④高超声速飞行器智能自主控制理论和方法。建立面向控制的飞行器动力学建模与验证方法，重点开展高超声速飞行器稳定性与机动性协调飞行控制理论和方法、可适应参数大范围变化的强鲁棒自适应控制理论与方法、高超声速飞行器的结构动力学分析和控制的理论与方法等研究，积极探索可变体飞行气动原理与控制方法；形成了“乘波体高超声速飞行器控制问题”“高超声速滑翔飞行器控制问题”“可变体高超声速飞行器”“高超飞行器气动、弹性、稳定性和机动性研究”“结构振动主动监控与热弹性颤振控制研究”等五个项目群。
经过本重大研究计划指导专家组的反复论证，围绕上述四个核心科学问题的重点研究方向，又进一步确定了亟待突破的八个关键科学问题：
①气动力和离心力相结合的飞行原理与方法；
②长时间近空间飞行热环境以及非烧蚀防热原理与方法；
③与超声速燃烧等相关的推进机理与方法；
④高温、非平衡、黏性干扰、稀薄气体效应和湍流效应相互耦合作用的机理与预测方法；
⑤近空间飞行器环境的实验及数值模拟理论和方法，计算流体动力学与计算结构动力学耦合的理论与方法；
⑥超轻质多功能材料、新构型和材料/结构一体化优化设计方法；
⑦材料热/力耦合响应机理及热防护结构设计原理与方法；
⑧智能自主控制理论和可变体飞行原理与飞行控制方法。
上述四个核心科学问题的解决对全面实现本重大研究计划的目标至关重要。从认识的过程来看，应遵循“气动需先行，动力为核心，结构与材料是基础，控制是关键”的布局思想；从发展的角度来看，要推动近空间飞行器技术的跨越式发展，还需要重视四个核心科学问题统一性、交叉性的特点，促进近空间飞行器关键技术的协同发展。