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空天飛機——天地間的自由行者

2021年08月05日 08:59  |  作者:臧繼輝  |  來源:人民政協報
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在酒泉衛星發射中心,我國新型亞軌道可重復使用運載器按照設定程序成功地以水平式平穩著陸于內蒙古阿拉善右旗機場,圓滿完成了飛行任務。雖然新聞中沒有明確提到空天飛機一詞,但網友和航天愛好者們從新聞描述的“亞軌道返回”、“飛機式降落”和“航天航空技術的高度融合體”等詞語中紛紛猜測,這是否為“空天飛機”?因為它們的特征高度重合。

那什么是空天飛機呢?空天飛機是航空航天飛機的簡稱,是一種新型及大部分國家在研究及發展階段的航天運輸系統,它能夠航空也能夠航天,集飛行器、太空運載工具及航天器于一身,也可以作為載人航天器重復使用。

空天飛機是一種未來的飛機,它同時有飛機發動機和火箭發動機,起飛時不使用火箭助推器,能像普通飛機一樣從飛機場跑道上水平起飛,以每小時1.6萬~3萬公里的高超音速在大氣層內飛行,在30~100公里高空的飛行速度為12~25倍音速,可以直接加速進入太空地球軌道,成為航天飛行器。返回大氣層也可以像普通飛機一樣在飛機場跑道上降落著陸,成為自由往返天地之間的運輸工具。

航空和航天是以高度來劃分的,高度在20公里以下為航空,高度在20至80公里為空天,高度在80公里以上的為航天。在此之前,航空和航天是兩個不同的技術領域,航空是由飛機等飛行器在大氣層內飛行,航天是由航天飛行器在大氣層外飛行。航空運輸系統是重復使用的,航天運載系統一般是不能重復使用的,而空天飛機則是航空、航天的高度重合,達到完全重復使用和大幅度降低航天運輸費用的目的。

空天飛機相比于傳統航天飛機具有很多優勢:一是可重復使用,運行成本低。預計空天飛機的使用次數可達幾千次,比航天飛機百次左右的使用壽命高很多。二是無人駕駛,完全由計算機自主進行導航和控制,可以相應減少地面控制中心的規模。三是發射回收程序簡單。空天飛機可以像普通飛機那樣起飛、著陸、加注燃料和檢修,在普通飛機跑道上起降,不用建設專用發射場地,減小了地勤服務壓力,更便于部署和使用;四是空天飛機能在升空的任何時間立即降落,它可以進行無動力飛行,例如當燃料系統和控制系統發生故障的情況下利用空氣動力特性來進行控制,返回地面。五是空天飛機兩次飛行之間的檢修像普通飛機那樣簡單,因而檢修時間很短。六是功能齊全,應用范圍廣。空天飛機可以作為空間武器發射平臺、衛星相關作業平臺、高速運輸平臺、空間指揮平臺、偵查監視與預警平臺等,應用前景十分廣闊。空天飛機最高飛行速度是音速的25倍,在2小時內,可以到達地球上的任何地方,有重要的戰略意義。

世界上的航天歷史應該從1933年開始,當時維也納技術學院的歐根·桑格爾博士在《火箭飛行技術》一書中首次提出“火箭飛機”概念——它能以10馬赫的速度在70千米高度飛躍20000千米以上的距離,這是世界上最早提出類似于空天飛機的概念。之后一直到20世紀60年代初,才開始有人對空天飛機作一些探索性試驗,當時它被稱為“跨大氣層飛行器”,但是由于需求不明,加之經濟、技術條件較差,所以沒有成功。

20世紀80年代中期,美國的“阿爾法”號永久性空間站計劃,刺激了一些國家對發展載人航天事業的普遍熱情,各國積極參加“阿爾法”號空間站的建造和應用,每年向空間站運送人員、物資和器材等任務將達到數千次之多,這些任務如果用一次性運載火箭、載人飛船或航天飛機來完成,一年的運輸費用就將達到上百億美元,因此,為了尋求一種經濟的天地往返運輸系統,美、俄、英、德、法、日等國紛紛推出了可重復使用的天地往返運輸系統方案。

1986年,美國提出研制代號為X-30的完全重復使用的單級水平起降的“國家航空航天飛機”,其特點是采用組合式超音速燃燒沖壓噴氣發動機;英國提出了一種名叫“霍托爾”單級水平起降空天飛機,其特點是采用一種全新的空氣液化循環發動機;20世紀90年代,德國提出兩級水平起降空天飛機“桑格爾”,第一級實際上相當于一架超音速運輸機,第二級是以火箭發動機為動力的有翼飛行器。兩級都能分別水平著陸;俄羅斯是老牌的航空航天技術強國,它在空天飛機使用的超燃沖壓發動機方面技術積累尤為雄厚,其彩虹機械設計局在上世紀七八十年代就先后推出了“針”式、“彩虹”-2等驗證機計劃,對高超音速的空天飛行器進行預研。其它國家如法國、日本等也都提出了自己的航天運輸系統設想。

目前,空天飛行成功的還只有美國,2010年4月,美國空軍的X-37B空天飛機原型機“軌道試驗飛行器1號”上演了處女航。2011年3月5日,在美國-226任務中,第二架“X-37B”軌道試驗飛行器(OTV)在佛羅里達州卡納維拉爾角的美國航天局發射場發射到低地球軌道,試驗飛行器在空間運行469天,于2012年6月16日在范登堡基地著陸。

我國空天飛機發展歷程是20世紀80年代末開始的,當時發達國家對空天飛機的研究達到高潮,也激起了中國航空航天專家的很大興趣。2011年1月8日,陜西電視臺的新聞播出“我國跨大氣層飛行器試飛成功”的畫面;2012年6月,湖北媒體主動披露證實,我國在研發“神龍”空天轟炸機,也就是類似美國X-37B的無人太空飛機;2014年2月,我國空天飛機圓滿完成高速自主進場著陸飛行試驗,突破了高速自主進場著陸的核心關鍵技術;2021年7月16日,由中國航天科技集團一院研制的亞軌道重復使用演示驗證項目運載器在酒泉衛星發射中心準時點火起飛,按照設定程序完成飛行后,平穩水平著陸于阿拉善右旗機場,首飛任務取得圓滿成功。“中國軍工”在新聞視頻下稱,“過于先進,不便展示”。

(作者系全國政協委員,北部戰區某部總工程師)


編輯:魯雅靜

關鍵詞:飛機 空天 航天


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