空天飞机——天地间的自由行者

发布时间:2022-05-08 08:00:06 来源:火博体育app下载 作者:火博体育app下载官网

  在酒泉卫星发射中心,我国新型亚轨道可重复使用运载器按照设定程序成功地以水平式平稳着陆于内蒙古阿拉善右旗机场,圆满完成了飞行任务。虽然新闻中没有明确提到空天飞机一词,但网友和航天爱好者们从新闻描述的“亚轨道返回”、“飞机式降落”和“航天航空技术的高度融合体”等词语中纷纷猜测,这是否为“空天飞机”?因为它们的特征高度重合。

  那什么是空天飞机呢?空天飞机是航空航天飞机的简称,是一种新型及大部分国家在研究及发展阶段的航天运输系统,它能够航空也能够航天,集飞行器、太空运载工具及航天器于一身,也可以作为载人航天器重复使用。

  空天飞机是一种未来的飞机,它同时有飞机发动机和火箭发动机,起飞时不使用火箭助推器,能像普通飞机一样从飞机场跑道上水平起飞,以每小时1.6万~3万公里的高超音速在大气层内飞行,在30~100公里高空的飞行速度为12~25倍音速,可以直接加速进入太空地球轨道,成为航天飞行器。返回大气层也可以像普通飞机一样在飞机场跑道上降落着陆,成为自由往返天地之间的运输工具。

  航空和航天是以高度来划分的,高度在20公里以下为航空,高度在20至80公里为空天,高度在80公里以上的为航天。在此之前,航空和航天是两个不同的技术领域,航空是由飞机等飞行器在大气层内飞行,航天是由航天飞行器在大气层外飞行。航空运输系统是重复使用的,航天运载系统一般是不能重复使用的,而空天飞机则是航空、航天的高度重合,达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。

  空天飞机相比于传统航天飞机具有很多优势:一是可重复使用,运行成本低。预计空天飞机的使用次数可达几千次,比航天飞机百次左右的使用寿命高很多。二是无人驾驶,完全由计算机自主进行导航和控制,可以相应减少地面控制中心的规模。三是发射回收程序简单。空天飞机可以像普通飞机那样起飞、着陆、加注燃料和检修,在普通飞机跑道上起降,不用建设专用发射场地,减小了地勤服务压力,更便于部署和使用;四是空天飞机能在升空的任何时间立即降落,它可以进行无动力飞行,例如当燃料系统和控制系统发生故障的情况下利用空气动力特性来进行控制,返回地面。五是空天飞机两次飞行之间的检修像普通飞机那样简单,因而检修时间很短。六是功能齐全,应用范围广。空天飞机可以作为空间武器发射平台、卫星相关作业平台、高速运输平台、空间指挥平台、侦查监视与预警平台等,应用前景十分广阔。空天飞机最高飞行速度是音速的25倍,在2小时内,可以到达地球上的任何地方,有重要的战略意义。

  世界上的航天历史应该从1933年开始,当时维也纳技术学院的欧根·桑格尔博士在《火箭飞行技术》一书中首次提出“火箭飞机”概念——它能以10马赫的速度在70千米高度飞跃20000千米以上的距离,这是世界上最早提出类似于空天飞机的概念。之后一直到20世纪60年代初,才开始有人对空天飞机作一些探索性试验,当时它被称为“跨大气层飞行器”,但是由于需求不明,加之经济、技术条件较差,所以没有成功。

  20世纪80年代中期,美国的“阿尔法”号永久性空间站计划,刺激了一些国家对发展载人航天事业的普遍热情,各国积极参加“阿尔法”号空间站的建造和应用,每年向空间站运送人员、物资和器材等任务将达到数千次之多,这些任务如果用一次性运载火箭、载人飞船或航天飞机来完成,一年的运输费用就将达到上百亿美元,因此,为了寻求一种经济的天地往返运输系统,美、俄、英、德、法、日等国纷纷推出了可重复使用的天地往返运输系统方案。

  1986年,美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起降的“国家航空航天飞机”,其特点是采用组合式超音速燃烧冲压喷气发动机;英国提出了一种名叫“霍托尔”单级水平起降空天飞机,其特点是采用一种全新的空气液化循环发动机;20世纪90年代,德国提出两级水平起降空天飞机“桑格尔”,第一级实际上相当于一架超音速运输机,第二级是以火箭发动机为动力的有翼飞行器。两级都能分别水平着陆;俄罗斯是老牌的航空航天技术强国,它在空天飞机使用的超燃冲压发动机方面技术积累尤为雄厚,其彩虹机械设计局在上世纪七八十年代就先后推出了“针”式、“彩虹”-2等验证机计划,对高超音速的空天飞行器进行预研。其它国家如法国、日本等也都提出了自己的航天运输系统设想。

  目前,空天飞行成功的还只有美国,2010年4月,美国空军的X-37B空天飞机原型机“轨道试验飞行器1号”上演了处女航。2011年3月5日,在美国-226任务中,第二架“X-37B”轨道试验飞行器(OTV)在佛罗里达州卡纳维拉尔角的美国航天局发射场发射到低地球轨道,试验飞行器在空间运行469天,于2012年6月16日在范登堡基地着陆。

  我国空天飞机发展历程是20世纪80年代末开始的,当时发达国家对空天飞机的研究达到高潮,也激起了中国航空航天专家的很大兴趣。2011年1月8日,陕西电视台的新闻播出“我国跨大气层飞行器试飞成功”的画面;2012年6月,湖北媒体主动披露证实,我国在研发“神龙”空天轰炸机,也就是类似美国X-37B的无人太空飞机;2014年2月,我国空天飞机圆满完成高速自主进场着陆飞行试验,突破了高速自主进场着陆的核心关键技术;2021年7月16日,由中国航天科技集团一院研制的亚轨道重复使用演示验证项目运载器在酒泉卫星发射中心准时点火起飞,按照设定程序完成飞行后,平稳水平着陆于阿拉善右旗机场,首飞任务取得圆满成功。“中国军工”在新闻视频下称,“过于先进,不便展示”。

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