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中国空天飞机有望2030年试飞 目前已取得显著进展

国内 南京日报 2017-06-17 08:53:30
[摘要]经过60年发展,“举国之力发火箭”的时代已经过去。在力保安全前提下,降低进入空间的成本成了越来越多人关注的话题。

近日,专家透露我国正在研制天地往返飞行器且已取得显著进展的消息之后,立即引发对中国空天飞机究竟发展到什么阶段的诸多猜测,有的媒体报道中甚至将它和目前世界上唯一已投入使用并已完成多次在轨飞行的空天飞机美国X-37B进行了对比。

火箭重复使用十次最划算

航天活动也考虑如何省钱

经过60年发展,“举国之力发火箭”的时代已经过去。在力保安全前提下,降低进入空间的成本成了越来越多人关注的话题。相比一次性的火箭和飞船,发展可重复使用的天地往返运输系统,已成为让航天活动更经济、便捷的新途径。

为了省钱,本月初美国太空探索技术公司(SpaceX)首次将一艘重复使用的龙飞船送入太空。而这是该公司在实现“猎鹰9号”火箭重复使用后,在节约航天成本道路上迈出的又一步。SpaceX的这艘龙飞船曾于2014年9月前往国际空间站执行任务,34天后返回地球。SpaceX对其加压舱中的一些部件进行了翻修和更换,并替换了非加压舱部分。

飞船在发射及返回过程中要经历空间辐射、强震动、高温灼烧及海水浸泡等一系列考验。此前只有美国的航天飞机和前苏联的VA飞船等少数航天器,执行过两次以上的轨道飞行任务。

这次发射龙飞船的“猎鹰9号”火箭也再次成功回收。对此SpaceX“傲娇”地表示“习以为常”。该公司曾宣称,“猎鹰九号”火箭第一级重复使用一次,可使发射成本降低30%,重复使用十次则能降低80%左右。

而据专家计算,十次是火箭重复使用的最佳平衡点,使用次数更少做不到物尽其用,更多则反而增加维修成本和风险。

目前我国也在加紧研制“二手”火箭和飞船。近日,我国首次公布了正在进行的可重复使用运载火箭技术方案。此前,在今年“两会”期间,航天科技集团五院载人飞船系统总设计师张柏楠也透露,我国新一代载人飞船正在研究论证中,将满足载人登月和近地运输、载人运输和货物运输等多种用途,且具备可重复使用的特点。

2016年长征七号运载火箭首飞时,搭载了新一代飞船多用途缩比返回舱。张柏楠说,缩比返回舱主要是论证新一代飞船的外形及重复使用的技术。他表示,在未来激烈的国际市场竞争中,我国新一代载人飞船要想更广泛地运用形成产业,必须降低成本。

空天飞机成降低航天成本“新神器”

从技术发展程度来看,可重复使用火箭只是第一步。长远发展目标是研发出能让人快速、廉价、可靠地进出空间的可重复使用飞行器。

空天飞机就是跨大气层飞行器中的一种,能够快速在地面、平流层、临近空间以及近地轨道之间穿梭,携带有效载荷执行空天任务。其起飞方式与普通飞机一样,能从机场跑道水平起飞,通过组合动力或者多级形式快速进入临近空间,并以12—25马赫的速度在海拔30—100公里上进行高超音速飞行,还可以直接加速进入地球轨道,成为航天飞行器;返回大气层后,像飞机一样在机场着陆,成为自由地往返天地之间的运输工具。

对于空天飞机的探索,始于上世纪60年代,发轫于美国。由B-52载机携带释放的X-15验证机的飞行高度达到了108公里,飞行速度超过了6.7马赫,其机身表面覆盖的为合金涂料可抗1200的高温。

上世纪80年代中期,受美国“阿尔法”号永久性空间站计划的刺激,美、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。

美国在1986年提出的X-30国家空天飞机计划被认为是一个标杆性的设计,其提出单级入轨、水平起降,但并没有实现。轨道科学公司在1995年研制的X-34则是另一种符合当前技术现状的跨大气层飞行器,计划中所使用到的翼身组合气动、热防护系统、自动着陆等都是验证跨大气层飞行器的关键技术。该计划已于2001年被取消。

目前世界上已投入使用并已完成多次在轨飞行的空天飞机只有美国的X-37B。由美国波音公司研制的X-37B于2010年4月首次试飞。需要指出的是,这种外形和功能都酷似小型航天飞机的飞行器,还不是像大多数人想象的空天飞机那样水平起飞,而是通过火箭送入轨道环绕地球飞行,然后再以滑翔方式返回地面。

如今这款最高速度达到音速25倍以上的特殊飞机,不仅多次进出太空,且动不动就在太空轨道中呆一年以上时间,美军方却始终对于它所承担的绝密任务三缄其口,所以外界都将它视为潜在的“空天战机”。

不需要像X-37B那样借助火箭助推,中国空天飞机有优势

“我国正在研发水平起降、可重复使用的天地往返飞行器,并已完成发动机等多项关键技术地面试验,取得显著进展。”在本月初举行的2017年全球航天探索大会上,中国航天科工集团公司副总经理刘石泉透露了这项被称为“腾云工程”的宏大计划的一些信息。按此计划,中国将在2025年完成关键技术攻关,2030年完成两级入轨空天飞行器技术验证试飞。

香港《南华早报》以“中国的空天飞机能否在与美国的太空竞赛中占据优势”?为题对此进行了报道,并称空天飞机的研发具有里程碑式的重大意义,意味着中国将能在太空竞赛中赶上美国。

该报报道称,虽然上个月刚刚完成在轨试验返回地球的美国X-37B也是在研的可重复使用航天飞行器项目,既能在近地轨道飞行、又能穿梭于地球大气层内外,但它机身比较笨重、机翼相对短小,起飞方式还离不开火箭垂直发射,实质还是一架传统航天飞机的无人化升级版。相比之下,中国空天飞机机体更加细长,具有更符合空气动力学设计的机身,这意味着它可以在军用或民用机场依靠自身特殊引擎和机翼起飞,不需要像X-37B那样借助火箭助推。

有专家表示,空天飞机的技术水平要求很高,需要同时适应大气层内重力环境和太空失重环境的要求,避免飞行失控,也要解决好航空发动机与火箭发动机的组合循环推进问题,防止发生太空或空中引擎停车,要克服一系列跨领域难题。

编辑:凡闻

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