空天飞机的时代会来到了吗?(李必光)
[2014-05-24 11:00:15]

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   2010年4月22日,美国X-37B无人空天飞机发射成功,以后又成功地进行了多次试验!
 
    1.既像航天飞机又不是航天飞机 
 
    说起空天飞机已并非新闻,早在三十年前航天飞机上天时已被同时提上日程。所谓空天飞机,即航空航天飞机的简称。它集航空、航天技术于一体,采用航空喷气发动机和火箭发动机两种推进系统,开始时以高超音速在大气层内飞行,速度可达数十倍音速,然后再选用两级或单级入轨方式进入环绕地球的轨道。返回时再入大气层,像普通飞机一样伸出起落架,以每秒90米的速度在机场着陆。
    设想中的空天飞机是一种未来的飞机,它像普通飞机一样水平起飞,以超音速在大气层内飞行,又可以直接加速到第一宇宙速度(每秒8公里)进入更高的地球轨道,就像航天飞机那样;返回大气层时,又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。
    航空和航天是两个不同的技术领域,由于飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动,航空飞行器(如飞机、汽艇等)是可以重复使用的;而航天飞行器一般是不能重复使用的。可是空天飞机确能达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的,它只有航天飞机的十分之一。
    空天飞机安装了三种发动机:空气涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机。空气涡轮发动机用作水平起飞;当速度达到每秒700米时冲压发动机开始工作,使飞机在大气层里实现巡航,如果需要火箭发动机点火,冲出大气层进入太空。
    空天飞机的明显优点是:起降方便,不受发射窗口、天气、起降地点的限制,维护也较简便;它一机多用,可载人航天,也可无人驾驶,自动与空间站对接,并可作为太空作业平台及洲际客机,是真正“完全重复使用”。
    科学家设想的空天飞机有两种类型:一类是双级入轨空天飞机,它先由大型飞机驮起水平起飞,或用运载火箭垂直起飞,然后分离,在大气层里加速后进入太空;另一类是更为先进的单级入轨空天飞机,它直接在地面上像飞机一样水平起飞,可在大气层里巡航,也可加速进入太空。

    2.制造空天飞机的难度很大

    由于空天飞机是第一次把航空发动机引入航天领域,充分利用大气层资源,从根本上改变了航天运载器只采用火箭发动机的模式。当年,世界上几乎所有从事航天发展的国家(包括中国),都曾经对它进行过探索,其中以美国的国家空天飞机、英国的霍托尔、德国的桑格尔较为出众,而苏联、法国和日本等国也提出过自己的设想,但都因共同的难点——高超音速燃烧的冲压喷气发动机研制实在太难,在地面上又难以模拟试车,进展十分缓慢,免不了一时上马又一时下马。
    发展空天飞机的主要目的是想降低空天之间的运输费用。其途径归纳起来主要有三条:一是充分利用大气层中的氧,以减少飞行器携带的氧化剂,从面减轻起飞重量;二是整个飞行器全部重复使用,除消耗推进剂外不抛弃任何部件;三是水平起飞,水平降落,简化起飞(发射)和降落(返回)所需的场地设施和操作程序,减少维修费用。
    除了发动机外,空天飞机对结构材料要求也甚高。由于速度快,飞行时头部和机翼前缘表面温度可达摄氏2760度,因此航天飞机原用的防热瓦就不行了,必需研制新型的复合材料,并且还要在一些特殊部位采用强制冷却装置。
    空天飞机与航天飞机一样,同样也是有缺点的。主要有:1.研发门槛高;2.研制周期较长;3.成本及造价高;4.研制风险大;5.技术难度高。因此,空天飞机不是所有航天国家都能插手的。

    3.空天飞机是把“双刃剑”

    空天飞机可能是未来“万能”的飞机。它能自由往返于天地之间,凡是航天飞机能干的事,它几乎都能胜任。它可以把大的卫星送入地球轨道,一次投放多颗卫星更是它的拿手活儿;它能向空间站运送或接回航天员和各种物资;它能对在轨道上运行的卫星进行维修或回收。更重要的是它还能执行各种诸如拦截、侦察和轰炸等军事任务,成为颇具威力的空天兵器,这就成为空天战机了。一旦空天战机出现,必然会加快太空战的进程。
    美国打算在2025年前后部署的空天轰炸机;而后是空天侦察-反侦察机,以攻击敌方卫星及航天器。尽管美国大张旗鼓地宣传空天飞机研究计划,但不排除它有故意鼓吹和展示实力的意图。

李必光 博客文章
2014-05-22
 

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