近日,《宇航总体技术》刊物披露,我国科研工作者提出了一种水平起降亚轨道重载运输器的设想,这种运输器采用火箭动力,可实现一小时内10000公里的地球表面远程投送,能够做到100次以上的航班化可重复使用。但最为关键的,是这种运输器可以做到水平起飞,其发动机点火之后,可以像飞机一样水平滑跑起飞。这种空天飞机比中国目前的重型火箭长征五号还大还重,起飞重量达1240吨,近地轨道运力高达60吨。
该运输器有两级,分别是助推级和载荷级,二者采用背驼式布局组合在一起,运输器水平滑跑起飞后,先是加速爬升,到达一定高度后,助推级从运输器上分离出来,再无动力水平返回,也就是说,这种亚轨道运输器的助推级也可以像飞机一样水平返回,而不是伞降着陆,这就极大降低了回收成本。
(亚轨道高度在20到100公里之间)
助推级分离后,运输器载荷级的发动机点火,继续爬升至100公里以下的亚轨道进行巡航飞行,到达目标区域后关闭发动机,再通过无动力滑翔的方式再入大气层,最后进行水平着陆,着陆之后,只需经过简单的维护,就可快速执行下一次任务。
由此可见,这种运输器既不同于运载火箭,又不同于航天飞机,倒是与空天飞机有很大的相似之处,称之为"空天航班"比较贴切,大致来说,空天航班要经历水平起飞、加速爬升、助推器分离、再入大气层、水平降落五个阶段。
"空天航班"的优势
那这种"空天航班"有何优势呢?大致来说,其相比其它飞行器的优势主要表现在以下几个方面:
一,载荷大。由于"空天航班"能够水平起飞,可充分利用空气的升力,因而可以极大减轻助推级的体积和重量,进而间接增大有效载荷,这使得"空天航班"的运力高达60吨,远远超过了传统航天飞机。美国"哥伦比亚"号航天飞机每次最多只能携带29.5吨的货物,这是因为其助推火箭需要巨大的燃料箱,挤压了有效载荷的空间。
(美国航天飞机)
二,"空天航班”可以利用现有的机场起飞,不必设置专门的发射场,且由于是水平起飞,爬升轨迹也很平滑,使得"空天航班"的载荷在整个飞行过程中姿态变化不大,因而货物的固定和装卸相比航天飞机要容易得多。
三,速度快。由于大部分时间在空气非常稀薄的亚轨道飞行,这里有着近似太空的超微阻力,因而使"空天航班"具备了一小时内10000公里远程投送的能力,这个速度已经超过了8马赫,远远超过了航空运输。
四,成本低。这一点就比较好理解了,"空天航班"既然能水平起飞,载荷又非常大,其成本显然是远低于航天飞机和运载火箭的。
"空天航班"的技术挑战
虽然"空天航班"有这么多好处,但要变成现实,也是要攻克以下技术难关的。
一,助推级分离。由于"空天航班"的巡航高度远大于航空客机,也就需要助推级将其投送到这个高度,但这样一来,"空天飞机"就要像航天飞机那样将助推级抛掉,以减轻自身重量,这就要解决级间分离带来的附加扰动问题。
二,防热隔热。由于要像航天飞机那样再入大气层,"空天航班"载荷级的头部前缘和机翼迎风面等区域将会面临强烈的气动加热考验。因此,需要用二氧化硅气凝胶和C/SiC之类的材料设计防热、隔热、承载的一体化结构。
三,飞行控制。由于"空天航班"要在空天两种介质内飞行,其气动布局和飞行控制要同时达到航天航空飞行的要求,我国在这方面的技术储备倒是比较充足,因为白帝乙型和MD22都是适应航空航天飞行的宽域飞行器。
(本届航展上的白帝乙型空天飞机)
那么问题来了,我国有能力研制好此先进的运输工具吗?在不久前的第12届珠海航展上,中航工业展示了昊龙低成本货运航天飞机,这是一种垂直起飞、水平着陆的跨介质飞行器,已经进入全面工程研制的阶段,这表明我国已经掌握了相关核心技术,相比昊龙,"空天航班"只是多了水平起飞环节,因此,以我国目前的技术水平,完全具备相应的研发能力。
(航展上的昊龙货运航天飞机)
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