太空竞赛再添重器 中国在这个领域正试图领先美国

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2018-03-07 04:48:40

据中国官方媒体央视北京时间3月6日报道,大陆目前正在研制一款用于天地往返运输并可重复使用的“空天飞机”。空天飞机又名空天往返飞行器,不同于目前大多数火箭再回收的方式,空天飞机系使用组合动力,能从普通机场起飞,并直线飞入轨道的全新飞行器。这将是一项里程碑式的突破,也将是航天运输方式的一场革命。

若无意外,中国将会是首个在新世纪实现空天飞机载人飞行的国家,这无疑也宣示了中国在太空竞赛中正在赶上美国,且正试图领先。

中国正在研制空天飞机,代号“腾云工程”(图源:央视视频截图)

空天飞机技术难度极大

当下,人类已知的太空运载器多为一次性使用,所需花费颇高。近年大出风头的美国太空探索技术公司(SpaceX),正是凭借猎鹰火箭的回收和重复使用,在降低航天成本方面取得重大突破,令世界瞩目。

有分析认为,尽管美国的猎鹰火箭如今风光无限,但缺点也是明显的,其可重复升空的时间间隔、发射成本和降落回收方式等仍不完美。

为减少航天发射成本,增加发射应用范围,全球都在努力探索可重复使用的新型航天发射载具。上世纪末,各航天大国已开始探讨可重复使用的回收式运载火箭方案,美国航空航天局“三角快帆”还曾就此进行了初步的技术验证,“三角快帆”既是一种单级入轨航天器,也是一种可重复使用的单级运载火箭。

可重复使用运载器按不同标准有多种分类:按照重复使用的比率,可分为部分重复使用和完全重复使用(例如航天飞机、猎鹰火箭等属于部分重复使用,英国正在研制的“云霄塔”空天飞行器属于完全重复使用);按主动力形式分为火箭动力和吸气式组合动力;按级数分为单级入轨和多级入轨(一般以两级入轨为主);按起降方式分为垂直起飞/垂直降落、垂直起飞/水平降落以及水平起降。

基于运载火箭的成本与反应速度均较差,人类一直在寻求合适的天地飞行器。研制于上世纪80年代的航天飞机,就是这一设想的最早尝试。在航天飞机退役后,美国研制的X-37B与“追梦者”计划,则代表了目前世界天地飞行器的最高水平。

而已知中国正在进行的可重复使用太空运载器则是完全不同于美国的模式,兼具航天器和航空飞行器的特点:既不同于传统的航天飞机,也迥异于现在的X-37B,更不同于猎鹰9号火箭,而是中国首创的二级可重复使用的新型空天飞机。

中国的“腾云工程”

中国正在研制的“空天飞机”被称为“腾云工程”。公开资料显示,“腾云工程”计划2016年完成两级入轨空天飞行器多方案对比论证;2018年完成模态转换飞行试验发动机地面试验;2020年完成组合发动机模态转换技术验证飞行试验;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。

中国的“空天飞机”既可载人也可货运:载人时,可用于太空旅游、航天员运送等,将为乘客提供舒适的太空往返飞行体验;货运时,可用于发射各类卫星、空间站货物补给、太空应急救援等,可为用户提供按需、及时、廉价的航天发射服务。

业内人士称,“腾云工程”技术难度极大,涵盖结构和热防护、气动外形设计、组合动力系统等多项关键技术,系大陆着眼航天新一代和未来发展的项目,现在主要是在前期的技术研发阶段。

早前,陆媒《科技日报》的报道曾提到,2015年12月,中国科研人员成功组织开展了首次以空气动力学基础研究为目的的航天模型飞行试验。而2018年进行的最新一次试验,测试的是“空域更广、速域更宽的某型号航天模型飞行器”。

署名“利刃军事”的中国军事观察者于今年3月1日刊文分析,最新试验成功的某型号航天模型试验飞行器很可能是中国空天飞机模型。而“空域更广、速域更宽”的描述更是值得揣测:“空域更宽”疑似暗示新装备在太空飞行,“速域更宽”疑似暗示试验对象是高超声速飞行器。 

中国新型空天飞机创新之处

公开资料显示,中国空天飞机起飞方式类似于美国的航天飞机,空天飞机由一级火箭背负升空,但升空两者分离后空天飞机继续上升执行任务,一级火箭不是完全抛弃也不是和猎鹰9号那般垂直降落,而是调整角度后如大型飞机般滑翔降落至加长跑道,从而实现空天飞机和一级运载火箭均可多次重复利用的目标。

中美竞赛正在多个领域展开,而中国或会是首个实现空天飞机载人飞行的国家,无疑宣示了中美竞争又多了一个领域

该运载器的设计重复使用次数在20次以上,初期目标是将单位有效载荷运输成本降至目前的五分之一,未来则有望降至十分之一。并且还能大幅缩短发射准备时间,有望像飞机一样实现航班化的天地往返运输。

传统火箭的发射准备时间往往长达数月,即使是大陆以快著称的小型火箭“快舟”系列,以往发射准备时间也需一周左右。而中国新研发的此款运载器引入航空领域的快速检测理念和技术,力求具备一天一次飞行的能力。

这也意味着,正常降落的一级火箭在稍加检修后,仅需一天时间即能再次背负第二架空天飞机再次升空,成本、发射密度优势无与伦比,这亦为未来的国际空间合作、太空旅游带来了更多想象。

美国国防高级研究计划局主导的XS-1(试验性太空飞机,采用垂直发射、水平着陆模式)计划在2020年完成飞行试验,业内人士称,中美两国的可重复使用运载器研发是“比肩的”。

中共十九大报告中指出,要瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。而代表着世界科技前沿的可重复使用运载器技术的突破,势必亦可带动大陆先进材料、先进制造、控制、气动等学科的基础理论研究和技术创新。

同时,可重复使用运载器技术应用前景极为广阔,而中国在这个领域正试图领先美国,这恰恰也正是美国所担心的。

撰写:刘言

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