抢占太空优势：评中国跨大气层航天运载器发展

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　　离子鱼

　　中国航天技术在“神舟”之后又胜利完成了“嫦娥奔月”的壮举，标志着运载火箭与卫星技术达到了新的高点，而在网络图片中出现的空间飞行器模型又展示了新的进展。图片中挂载在轰6机身下的航天飞行器模型受到国内外的广泛关注，该飞行器前端为卵型头锥，带有翼面的柱形机身尾部安装有单发发动机喷口，喷口外形特点类似于典型的火箭发动机。该模型在整体设计特点上与国外发展的航天飞机比较接近，如果情况属实，可以认为中国航天技术已经由火箭向跨大气层飞行器发展。

　　航天飞机与空天飞机

　　跨大气航天运载器通常指航天毽机和设计中的空天飞机，单级人轨火箭虽然在理论上也能够满足重复使用的要求，但是前两者在使用灵活性上要比后者更有优势，所以国内外航天，航空技术人员非常重视发展高性能航(空)天飞机。空天飞机和航天飞机作为可重复使用航天器属于航天运载器的尖端技术，也是国内外长期投入很大力量和资源开发的先进技术。中国设计可重复使用航天运载器是继载人飞船和探月卫星后的新成就，体现了中国航天技术已经开始由积累和探索向大规模发展方向进步的趋势。

　　航天飞机是目前跨大气层飞行器中真正达到实用化标准的机型，空天飞机则是束来发展趋势和技术方向。很多介绍空天飞机的文章中都强调其在大气层外的轨道灵活性优势，并且被认为是兼具飞机和运载火箭两方面优势于一体。但是，用来担负大气层外飞行的空天E机在使用上并不能像飞机那样方便。空天飞机虽然在技术上确实能够在太空中灵活调整轨道，但是大气层外的近地轨道在人类长期的宇航活动中已经充斥了大量人造飞行器及残骸，这对其在大气层内和近地轨道的使用存在很大的影响。因此，认为航(空)天飞机可以随时把载荷送上太空的想法至少在目前还是不现实的。

　　因为发展航天飞机是需要强有力的航天、航空、材料、动力和气动设计作为依托，所以现在具备生产实用型航灭飞机能力的国家只有美国和俄罗斯。美国航天飞机虽然在使用过程中出现过灾难性事故，但仍然是现有航天器中最有效的运载工具。前苏联发展的“暴风雪”航天飞机在基本设计和技术上与美国类似，不过解体后恶劣的经济条件使现在的俄罗斯失去了维持航天飞机发展的能力，只是其航天科研和生产基础还具备必要时可恢复研制航天飞机的能力。欧洲航天局的“赫尔墨斯”和日本的“希望”都属于小型低成本航天飞机，目前都只进行到模型试验阶段，距离真正达到实用化标准还有较大的距离。空天飞机的设计中，x一30，33和“桑格尔”在技术上非常先进，但现有技术条件下完成这样先进的项目存在较大的困难，国外空天飞机的应用技术总体上还处于早期探索和验证阶段。

　　空天飞机和航天飞机这类可重复使用航天器因为要满足运载器往返需要，在可以携带的有效载荷上必然要低于一次性的运载火箭。但是可重复使用航灭器在理论上除了燃料和必须消耗品(防热材料)外，构成制造和使用成本主体的运载器本身却可以完全重复利用。空天飞机是现有航天飞机的整体技术进一步提高后的必然结果，空天飞机与航天飞机同样用来满足高密度宇航飞行的任务，空天飞机依靠低成本和高灵活性，可以取代运载火箭甚至是航天飞机，为宇航运输提供反应迅速和单位载荷成本更低的跨大气层运载工具。

　　动力装置是技术关键

　　国际上公认空天飞机的技术难度要远远超过规格类似的航天飞机，两者在机体设计和材料上并不存在明显的差异，动力系统的技术和实用水平才是决定空天飞机技术难点的关键。航天飞机目前都是采用常规助推火箭进行弹道式发射，只要有足够推力的火箭，就等于具备发展航天飞机的基础。空天飞机的动力系统在结构和应用技术上与航天飞机截然不同，由此也使其在应用方面存在很多短时问难以克服的困难。

　　目前空天飞机的动力系统多采用吸气式喷气发动机和火箭动力的组合形式。这样的动力系统在技术上基本可以适应现有科技发展水平，实际使用的技术难度和资金需求也没有超过现有条件的限制。不过，组合动力系统在不同飞行阶段中不可避免地存在死重问题，因此很难满足经济性要求。国外重点开发的是兼具吸气式喷气发动机和火箭的综合动力系统，通过让同一台发动机全程使用低温燃料来满足大气层内外使用的要求。国外目前已经公开的这类装置主要是采用液氢，甲烷燃料的空气涡轮发动机(ATR)、超燃冲压发动机(SCRAMJET)、液态空气循环发动机(LACE)以及风扇一引射一冲压推进系统(SERJ)。

　　现代化高超音速航空动力装置在技术上具有很大的发展潜力和应用范围，单纯吸气式结构的发动机可以满足高超音速飞机的基本动力要求，当飞行器本身携带氧化剂(更先进的技术是通过大气层内飞行过程中捕获和储备氧气作为氧化剂)时还能够满足亚轨道或跨大气层飞行器的动力需要。综合动力系统是将吸气式发动机与火箭发动机综合起来，在大气层内飞行时利用低温燃料(液氢、甲烷、丙烷)与进气道吸人的冲压空气混合燃烧，当飞行器到达高空后逐渐在发动机燃烧室内加入液氧助燃，到飞行器接近大气层外沿时完垒依靠低温燃料和液氧燃烧产生动力，发动机燃烧室的工作状态由吸气式变为与火箭发动机类似的工作方式。空天飞机的综合动力系统在原理上与目前战术导弹固冲一体化动力系统类似，都采用吸气式发动机燃烧室兼作火箭发动机的燃烧室，它们之间的主要区别是吸气动力与火箭动力工作的先后顺序。空天飞机的动力系统在采用吸气方式工作时，在大气层内的飞行速度可以达到6～12马赫；在采用液体燃料火箭方式工作时，可以使飞行器速度增加到20一30马赫，能够满足飞行器进行亚轨道或者跨大气层飞行的要求。不过，这种综合动力系统的技术难度要比分别采用大气层内外两套动力高得多，而且目前的技术水平也难以发展出满足跨大气层使用的动力装置。现有超燃冲压发动机和类似高超音速动力装置的技术水平，只具备满足飞行器在大气层内15马赫以下使用的设计和材料要求，短时间内也难以达到实用化型号所需要的推力和可靠性标准。

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