微阻力多功能航天器的可行性研究与设计

朱相宇 赵天

【摘 要】“微阻力”无人空天作战平台利用强电压电离空气之后在上下表面之间产生的压力差作为动力，一改用燃料推进的传统，但仍在空气动力学支持的范畴之内。这样一来就避免了燃料燃烧释放的气体对大气的污染。控制系统利用“自适表面活动层”技术实现飞行品质的提高，灵敏度的加强。同时飞行器上装备有攻击系统，对地球上任何目标进行有效的快速打击，从而具有了对地、对空、对卫星的全方位打击能力，武器系统由氧碘化学激光器组成。激光武器具有射程远、威力强大、无法拦截等优点，十分适合装备在空天武器上，而空天飞机较大的内容积也正好为装载激光武器较大的连带设备提供了条件。而探测系统则利用广域，及激光全息照相技术进行深空探测及研究。

【关键词】氧碘化学激光器 电离空气 自适表面活动层 红外探测器 激光全息照相

目前，地球资源日益枯竭，大气污染逐年增大，已严重影响了人们的生活。在这种背景下，作为零污染、零碳排放的新动力火箭，摒弃以燃料提供动力的方式，无疑让人们看到了曙光。同时，省去燃料即减轻了飞行器重量。对于飞行器而言，不论是在航空领域还是航天领域，换用新型动力能源，减轻其重量都是很重要的。因为减轻重量就意味着有更多难以实现的功能的难关有望被攻克，同时飞行器所需燃料也大大的减少，降低技术难度，发动机相关的问题不需要再纳入考虑之中，很多由于能量的原因困扰人类阻碍航空航天发展的问题即可随之迎刃而解。

1 总体设计

我们摒弃了发动机，用“电”作为动力。我们将飞行器上表面的空气电离，使变为真空，下表面空气压强恒定不变，出现压力差，以此提供升力。这是为了避免在设计背景中所提到的不利因素，利用无污染无碳排放的能源将飞行器推上天。

主体由完全相同的三个圆锥状构成，中间相连。每个“圆锥”上部附带18个细管，细管表面绝缘，“细管”顶端导电。电流可以通过“细管”内部传至顶端。中间椭球部分为武器系统，内置激光武器发射装置，装置可360度旋转。

“微阻力”无人空天作战平台的三个完全相同的部分均可提供动力，并通过改变各个部分产生的动力的大小来改变飞行器的运行方向。这个过程可以由精确的飞行器控制系统来完成。

多次出入大气层，高速带来的气动加热可使机体局部温度超过2000度，“微阻力”在主要受热区域都以镍基高温合金为主要材料，并配以钛合金、复合材料构成组合型板结构，夹层中还可利用传热率高的材料通过热管效应将热量传给流动的冷却剂来达到散热效果。对于其他内部材料，大量采用新型复合材料可减少整机结构重量并增加机体强度。

2系统设计

该飞行器由动力系统，武器系统，控制系统，探测系统组成。

2.1动力系统

我们创新的主体主要在于动力系统。改变正常火箭原有的空气动力布局，但是其原理仍然在空气动力学范畴之内，利用上下表面的压力差产生强大动力。

上表面安装许多垂直于该表面的“细管”，在上表面上均匀分布。细管绝缘，底部连接飞行器上表面。给细管的顶部和飞行器的上表面之间加上强大的电压，正负极之间的空气会被电离。正负离子在电压作用下向两极靠拢，正离子向下部到表面与负极中和，负离子向上与正极中和，同时向两级聚拢的离子受到同性之间排斥力的作用，也会被排出到周围空气中。这时候在细管的顶部和飞行器的上表面之间会产生瞬时的空气极其稀薄的情况，而下表面的空气压强仍然为大气压强，此时在上下表面之前将出现压力差。

2.2控制系统

基于“自适表面活动层”的材料技术使得控制面变为飞行器与空气存在剪应力的面。“自适表面活动层”使机身各关键部位都可控，配以高智能的计算系统，各个感触点把信息传向控制中枢系统，控制系统经综合计算后向感触点返回电信号，使作动器控制周围活动层做出相应形变以达到对周身气流的优化，以最小的阻力代价换得飞行器的控制。控制系统可智能地整动力系统工作的信息，配合飞行状态，通过让左右两个动力装置产生的压力差不等而产生横向力矩。这使得“微阻力”无人空天作战平台上的机载航空电子系统能够直接综合飞机外部传送过来的战场信息，从而实现在“无线电”静默情况下隐蔽地对敌攻击。

2.3武器系统

“微阻力”武器系统由氧碘化学激光器组成。激光武器具有射程远、威力强大、无法拦截等优点，十分适合装备在空天武器上，而空天飞机较大的内容积也正好为装载激光武器较大的连带设备提供了条件。“微阻力”对地球上任何目标进行有效的快速打击，从而具有了对地、对空、对卫星的全方位打击能力，无论是战术任务还是战略任务都可出色完成。“微阻力”可以在2小时内对全球任一位置的目标进行精确打击，即能执行常规任务又能执行战略打击任务，其高空高速的特性使敌方难以拿出有效的攻击手段对其进行压制，从而达到战略性威慑的目的。同时，作为一个可长时间留空的平台，经特殊改装的“微阻力”还可执行24小时预警、电子压制、战略侦查等任务，是一款通用性极强的装备。

3 技术支撑

（1）空天飞机在返回大气层时，会产生很高的温度。能达到3000摄氏度。所以，隔热防护非常重要。我们采用先进的可重复使用的耐高温复合材料，如：镍基合金、难熔合金、金属间化合物、陶瓷纤维增强的金属基复合材料、陶瓷及碳碳复合材料以及轻质隔热材料等。

隔热防护技术的技术难点在于可靠的耐高温材料、热能转化问题。

（2）“自适表面活动层”技术。这种新技术的实现取决种革命性的新型智能材料——活性聚合物，这是一种能够在外加电场作用下，通过材料内部结构改变而产生伸缩、弯曲、束紧或膨胀等各种形式力学响应的新型智能高分子材料。控制中枢系统正式在感知周围的气动参数后对各活动层点发出电信号，使表面形成诸如扰流器的形状来改善飞行性能，进而让飞行器在不同状态分别满足诸如跨声速面积定律等结构技术要求，大大提高了飞行品质。

参考文献

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