空天飞行器有何神奇

杜斌

世界上的航天与军事大国都在竞相开展空天飞行器的研究。

那么，这种被称为“下一代航天飞机”的高科技飞行器到底是怎么回事？

中国人习惯将头顶上这片无边无际的苍穹称作“天空”，但从科学的角度看，我们通常所说的“天空”，包括了“天”和“空”两个范畴。“空”，是指地球表面以上的大气层空间，而“天”，则是指地球大气层以外的宇宙空间，也可以称为外层空间或太空。所以，航空与航天是有区别的，是两个不同的领域。

比如，各式各样的飞机、热气球、充气飞艇等等，是航空器。运载火箭、人造卫星，乃至深空探测器，则是航天器。

前苏联科学家齐奥尔科夫斯基有一句充满理想主义色彩的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不能永远活在摇篮里。”可以说，飞向太空，是人类文明发展的必然。20世纪初，正是齐奥尔科夫斯基的科学研究，为人类飞离地球进入宇宙空间提供了具体的理论支持。空天飞行的梦想之树，正是由航空和航天两条腿共同支撑起来的。

1903，一切开始

也许是历史的一种可爱的机缘，人类的航空和航天事业，都是从1903年才开始的。这一年，莱特兄弟制造出人类第一架动力飞机，让人类首次实现动力飞行，齐奥尔科夫斯基发表了世界上第一部航天技术理论著作《利用喷气工具研究宇宙空间》，为研究火箭和液体火箭发动机奠定了理论基础。在这之后，这位耳聋的中学数学教师将一生都奉献给了航天理论研究，并取得了巨大成就，他也因此被尊为“宇航之父”。

在齐奥尔科夫斯基、赫尔曼·奥伯特、罗伯特·哥达德、冯·布劳恩和科·罗廖夫等现代火箭/航天先驱们伟大贡献的基础上，人类才真正开始了“飞天之旅”。随着运载火箭、人造卫星、载人飞船等的出现，人类开始了对太空的探索研究，逐步认识到，太空蕴含的资源潜能，可以为人类提供许多发展机会，包括对地观测、通讯导航、材料加工、生物技术、太空医学以及军事应用等等。

二战之前，西方各国政府就已经意识到了航天技术的重要潜力，纷纷开始在这一领域进行投资。而空天飞行器，则体现了航空和航天技术的融合。

开启空天时代

人类发明飞机以来的一百年，航空技术的发展可谓是突飞猛进，一步不停。涡轮发动机、冲压发动机的发明，以及各种先进外形的飞机也使得航空活动达到了前所未有的活跃期。当然，人们也意识到，航空活动只能在大气层内，而航天活动只能在外太空，中间存在着一个“断层”。随着人类航空与航天活动日益增长的需求，航空技术与航天的融合成为必然的发展趋势。

空天飞行器（或者叫空天飞机），是在吸收航空飞行器和航天飞行器两者优点的基础上发展而来的新型飞行器，是航空航天技术高度融合的产物。它可以像普通飞机一样起飞，可以在大气层内高超音速飞行，最终加速进入地球轨道执行空间任務，返回大气层后，可像飞机一样在机场着陆，使用起来非常的灵活便捷。众所周知，由于运载火箭是一次性使用，且造价非常昂贵，因此也就造成了当前的航天发射费用高居不下，可重复使用便是降低发射成本的一条可行有效的途径。

可重复使用的空天飞行器能够自由往返于天地之间，可以把各种卫星载荷送入地球轨道，也可以向空间站运送各种物资或接回宇航员，通过多次重复使用从而使发射费用大幅降低。更重要的是，它还可以执行诸如拦截、侦察、远程打击以及进入空间实施空间对抗等各种军事任务。因此，世界上的航天与军事大国都在竞相开展空天飞行器的研究。

大国逐鹿空天

你可能想不到，第一个研制空天飞行器，并取得了一定成果的国家，是纳粹德国。二战爆发前，德国已经开始研制代号“银鸟”的空天轰炸机。科研水平由于超前其他国家至少50年，而被赞誉为“德国末日科技的最高杰作”，其研究成果在战后被美苏等国利用。

美国在上世纪60年代开展了空天飞行器的探索性试验研究工作，是空天飞行器研究时间最长也最为系统的国家。1986年美国实施了国家空天飞机计划（NASP），意图发展一种水平起降单级入轨空天飞机，相对于传统的运载火箭可大幅度降低航天发射的成本，能够彻底且革命性的改变航天运输的状况。但由于技术、资金等多方面原因，该计划最终下马。汲取经验教训后，2001年美国提出了国家航空航天倡议（NAI），协调有序的发展高速/高超声速技术、太空进入技术和空间技术。目前，美国正在NAI的规划下开展相关的技术研究，为发展空天飞行器提供技术支撑。

2010年，美国的X37-B空天飞机第一次成功试飞。它由火箭发射升空。在太空遨游了7个月后，自主重返大气层，于当年12月3日着陆。

此外，美国空军近年来提出了采用火箭动力的XS-1亚轨道飞行器；民间方面，Space-X公司正在进行可重复使用的垂直起降火箭的探索研究。

德国、英国等国家自上世纪80年代以来，也都开展了大量的空天飞行器研究。在美国提出NASP计划的同期，德国于1986年开展了“桑格尔”（Sanger）两级入轨空天飞行器研究；英国近些年发展的“云霄塔”（SKYLON）空天飞行器是世界上最为著名也是唯一在研的单级入轨空天飞行器。近期英国公布了Skylon的研究进展，所采用的“佩刀”发动机（Sabre）的预冷器技术已取得重大突破，计划2019年开展发动机试验，2024年实现商业运营。

由于空天飞行器蕴含着巨大的民用价值与潜在的军事用途，美欧等国家已经持续开展了半个世纪的技术研究。然而，由于其大空域、宽速域的飞行，包含着航空与航天领域最前沿的科学技术，复杂程度高、难度大，许多机理人类至今未认识清楚，所以目前世界上还没有研制成功一款真正意义上的空天飞行器。

近些年，随着我国航空航天事业的飞速发展，高频次、大规模的航天发射任务需求越来越强烈，作为新一代的航空航天运载工具，空天飞行器无疑是首选目标。目前，中国航天科技集团主要研究火箭动力空天飞机，中国航天科工集团主要研究组合动力空天飞机，即喷气式发动机、冲压发动机和火箭发动机两两相配合。

注：单级入轨，指依靠单一的飞行器，实现从地面起飞至地球轨道。

两级入轨，指依靠两个飞行器，采用背驮方式，地面起飞后飞行至一定的高度与速度，第一级飞行器与第二级飞行器分离，分离后第一级飞行器返回地面，第二级飞行器将继续飞行进入地球轨道。

责任编辑：尹俊国