揭秘我国正在研制的两种太空飞行器

尹怀勤

据2016年10月10日媒体报道，中国运载火箭技术研究院的专家日前在墨西哥瓜达拉哈拉举行的第67届国际宇航大会上称，该院已设计出一款简单的整体式太空飞机，其设计能增加搭载乘客的数量，可在一日内搭载最多20名乘客飞抵太空边缘，然后返回地面。此前的7月31日，来自中国航天科技集团的消息说，我国“组合动力飞行器”项目已经开始研制，这就意味着，普通人上太空的成本和门槛将有望大大降低。此外，9月12日在武汉举行的第二届中国商业航天高峰论坛上，中国航天科工集团也披露了将于2030年完成试飞的空天飞机项目“腾云工程”。腾云工程对应空天往返飞行项目，将突破以组合动力、机体/推进一体化技术为代表的核心技术，完善试验设施建设，建成空天飞行器技术综合研究体系。

太空飞机带你实现飞天梦

太空飞机和空天飞机是两种不同类型的太空飞行器，前者由中国航天科技集团所属的运载火箭技术研究院进行研制且问世较早。该院专家称已设计出简单的整体式太空飞机，可依靠自身动力起飞的带翼火箭将飞机送上太空，达到飞行速度后，以液态甲烷和液氧为推进剂的火箭发动机关闭，飞机在惯性作用下冲破地球引力束缚，继续爬升至预定飞行高度，随即平稳下降，再入大气层，以滑翔方式返回地面，其设计旨在搭载更多的乘客进入太空一游。由此可见，太空飞机将像火箭一样垂直起飞，并自动在跑道上着陆，不需任何地面或机载设备的干预，是未来实现太空航班的理想载体之一。这使其有别于英国维珍银河公司的可搭载6名乘客到近地空间旅行的“太空船二号”，后者必须通过运载飞船携带至一定高度才能发射，且还处于未载客人的试飞阶段。相较而言，我国研制的太空飞机发射程序简便，安全性更高，从而引起了世人的关注。

这种太空飞机又分为两种版本。第一种飞机的重量为10吨，翼展6米，能搭载 5名乘客，以最大6倍声速的速度飞行至100千米（即太空飞行正式开始的高度），并进行2分钟的失重飞行。时间虽短，却也能让乘客体验到微重力状态下的感受，并观光太空和回望欣赏地球的景色。另一种飞机是放大了的版本，其重量达100吨，翼长12米，预计可搭载20名乘客，以8倍声速的速度飞行至130千米的高度，并进行4分钟的失重飞行。显而易见，后者不仅乘客人数大大增加，而且飞行高度和乘客失重时间都有增长。同时，这款机型还能在外挂火箭的帮助下将小型卫星送入轨道，节省了从地面发射小卫星的成本。

该机研制团队希望太空飞机可被反复使用，每架飞机的设计飞行次数将达到50次。第一种太空飞机的试飞将在未来两年内完成，几乎所有的地面测试都已完成，测试中全部子系统运转良好。待其飞行成功后，再试飞第二种太空飞机。若后者最终成行，将成为目前在商用太空飞行领域搭载乘客最多的太空飞机。

更高难度的空天飞机项目

至于空天飞机，则是技术更为复杂且飞行高度更高、航行时间更长的太空飞行器。这种组合动力飞行器是一种集成涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机等多种动力的飞行器。前两种都是吸收大气层中的氧气作氧化剂燃烧燃烧剂而工作的，较节约成本，属于航空发动机。和传统的火箭动力相比较而言，组合动力是一种新型动力，从广义上来讲，即把不同的动力形式组合到一起。我国两个航天集团计划利用3～5年的时间掌握相应的关键技术，在2030年左右实现应用目的，促使空天飞机的问世，达到亚轨道应用和入轨应用的模式。具体地讲，腾云工程计划在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。亚轨道飞行是指飞行器达到距离地面约100千米的高度，由于还没有达到能够稳定运行的轨道高度，因此乘客只能短时间体验失重的感觉。而入轨应用是指飞行器加速继续上升，抵达距离地面近400千米的轨道高度，这时候重力将和飞行器绕地球飞行的离心力平衡，乘客们将可以像航天员在神舟飞船或空间站里一样，体验太空飞行的乐趣和奇遇。

这是可执行航天发射任务，并多次重复使用的新一代天地往返飞行器，可在地面机场水平起飞，具有廉价、安全、便捷、机动等优势，是国际上天地往返运输领域的发展热点。

空天飞机采用涡轮喷气发动机进行起飞、爬升和加速。当其速度达到约3倍声速时，涡轮喷气发动机关机，随即启动冲压发动机工作，继续在大气层中加速飞行。当其速度达到约15倍声速并需要变轨时，冲压发动机关机，接着启动火箭发动机工作并冲出大气层，在太空以25倍声速进入近地轨道飞行。等到完成航天飞行任务再入大气层需要变轨时，再次启动冲压发动机工作并作减速飞行。当其速度降到约3倍声速时，冲压发动机关机，再次启动涡轮喷气发动机工作，并向目标机场滑翔降落。这种空天飞机使用两种吸空气式发动机，因而更加经济，可使发射成本降到美国曾使用的航天飞机的十分之一。

但是，冲压发动机历来以高空高速状态下难以顺利点火和燃烧不稳定等问题困扰着专家们，使其迟迟未能在航空器上得以采用。世界上一些国家早已在这方面进行技术攻关，但迄今未能获得比较满意的成果，尤其是速度达10倍声速以上的冲压发动机尚未出现。虽然某些巡航导弹已采用冲压发动机作为动力装置，但其速度还未达到空天飞机所需要的程度。我国既然宣布要研制空天飞机，就说明在冲压发动机技术攻关方面取得了长足进步。