开着飞机上太空

2022-10-11文文曲

科学24小时 2022年10期

文文曲

“太空船一号”亚轨道太空飞机的外观十分优美

如果将许多新奇、优美的飞行器串联成一条发光的航线，那么从地球到太空会组成一个闪光的名字——伯特·鲁坦。伯特·鲁坦是世界著名的航空航天传奇天才，号称“最有想象力的飞机设计师”。他设计了第一架环球不停留的飞机——“旅行者号”。2004 年，他设计的“太空船号”系列亚轨道太空飞机等，赢得了“安萨里X 奖”。此外，他设计的5 架飞机模型，作为经典，被陈列在美国国家宇航博物馆。

1943 年6 月17 日，伯特·鲁坦出生于美国俄勒冈州的埃斯塔卡达。小时候，他并不是一个聪明勤奋的好学生。有一年，伯特·鲁坦读了一些有关航空航天的科普图书，突然就像变了一个人似的，立志要努力学习，最终成为举世闻名的航空航天工程师。

从火箭发射，到飞船返回舱重返地球，宇航员要冒着生命危险进行太空飞行，实在太危险了！对此，伯特·鲁坦的理想是：开着飞机上太空！伯特·鲁坦从事飞机设计工作50 多年，他设计的飞机有一个共同点，那就是：外形具有非常符合空气动力学和太空动力学的漂亮的流线型。曾有航空航天专家称赞他不像是一个飞机设计师，更像是一位雕塑家。

太空飞机

世界上有一种最美好的东西——梦想！一个人类飞天的梦想，一个世界航天的辉煌，一个令人惊叹的传奇——太空飞机，它流淌着科技、勇敢和理想的血液，嗅着太空的味道，梦想自由飞行。这是一个人类航天的伟大里程碑。

地球的大气层是一道天然屏障，阻挡人类飞天的梦想。科学家们一直在设想一种既能在地球大气层内飞行，又能在真空环境下的太空中飞行，更兼具水平起飞、降落功能的新型航天器。这种能跨越大气层飞行的飞机就是太空飞机。

以人类目前的科技水平，一直制造不出太空飞机。科学家只能退而求其次，研发出能垂直起飞、水平降落的航天飞机。然而，苏联的航天飞机只飞行了一次就永远离开了太空；美国的航天飞机飞行了135 次，却由于成本和费用高昂，且危险性大，只得退役。

苏联“螺旋”太空飞机从运载机上起飞（想象图）

航天飞机的继任者将是太空飞机。太空飞机将不再使用煤油、液氧或液氢作为燃料，也不再像航天飞机一样使用火箭垂直起飞，而是直接从跑道上水平起飞与降落。这种理想的太空飞机既能像飞机一样在地球大气层内进行超高音速飞行，也能像航天飞机一样在预定轨道围绕地球飞行和降落，可集飞机、火箭和卫星的功能于一身。太空飞机的飞行速度极快，进出大气层时将产生高动压和高温，特别是太空飞机表面的高热流，温度可达1650℃以上，远高于钢的熔点，因此太空飞机需要特殊的热保护材料或主动冷却系统。

太空飞机的优越性能将为人类提供方便快捷地进出太空的选择。此外，在军事上，太空飞机既可作为全球高超音速运输、洲际轰炸和战略侦察的载体，又可作为航天运载工具或太空武器，成为新一代的攻击和防御力量。

美国“动力翱翔者”太空飞机搭乘火箭起飞（想象图）

“太空船二号”太空飞机搭载在“白色骑士号”运载飞机机翼下起飞（想象图）

按照现有技术，太空飞机的起飞方式，可分为二级起飞和一级起飞。采用二级起飞方式的太空飞机一般只有2 套发动机。它的动力、爆发力和速度都无法冲出大气层，只能搭载火箭或运载机起飞。通常，太空飞机搭载在大型专用运载机上，从普通机场起飞。当大型运载机到达一定的高度时，太空飞机从运载机上起飞，或者从火箭的头部起飞，突破地球大气层进入太空。这里需要指出的是，采用二级起飞方式的太空飞机，并非真正意义上的太空飞机。

而采用一级起飞方式的太空飞机可直接从普通机场起飞，突破地球大气层进入太空预定轨道，围绕地球飞行。该型太空飞机一般装备有3 套发动机，其中第一套空气喷气发动机用于起降和空中飞行；第二套冲压喷气发动机用于突破地球引力，提升高度；第三套极速火箭发动机以第一宇宙速度冲破卡门线，进入太空飞行。

按照设计方案，太空飞机起飞时使用空气喷气发动机，像普通飞机一样从地面水平起飞。当到达30 千米以上并达到5 ～6 倍超音速时，开始使用冲压喷气发动机。当飞行高度到达90 千米左右并达到25 倍超音速时，开始使用极速火箭发动机进入太空预定轨道。当返回地球时，使用空气喷气发动机，像普通飞机一样在机场水平着陆。当然，太空飞机也可在大气层内做洲际飞行。显而易见，太空飞机的技术难度比航天飞机更大，主要表现在3 套发动机的组合和转换，以及需要配置高强度、耐高温的材料和采用人工智能的控制系统等。