空天飛行器有何神奇

杜斌

世界上的航天與軍事大國都在競相開展空天飛行器的研究。

那么，這種被稱為“下一代航天飛機”的高科技飛行器到底是怎么回事？

中國人習慣將頭頂上這片無邊無際的蒼穹稱作“天空”，但從科學的角度看，我們通常所說的“天空”，包括了“天”和“空”兩個范疇。“空”，是指地球表面以上的大氣層空間，而“天”，則是指地球大氣層以外的宇宙空間，也可以稱為外層空間或太空。所以，航空與航天是有區別的，是兩個不同的領域。

比如，各式各樣的飛機、熱氣球、充氣飛艇等等，是航空器。運載火箭、人造衛星，乃至深空探測器，則是航天器。

前蘇聯科學家齊奧爾科夫斯基有一句充滿理想主義色彩的名言：“地球是人類的搖籃，但人類不能永遠活在搖籃里。”可以說，飛向太空，是人類文明發展的必然。20世紀初，正是齊奧爾科夫斯基的科學研究，為人類飛離地球進入宇宙空間提供了具體的理論支持。空天飛行的夢想之樹，正是由航空和航天兩條腿共同支撐起來的。

1903，一切開始

也許是歷史的一種可愛的機緣，人類的航空和航天事業，都是從1903年才開始的。這一年，萊特兄弟制造出人類第一架動力飛機，讓人類首次實現動力飛行，齊奧爾科夫斯基發表了世界上第一部航天技術理論著作《利用噴氣工具研究宇宙空間》，為研究火箭和液體火箭發動機奠定了理論基礎。在這之后，這位耳聾的中學數學教師將一生都奉獻給了航天理論研究，并取得了巨大成就，他也因此被尊為“宇航之父”。

在齊奧爾科夫斯基、赫爾曼·奧伯特、羅伯特·哥達德、馮·布勞恩和科·羅廖夫等現代火箭/航天先驅們偉大貢獻的基礎上，人類才真正開始了“飛天之旅”。隨著運載火箭、人造衛星、載人飛船等的出現，人類開始了對太空的探索研究，逐步認識到，太空蘊含的資源潛能，可以為人類提供許多發展機會，包括對地觀測、通訊導航、材料加工、生物技術、太空醫學以及軍事應用等等。

二戰之前，西方各國政府就已經意識到了航天技術的重要潛力，紛紛開始在這一領域進行投資。而空天飛行器，則體現了航空和航天技術的融合。

開啟空天時代

人類發明飛機以來的一百年，航空技術的發展可謂是突飛猛進，一步不停。渦輪發動機、沖壓發動機的發明，以及各種先進外形的飛機也使得航空活動達到了前所未有的活躍期。當然，人們也意識到，航空活動只能在大氣層內，而航天活動只能在外太空，中間存在著一個“斷層”。隨著人類航空與航天活動日益增長的需求，航空技術與航天的融合成為必然的發展趨勢。

空天飛行器（或者叫空天飛機），是在吸收航空飛行器和航天飛行器兩者優點的基礎上發展而來的新型飛行器，是航空航天技術高度融合的產物。它可以像普通飛機一樣起飛，可以在大氣層內高超音速飛行，最終加速進入地球軌道執行空間任務，返回大氣層后，可像飛機一樣在機場著陸，使用起來非常的靈活便捷。眾所周知，由于運載火箭是一次性使用，且造價非常昂貴，因此也就造成了當前的航天發射費用高居不下，可重復使用便是降低發射成本的一條可行有效的途徑。

可重復使用的空天飛行器能夠自由往返于天地之間，可以把各種衛星載荷送入地球軌道，也可以向空間站運送各種物資或接回宇航員，通過多次重復使用從而使發射費用大幅降低。更重要的是，它還可以執行諸如攔截、偵察、遠程打擊以及進入空間實施空間對抗等各種軍事任務。因此，世界上的航天與軍事大國都在競相開展空天飛行器的研究。

大國逐鹿空天

你可能想不到，第一個研制空天飛行器，并取得了一定成果的國家，是納粹德國。二戰爆發前，德國已經開始研制代號“銀鳥”的空天轟炸機。科研水平由于超前其他國家至少50年，而被贊譽為“德國末日科技的最高杰作”，其研究成果在戰后被美蘇等國利用。

美國在上世紀60年代開展了空天飛行器的探索性試驗研究工作，是空天飛行器研究時間最長也最為系統的國家。1986年美國實施了國家空天飛機計劃（NASP），意圖發展一種水平起降單級入軌空天飛機，相對于傳統的運載火箭可大幅度降低航天發射的成本，能夠徹底且革命性的改變航天運輸的狀況。但由于技術、資金等多方面原因，該計劃最終下馬。汲取經驗教訓后，2001年美國提出了國家航空航天倡議（NAI），協調有序的發展高速/高超聲速技術、太空進入技術和空間技術。目前，美國正在NAI的規劃下開展相關的技術研究，為發展空天飛行器提供技術支撐。

2010年，美國的X37-B空天飛機第一次成功試飛。它由火箭發射升空。在太空遨游了7個月后，自主重返大氣層，于當年12月3日著陸。

此外，美國空軍近年來提出了采用火箭動力的XS-1亞軌道飛行器；民間方面，Space-X公司正在進行可重復使用的垂直起降火箭的探索研究。

德國、英國等國家自上世紀80年代以來，也都開展了大量的空天飛行器研究。在美國提出NASP計劃的同期，德國于1986年開展了“桑格爾”（Sanger）兩級入軌空天飛行器研究；英國近些年發展的“云霄塔”（SKYLON）空天飛行器是世界上最為著名也是唯一在研的單級入軌空天飛行器。近期英國公布了Skylon的研究進展，所采用的“佩刀”發動機（Sabre）的預冷器技術已取得重大突破，計劃2019年開展發動機試驗，2024年實現商業運營。

由于空天飛行器蘊含著巨大的民用價值與潛在的軍事用途，美歐等國家已經持續開展了半個世紀的技術研究。然而，由于其大空域、寬速域的飛行，包含著航空與航天領域最前沿的科學技術，復雜程度高、難度大，許多機理人類至今未認識清楚，所以目前世界上還沒有研制成功一款真正意義上的空天飛行器。

近些年，隨著我國航空航天事業的飛速發展，高頻次、大規模的航天發射任務需求越來越強烈，作為新一代的航空航天運載工具，空天飛行器無疑是首選目標。目前，中國航天科技集團主要研究火箭動力空天飛機，中國航天科工集團主要研究組合動力空天飛機，即噴氣式發動機、沖壓發動機和火箭發動機兩兩相配合。

注：單級入軌，指依靠單一的飛行器，實現從地面起飛至地球軌道。

兩級入軌，指依靠兩個飛行器，采用背馱方式，地面起飛后飛行至一定的高度與速度，第一級飛行器與第二級飛行器分離，分離后第一級飛行器返回地面，第二級飛行器將繼續飛行進入地球軌道。

責任編輯：尹俊國