淺析中國空天飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀

張禹哲

摘 要：空天飛行器是一種高收益、低成本的水平起飛、水平著陸、可長時間反復(fù)使用的全新天地往返運輸系統(tǒng)。航天技術(shù)與航空技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了空天飛機，它不僅能從空間站向地球輸送站內(nèi)制成的產(chǎn)品，同時還能用于向空間站等天體系統(tǒng)補充物資、人員、燃料以及提供在軌服務(wù)，而且可作為快速運輸機為全球服務(wù)。本文將對我國空天飛行器進(jìn)行闡述，以便大家能對中國空天飛行器有更全面的了解。

關(guān)鍵詞：空天飛行器；定義；發(fā)展?fàn)顩r；工作設(shè)想

中圖分類號：E926.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0211-01

空天飛行器的主要特點是不需要復(fù)雜的地面設(shè)施，維護使用非常方便，低廉的操作費用，水平起飛和降落只需在普通的大型機場上就能完成，同時空天飛行器的飛行頻率與一般航線班機相比具有更大的競爭優(yōu)勢。空天飛行器也可以改裝為空天戰(zhàn)斗機、空天運輸機及空天轟炸機等類型的飛機，在軍事上展現(xiàn)自己的價值。空天飛機擁有超強的突防能力，可突破敵人的防御系統(tǒng)開展進(jìn)攻，敵人的裝備設(shè)施將會被一一摧毀。

1 空天飛行器的定義

空天飛行器是既能航空又能航天的新型飛行器。它像普通飛機一樣起飛，以高超音速在大氣層內(nèi)飛行，加速進(jìn)入地球軌道后，成為航天飛行器，返回大氣層后，像飛機一樣在機場著陸，目前處于研制到應(yīng)用的過渡階段。空天飛行器的代表就是空天飛機，它的應(yīng)用將把開發(fā)空間推向一個新的階段。[1]

2 空天飛行器的特點

（1）它既可在大氣里飛行，又可在太空中飛行，是航空技術(shù)與航天技術(shù)高度結(jié)合的飛行器。（2）速度極快是空天飛行器第二大特點，它應(yīng)用方便，在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了快速客運的目的，不用2個小時就可以從地球上任何一個城市飛到另一個城市。這樣我們就可以省去很多時間去做一些更有用的事情。（3）真正實現(xiàn)了高效能和低費用。根據(jù)估算，用它發(fā)射近地衛(wèi)星費用只有航天飛機的五分之一，而發(fā)射地球同步衛(wèi)星費用則可減少一半。其運輸費用只有航天飛機的1/10，設(shè)備復(fù)雜、規(guī)模龐大的航天發(fā)射場已經(jīng)不再被需要，只要有一個機場就解決了一切問題。（4）在結(jié)構(gòu)材料要求方面，空天飛行器絕不含糊。空天飛機需要多次出人大氣層，由于每次都會與空氣產(chǎn)生劇烈的摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生大量的熱量，特別是以高超音速返回再入大氣層時，氣動加熱會使其表面達(dá)到極高的溫度。機頭、機翼和尾翼前緣溫度均為1000多攝氏度以上，機身下表面約為980℃，上表面約為760℃。因此，必須有一個重量輕、性能好、能重復(fù)使用的防熱系統(tǒng)。因此，一種能夠代替舊有材料的新型復(fù)合材料被科學(xué)家們研制出來了，同時在一些特殊部位采用新型冷卻裝置，高溫的傷害可以盡可能的被避免。

以上就是空天飛行器的幾大特點，我們可以根據(jù)它的特點更好的對其進(jìn)行改造，使它能夠更加完美地為人類做貢獻(xiàn)。

3 我國的空天飛行器發(fā)展現(xiàn)狀

80年代末，中國航空航天專家受空天飛機熱的影響，對空天飛行器的研究產(chǎn)生了很大興趣。這也是中國空天飛行器研制的開端。中國自主研發(fā)的第一架空天飛機——“神龍”相比于美國研制的X-37B空天飛機小很多，在首次試飛成功之后，就可以嘗試制造更大版的“神龍”空天飛機。

大型航天器的設(shè)計工作已經(jīng)成為中國航天裝備專家的首要工作，為此還多次召開秘密會議。解放軍對大號的“神龍”空天飛機也非常感興趣，因為在未來的戰(zhàn)斗中太空防御將會成為一種戰(zhàn)斗趨勢，解放軍也曾在大量文獻(xiàn)中提及未來的“太空防御行動”。所以大型空天飛行器的研制勢在必行。

神龍空天飛機是中國科研人員正在研發(fā)的跨大氣層飛行器，是中國863計劃支持的重要項目之一。它與東風(fēng)-21D、殲-20被網(wǎng)民合稱為解放軍“三劍客”。在2007年時，神龍的照片已經(jīng)在網(wǎng)站流傳，足見我國軍事實力日益發(fā)展。2011年1月8日“我國跨大氣層飛行器試飛成功”的畫面在新聞中播出，宣告了我國大型空天飛行器研制的成功。但是中國大陸官方卻一直對神龍的詳細(xì)資料進(jìn)行保密，同時刪除了部分大陸網(wǎng)站的報道。[2]

4 我國空天飛行器的突破

隨著神龍空天飛行機的研制成功，中國并沒有停止對空天飛行器的進(jìn)一步研制，2012年中國媒體證實，“神龍”空天轟炸機正在研發(fā)的過程中，研制類似美國X-37B的無人太空飛機的“神龍”空天轟炸機，大陸僅僅用了兩年多時間，就一舉突破了神龍次軌轟炸機四大關(guān)鍵技術(shù)，其中最讓人驕傲的地方當(dāng)屬在火箭發(fā)動機方面的重大突破，換言之，中國已經(jīng)攻克了發(fā)展空天飛機的推力發(fā)動機技術(shù)，這是空天飛行器研制中的一大創(chuàng)舉。

5 我國空天飛行器進(jìn)一步工作設(shè)想

5.1 降低空天之間的費用

降低空天之間的運輸費用是發(fā)展空天飛機的主要原因。這就需要滿足三個條件，一是減少飛行器攜帶的氧化劑，空天飛行器就必須充分利用大氣層中的氧，從而減輕起飛重量；二是除了消耗推進(jìn)劑外，不拋棄任何部件，即重復(fù)使用整個飛行器的部件；三是空天飛行器水平起落的特點，簡化了飛行器發(fā)射和返回所需的操作程序和場地設(shè)施，從而減少維修費用。

5.2 發(fā)動機與機身一體化

空天飛行器的動力大多需要把火箭發(fā)動機或渦輪噴氣、超音速燃燒沖壓發(fā)動機、火箭發(fā)動機、沖壓噴氣四者組合起來。或者通過移動速度特別快的高能粒子，運用磁場來調(diào)控它們的噴射方向。其原理與離子火箭相似，都是利用高速移動的離子從飛機尾部噴射而出，使飛機產(chǎn)生反沖運動。

空天飛行器在大氣層中飛行的速度達(dá)到音速6倍以上，這時空氣阻力將急劇上升，所以要求其具有高度流線化的外形。這也是我國空天飛行器需要解決的問題，中國科研人員采用發(fā)動機與機身一體化的方式使這一問題得到了解決。在一體化設(shè)計中，進(jìn)氣道與排氣噴管的幾何形狀能隨飛行速度隨意改變形狀是最復(fù)雜的步驟，進(jìn)氣道與排氣噴管的幾何形狀的變化方便調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，使發(fā)動機低速飛行時產(chǎn)生額定推力，反之，高速飛行時使耗油量大大降低，還要保證進(jìn)氣道有足夠的耐高溫性能和剛度，確保它通過大氣層返回的過程中，能承受氣動力熱和高速氣流的作用力，只有這樣空天飛行器的機體才不會發(fā)生明顯變形，進(jìn)而使重復(fù)使用的目的得以實現(xiàn)。

5.3 采用具有大升阻比的升力體構(gòu)型

空天飛行器結(jié)構(gòu)采用具有大升阻比的升力體構(gòu)型，這就要求其構(gòu)成材料具有超輕質(zhì)、高強和功能結(jié)構(gòu)一體化的特點，進(jìn)而使空天飛行器具有最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)防熱系統(tǒng)、高超聲速動力系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。

6 結(jié)語

中國空天安全與空天飛行器的發(fā)展息息相關(guān)，空天飛行器具有高速度、高機動、高隱身和長航程等特點。其中空天飛機可作為監(jiān)視偵察與預(yù)警平臺，它就像軍用衛(wèi)星一樣能夠獲取敵方情報，但是它比衛(wèi)星更靈活，擁有更強的綜合偵察能力，更好的實時性。

參考文獻(xiàn)

[1]本特利.空天飛行器-從飛機場到航天港[M].北京理工大學(xué)，2015.

[2]劉志全.航天器機構(gòu)及其可靠性[M].中國宇航出版社，2015.endprint