“胎死腹中”的MG-19核動力空天飛機

文/王凱欣

空天飛機是航空技術與航天技術高度結合的飛行器，它的誕生把宇宙空間開發推向了一個新的階段。在空天飛行器的研究上，20世紀的蘇聯可以說是位于領先地位，其提出的“螺旋計劃”也是人類最早的“空天飛機”計劃之一。

大膽的設計方案

1976年2月17日，蘇共中央委員會及蘇聯部長會議通過了第132-51號決議，決定建立多次使用航天系統，這也是蘇聯航天飛機項目以文件形式確定下來的最早的源頭。決議中批準了暴風雪號航天飛機和黎明號運載火箭（后來改稱能源號運載火箭）的設計工作，蘇聯人希望用這種既能航空也能航天的飛機，對外太空的敵方衛星進行打擊，以此來終結美蘇之間的太空競賽。

基于特定的時代背景，蘇聯研究人員在空天飛機的構想上做了很多種方案，如米高揚設計局提出的米格-105空天飛機、圖波列夫設計局提出的OOS空天飛機以及安東諾夫設計局提出的MAKS空天飛機等等，這其中還存在著更為大膽、也更具科幻性的設計方案，就是由米亞西舍夫提出的MG-19核動力空天飛機方案。

1974年，米亞西舍夫開展了采用液氫作為燃料的空天飛機的方案研究，方案代號19，為了解決當時空天飛機運載效率低的問題，需要在動力系統的研制上形成一個全新的、顛覆性的方案，而他所想到的，就是使用核反應堆發動機作為空天飛機的推進裝置，空天飛機也因此被命名為MG-19，M代表米亞西舍夫，G則代表了當時在第50中央科學研究所領導這方面工作的古爾科。

按照米亞西舍夫的設計，MG-19空天飛機長69米、翼展50米、高15.2米，貨艙容積320立方米，最大載荷40噸、飛機結構重量125噸、液氫燃料重220噸，起飛質量500噸，可搭乘3～7名航天員。

MG-19空天飛機在動力方面采用了10臺吸氣式組合動力發動機（渦噴發動機+超燃沖壓發動機），外加1臺液體核動力火箭發動機。單臺吸氣式組合動力發動機的推力約250千牛，而液體核火箭發動機的推力可高達3200千牛。

米格-105空天飛機

外形酷似航天飛機的MAKS空天飛機

復雜的飛行模式

MG-19空天飛機需要從長度不小于4千米的跑道起飛，首先由吸氣式組合動力發動機產生推力，同時，以液氫作為反應堆的載熱劑，將熱量導向10臺渦噴發動機。隨著空天飛機的飛行速度和高度的進一步提高，液氫通過管路輸送至渦噴發動機的加力燃燒室參與燃燒，再被輸送至沖壓發動機。最后，空天飛機達到50千米高度及16馬赫以上的飛行速度時，啟動核火箭發動機，攜帶著40噸的有效載荷，前往高度185千米的基準空間軌道。

MG-19空天飛機執行完任務后，可通過核火箭發動機實現有動力返回，且最大橫向機動范圍可達4500千米，這樣可以更為靈活地規劃行動方案，甚至可以在大氣層內進行機動后再度借助核動力發動機返回空間軌道。根據載荷設計方案，MG-19甚至有抵達月球軌道的可能。

從總體方案可以看出，MG-19核動力空天飛機是一種采用組合動力的單級入軌飛行器。

豐富的技術積累

蘇聯的沖壓發動機技術發展在當時處于絕對領先地位。其國內有大量的科研院所長期開展高超聲速技術基礎理論、超燃沖壓發動機、超燃沖壓發動機用燃料、耐高溫材料、數值模擬技術等多維度的關鍵技術，并從中安排了4項飛行試驗，以對其技術發展進行驗證：

米亞西舍夫與MG-19核動力空天飛機模型

10臺吸氣式組合動力發動機與液體核動力火箭發動機布局示意圖

液體核動力火箭發動機結構示意圖

“冷”計劃

“冷”計劃是蘇聯啟動最早的高超聲速飛行試驗。該計劃由巴拉諾夫中央航空發動機研究院與茹科夫斯基中央空氣流體動力研究院等多家單位聯合進行研究，該項目主要對軸對稱型超燃沖壓發動機進行研究，燃料采用液氫。經過了長時間的研究論證，“冷”計劃在1991年至1998年共開展了5次飛行試驗，取得了最大飛行速度6.5馬赫、最長工作時間77秒的成果。

“鷹”計劃

“鷹”計劃同樣由巴拉諾夫中央航空發動機研究院與茹科夫斯基中央空氣流體動力研究院牽頭開展研究。該計劃主要研究的是升力體構型的高超聲速飛行器，其超燃沖壓發動機依然采用液氫為燃料，并結合液氫的再生冷卻以期實現長時間飛行?！苞棥庇媱澰谇捌陂_展了大量的地面試驗和風洞吹風試驗，取得了大量的研究成果，但由于資金問題并未開展飛行試驗就宣布了計劃的終止。

“彩虹-D2”計劃

“彩虹-D2”計劃由蘇聯中央空氣流體動力研究院與彩虹設計局聯合開展，具體分工為由蘇聯中央空氣流體動力研究院負責超燃沖壓發動機的研制，彩虹設計局負責飛行器的研制。該計劃超燃沖壓發動機進氣道采用三級斜面設計，試飛器設計由機載平臺發射，與“鷹”計劃的結果相似，在開展了大量的地面試驗后并未最終開展飛行試驗。

“鷹-31”計劃

“鷹-31”計劃由圖拉耶夫聯盟設計局、火炬設計局、米格和莫斯科飛機生產聯合企業聯合進行，由聯盟設計局研制發動機，火炬設計局設計飛行器，并最終在米格-31戰斗機上進行飛行試驗。其超燃沖壓發動機為二維雙模態超燃沖壓發動機，燃料采用氫與煤油，設計飛行速度5～6馬赫，由于采用了大量的成熟設備，技術風險較小，成本較低，因此得到了較好的發展。

通過多個渠道開展超燃沖壓發動機發動機技術的研究，蘇聯在超燃沖壓發動機技術方面取得了大量的技術積累，這些技術都可以支撐MG-19核動力空天飛機的研制。

核動力火箭發動機方面，蘇聯于1950年就開始研發核熱火箭推進技術，從1970年到1988年，蘇聯共進行過30次核熱火箭發動機的模擬試驗，均取得了成功，研制了推力3.5噸的RD-0410和70噸的RD-0411兩種核發動機。

核火箭發動機是1965年至1980年代開發的使用液氫推進劑的核熱火箭發動機。采用開式膨脹循環，發動機高3.5米、直徑1.6米，重2噸，推力3.5噸，真空比沖達到910秒。

從性能上看，當時蘇聯的核火箭發動機也具備了一定的成熟度，足以支撐核動力空天飛機的發展。為了避免空天飛機意外墜落而造成核污染，根據設計指標，核反應堆殼體能夠承受住以每秒300米的速度與地面撞擊，且不發生核泄漏。米亞西舍夫又選擇了不會被“傳染”放射性的液氫作為反應堆載熱劑和核火箭發動機工質，進一步降低了核事故隱患。

RD-0410核火箭發動機

暴風雪號航天飛機

蘇聯時期的“冷”計劃項目

無奈的最終結局

在設計策劃上，MG-19核動力空天飛機計劃于1980年制造出技術模型，1982年制訂各類技術要求，1981-1988年進行數值計算模擬，從1986年起陸續制造3架樣機，并于1982-1986年開展相應的地面試驗，于1986年起陸續進行飛行試驗。

按照這樣的計劃，批量生產出的MG-19空天飛機就已經能夠滿足蘇聯數十年的空間站貨物運輸需要，直至21世紀中期為止。

盡管米亞西舍夫提出了可行的設計方案與策劃，但由于核動力空天飛機需要攻克的技術難關太多，包括小型核動力火箭發動機、應用低溫推進劑的吸氣式發動機以及與之匹配的飛行器和結構熱防護材料等，預計耗費的資金和時間都非?？捎^，而蘇聯同期研發的暴風雪號航天飛機只需克服較少的技術難題，就能達到近似的效果，這也注定了MG-19核動力空天飛機無奈的結局……