未来的空天飞机

l903年人类第一架飞机上天，人们仿照航海的提法，把飞机在空气中飞行定义为“航空”，把机场设施称为“航空港”。

l959年，人类第一颗人造地球卫星升入太空以后，开始了向宇宙进军的新历程。这时，人们又创造了“航天”一词。一般的“天”字，是指“地面以上的高空”，而航天中的“天”字则另有含义。科学家规定:飞行器在可感知的地球大气层外的太阳系内飞行称为“航天”。航天用的各种飞行器如卫星、飞船、航天站、行星探测器等统称为“航天器”。试验和发射航天器的地面设施称为“航天港”。

飞出太阳系在宇宙的恒星际间飞行称为“航宇”。“航天”和“航宇”合称为“宇宙飞行”。

空天飞机

空天飞机

眼下，我们乘坐的飞机只能在大气层里航行，哪怕最先进的飞机也飞不出地球去。因为现有的飞机的翅膀都是靠在空气中才能产生升力；飞机上的发动机还要靠空气中的氧气助燃才能工作。另外，由于地球具有吸引力，它像一条看不见的绳索，牢牢地拴住地球上的每一个物体。要想挣脱地球的引力，绕着地球转圈子，不再落回地球，飞机的速度必须达到每秒7.9千米。如果要飞出地球到其他行星去，所需要的速度还要高。目前飞机的最高时速是3523千米，就是每秒0.98千米，大约只有每秒7.9公里速度的l/8。如此缓慢的速度是无论如何也飞不出地球去的。

能飞出地球的唯一工具是火箭。

随着世界新技术革命的发展和不断应用，航天技术又将出现一个更大的飞跃。

人们一直在考虑能否将航空和航天的优点集合起来，研制成一种低成本的运输工具。它既能从机场跑道起飞，又能以高超音速穿越大气层进入宇宙空间，完成航天的任务后再进入大气层，在机场水平着陆，经过简单维修后又可重新飞向太空。这种既有高超音速运输机功能，又具有天地间往返运输系统功能的有翼飞行器，被称为空天飞机。

空天飞机的设想早在20世纪三四十年代就已产生。20世纪50年代我国著名科学家钱学森教授曾提出航天技术和航空技术相结合的思想。l986年2月5日，时任美国总统里根在一次大会演说中宣布:美国将研制一种新型的航天飞机——国家航空航天飞机，简称空天飞机。此后，美国正式成立了“国家航空航天飞机计划局”，开展空天飞机的研制工作。

不久，英国、法国、日本等都相继提出了空天飞机计划。一时间，全球掀起了一股“空天飞机热”，引起了人们的普遍关注。

专家们认为，把航空技术领域和航天技术领域的精华有机地结合起来，组成一个航空航天一体化的最新高技术密集体，在航天飞机的基础上加以改进和提高，朝着一个更高级的航天器方向发展，前景极为诱人。

未来的空天飞机用途更广泛，灵活性更高，维修使用更简便，运载费用更低廉。因此，有人把空天飞机誉为“2l世纪的太空穿梭机”。

发展空天飞机要涉及许多先进技术，难度很大，而且研制经费高、风险大。但人类总是要前进的，这些先进的科学设想最终将会实现。到时候，人们将会乘坐上这种崭新的空天飞机从地球起飞，进入太空轨道，领略一番太空的神奇景色，然后返回大气层，可以在任一机场降落下来，有如今天的旅游航班一样方便自如。

空天飞机采用航空喷气发动机和火箭发动机两种推进系统，它可以很方便地往返于天地之间，是“空”与“天”的完美结合。它有异乎寻常的性能，最高时速达3万千米，可绕地球无动力飞行；飞行高度由零高度可直达200千米以上；起降方便，不受发射地点和天气的限制；维修简便，不必再像航天飞机那样飞行一次需要三个多月的检修，临发射还要出动7000人的保障大军为之准备；结构巧妙，彻底抛掉了大包袱似的外储箱和助推器等外挂物，便于轻装上阵，便捷迅速；一机多用，既可载人又可载物，还可无人驾驶入轨与空间站对接；它的发射费用要比航天飞机便宜9/l0，而且不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场。

空天飞机是世界航天史上第一次把航空发动机引入航天领域，充分利用大气能源，从根本上改变航天运载器只采用火箭的推进模式，将导致航空航天技术领域内的一场革命。

l983年，美国空军投资60万美元委托有关科研单位研制“跨大气层飞机”。l984年投资l00万美元进行方案论证，成立了“跨大气层飞机计划局”，并确定从l990年开始研制空天飞机的试验机——X-30，预计投资30亿美元。这种飞机的外形尺寸和波音727客机差不多，最高飞行时速可达28962千米，采用可循环发动机和液氢燃料发动机的混合推进方式，这种试验机的试制成功将为真正的空天飞机提供科学的依据。

空天飞机同目前美国的航天飞机相比，在技术上有许多优点。航天飞机只能在发射台上垂直起飞，采用火箭发动机作推进系统，双级入轨，只能部分重复使用，可担负航天运载任务。空天飞机则可以水平起飞，采用航空、火箭两种发动机作推进系统，可任意选用两级或单级入轨方式，可重复使用，既能作航天运载器，又能作航空飞机。

空天飞机的技术复杂，研制难度极大，其中最关键的是它的推进系统。目前，化学推进系统分两大类:吸气式发动机和火箭发动机。吸气式发动机只带燃料，需要吸取大气中的氧作为氧化剂，只能在大气层内工作。但由于不带氧化剂，每单位推力所消耗的推进剂量要比火箭发动机小得多，因而其比冲(单位时间内使用的推进剂量所能带来的力)可高达l000～3000多秒。火箭发动机既带燃料，又带氧化剂，在大气层内外都能工作，所以迄今的所有航天运载器全部使用火箭发动机，但它的比冲不高，最多只有400多秒。显然，如果航天运载器在大气层内的飞行段能改用吸气式发动机，就能大大节省推进剂，从而减轻总重量、降低发射费用、提高运载效率。

但在目前的吸气式发动机中，涡轮喷气发动机最大只能达到3～3.5倍音速，远远不能满足航天发射的要求，为此需要研制一种新式的吸气发动机——“组合式超音速烧冲压式发动机”，但至今尚未完全研制成功。

推进系统的另一个难点是吸气式和火箭发动机如何最佳地配合工作。简单的方法是各发动机分别工作，但这样做结构重量大、性能较差。最好是各发动机能有机地组合在一起，形成一种多循环工作模式的混合式发动机，但研制难度极大。

空天飞机的研制还需要攻克其他的许多技术难关。例如，空天飞机的机身、机翼和发动机系统应进行一体化的气动设计；空天飞机需要使用先进的耐高温材料，如高级钛合金材料、碳-碳复合材料和高级金属基复合材料。美国空军的X-37B空天飞机原型“轨道试验飞行器l号”已于20l0年4月上演处女航。目前，波音公司正在计划打造形体更大的“X-37B”型轨道实验飞行器。