「長翅膀的火箭」試飛成功 系我國首個商業超音速空天飛行器

2020-12-06 華商網

　　4月23日早上7時28分，我國首款由商業航天公司研製的超音速空天飛行器在西北大漠首次試飛成功——它既不是火箭，也不是飛機，而是二者的結合，可以稱為「長翅膀的火箭」。

　　既能垂直發射起飛

　　還能整體降落返回

　　參與研製工作和科學任務的西安電子科技大學空間科學與技術學院謝楷教授介紹，地球的大氣層厚度約為100千米，衛星只能在大氣層外的軌道環行，否則會與大氣摩擦而燒毀；另一方面，飛機只能在高度20千米以下飛行，因為高空大氣太稀薄難以點燃航空發動機。所以，在海拔20-100千米之間就留下了一段神秘的空白區域，叫做「臨近空間」，即大氣層的邊緣地帶。

　　早在上世紀70年代，科幻作家們就設想過「空天飛機」的概念——一種火箭與飛機的結合體，既可以用火箭發動機升空加速，還能夠用翅膀提供升力和控制力，在稀薄的大氣層邊緣像飛機一樣平穩飛行。由於高空大氣稀薄、阻力更小，理論上它的飛行可以接近火箭的速度，比客機快十幾倍。比如北京至上海飛行時間只需5分鐘左右，1個小時內可飛抵全球各地。

　　4月23日發射的空天飛行器，將這一想法向現實推進了一步。民營航天企業——凌空天行公司此次發射的「天行I號」，就是一架「空天飛機」的雛形，驗證了「空天飛機」飛行的關鍵動作，包括垂直發射起飛、在臨近空間按照預定航跡自主飛行，最後還嘗試了整體降落返回地面，將寶貴的科學載荷完好帶回。

　　最大的挑戰技術：將飛機與火箭結合

　　據凌空天行公司工作人員介紹，臨近空間是目前的研究前沿，特點「能上能下」。「能上」就是說加一級火箭就可以發射衛星到指定軌道；「能下」就是說可以回收再利用，作為常規運輸給人、給物提供一個高速運輸平臺。這次發射的飛行器所用的發動機是固體發動機，未來還會使用液體發動機。「天行I號」看起來就像是一枚「裝上了翅膀」的火箭。它總長8.7m，翼展2.5m，起飛質量3700kg，全程亞軌道飛行，最大飛行速度超過4300km/h（約3.5倍音速）。飛行時間572秒，飛行距離66千米，最後通過傘降的方式返回地面，實現對載荷的完整回收。

　　謝楷教授介紹，天行號最大的技術挑戰是將飛機與火箭相結合，這比單純的火箭升空難度更大。它既要以火箭的形態垂直發射，又要以飛機的姿態來水平飛行，還要以傘降的形式回收。在發射過程中，控制系統要克服飛機外形帶來的阻力和幹擾；在飛行階段，飛機的機翼、舵面等部件要承受火箭速度帶來的各種嚴酷考驗；在回收階段要精確控制回落點，最後還要在降落傘回收過程中，利用飛機的舵面調整降落姿態，在觸地前一瞬間開啟緩衝氣囊保證安全水平落地。為了達到這些要求，它要克服氣動、防熱、控制、通信等一系列技術難題。

　　未來或催生新的廉價太空旅遊產業

　　這次首飛試驗還為廈門大學和西安電子科技大學提供了搭載服務。廈門大學進行了空氣動力學領域的研究。西安電子科技大學研製了天行號的主攝像機，完整拍攝了掠過大氣層邊緣的全過程。他們還開展了多項新技術驗證試驗和臨近空間科學觀測試驗，特別是在天行號內安裝了兩部高能粒子探測器，對能夠穿透倉壁進入飛行器內部的多種高能粒子進行統計研究。這些探測器將長期安裝在天行系列飛行器上，在後續多次飛行中，將逐漸累積觀測數據，這會對未來空天飛機載人旅行時的輻射安全劑量評估提供十分有價值的參考。

　　據悉，天行號的將來會是一個系列化的飛行平臺，提供從科學試驗到運載入軌等多種航天服務。其中，天行I號和II號都是單級可回收飛行器，垂直起飛、水平降落，具備回收和部分重複使用能力。II號是I號的升級版，其運力更強、成本更低。它們主要面向空天科學試驗，可作為獨立的運載器，實現可返回的亞軌道飛行；相比傳統單次使用模式，可節約60%以上發射成本。

　　此次成功發射的火箭為天行後續型號打下基礎的同時也為航天打開了新的大門：以後不必每次都重新製造龐大的第一級火箭了，此舉可以有效降低發射總成本。

　　此外，未來規劃中的「天行III和IV「是亞軌道太空飛機，可以提供快捷入軌服務，還會催生新的廉價太空旅遊產業。遠景目標是將整個地球村納入1小時商圈範圍，以讀者們都可以買得起的票價，提供亞軌道飛行、太空旅遊和全球快速運載服務。 華商報記者 馬虎振

來源：

華商網-華商報

編輯：何媛

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