國產空天飛行器在太空待兩天就落地，是落後嗎？後來居上勢不可擋

本月4日，我國利用長徵二號F運載火箭成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器，在經過兩天在軌飛行後可重複使用太空飛行器成功返回預定著陸場，此次試驗的圓滿成功標誌著我國可重複使用太空飛行器技術取得重要突破，後續可為和平利用太空提供更加便捷、廉價的往返方式。

發射天宮二號的長徵二號F型火箭

官方表述的一系列關鍵詞句告訴我們此次發射的可重複使用試驗太空飛行器不同於以往我國發射的任何一款太空飛行器，因為它有著截然不同的飛行特性 。

關鍵詞「太空往返」，截至此次任務發射前我國能夠勝任太空往返任務的太空飛行器有且僅有兩款，一款是眾人皆知的神舟載人飛船，另一款就是今年5月5日文昌航天發射場利用長徵五號B遙一火箭發射的服務載人登月任務的新一代載人飛船試驗船，顯然此次發射與上述兩款天地往返太空飛行器毫無關係。

神舟飛船與新一代載人飛船

再就是「可重複使用」，神舟飛船是完全不具備重複使用功能，新一代載人飛船也只能「部分重複使用」，此次發射的太空飛行器顯然是具備「完全重複使用」的功能形態。

縱觀人類天地往返航天裝備發展史，並輔以排除法可知，唯有帶翼太空飛行器才具備完全重複使用的條件，因為只有帶翼太空飛行器可以實現無損著陸。（為便於行文方便後文皆以「國產空天飛行器」指代「可重複使用試驗太空飛行器」。）

新一代載人飛船可實現返回艙重複使用

在歡慶國產空天飛行器成功發射與返回的同時人們又產生了新的疑問，大洋彼岸波音公司研製的X-37B與國產空天飛行器功能定位趨於一致，為什麼前者可以在軌飛行長達兩年甚至更長時間，而我們的卻只有兩天？難道又落後了？

X-37B空天飛行器

答案當然是否定的，先拋出一個結論，國產空天飛行器兩天在軌返回標誌著我國帶翼太空飛行器技術一舉跨過大洋彼岸近半世紀發展歷程。

為什麼要如此「高傲」地提出這一結論？

首先來看看發展形勢，縱觀近年來我國各領域發展成果可知，一舉跨過半世紀發展歷程的案例正在接二連三地出現：

殲-20隱形戰鬥機

2017年第四代隱形戰鬥機殲-20正式進入現役戰鬥序列，標誌著我空軍結束了長達半個多世紀戰鬥機技術落後的局面，該機綜合戰技術水平與F-35系列聯合攻擊機相比也是伯仲之間；

2020年1月12日055型萬噸大驅進入戰鬥序列，標誌著海軍主戰艦艇結束長達半個多世紀的落後局面，一舉反超阿利伯克系列驅逐艦，並在信息感知、艦隊防空、對海打擊等多個戰技術領域優於大洋彼岸引以為傲的DDG-1000朱姆沃爾特級驅逐艦；

055型萬噸大驅首艦101南昌艦

2020年7月23日旨在一次完成繞落巡火星任務的天問一號飛船升空，標誌著我們即將一步跨過大洋彼岸近半世紀探火歷程（以勇氣號、機遇號兩輛火星車的部署時間為基準計算）。

言歸正傳，國產空天飛行器首次飛行任務在軌時間只有兩天，與大洋彼岸X-37B長達兩年多的在軌時間相比顯然是有差異的，但是要知道此次飛行的核心任務是為了突破空天飛行器由軌道空間再入地球大氣層的精準返回技術，而這一技術的突破就預示著後來居上的勢不可擋。

至於在軌時間為什麼不延長的問題也很簡單，因為沒有加裝更多的探測載荷，任務不需要延長在軌時間。

多年前披露的國產空天飛行器投放試驗

航天領域常說「火箭運力有多大，航天舞臺就有多大」，這講的是人類如何「登天」的問題，然而比登天更難的問題是如何從天上下來返回地面。

地球基於重力關係外表包裹著一層厚厚的大氣，太空飛行器再入大氣層時會產生劇烈的熱流燒蝕，傳統太空飛行器進入大氣層後通常會化作轉瞬即逝的流星，只有加裝防熱燒蝕材料並輔以特殊設計的氣動外形，太空飛行器才能實現再入返回。

放眼全球掌握太空飛行器再入返回技術的國家並不在少數，但掌握帶翼太空飛行器再入返回技術的國家截至國產空天飛行器發射前僅有大洋彼岸一家。暴風雪號太空梭已經沉入歷史的悠悠長河，曾經擁有它的國家也已經退出歷史舞臺，歐空局2015年時曾經發射IXV太空梭，但最終返回時不是滑跑著陸而是直接濺落大西洋。

歐空局從海中打撈的IXV太空梭

因此可以得出結論，掌握帶翼太空飛行器再入返回技術的國家有且僅有兩個，一個是大洋彼岸，另一個就是我們，僅此一點就足以確立世界先進地位。

那麼，為什麼說國產空天飛行器如同天問一號、殲-20一樣跨過了大洋彼岸近半世紀發展歷程呢？

自上世紀人類開始研究太空飛行器再入大氣層技術以來就一直存在著兩種截然不同的技術方向，一種是彈道式再入，這種太空飛行器只需一次性防熱燒蝕材料保護即可直接再入大氣返回地球，例如聯盟系列飛船、神舟載人飛船、載人龍飛船、我國新一代載人飛船等都屬於此類再入方式，只是後來者的彈道設計有所不同。

再入大氣層的神舟飛船返回艙（效果圖）

另一種技術方向就是升力體式再入，此種太空飛行器結合了航天與航空兩種飛行特性，能以較慢的速度實現受控再入大氣層，著陸精度更高，能夠直接著陸於機場跑道，太空梭就是升力體式再入的經典案例。

大洋彼岸早在上世紀五十年代末就立項發展了X-20試驗機，該機旨在配備飛行員進行高超聲速及在軌飛行試驗，並且具備一定的機動能力，能夠抵禦再入大氣的熱流燒蝕，進而在機場跑道滑跑著陸。

X-20試驗機沒有實現飛行測試

由於當時雙子星座載人飛船的研製更加優先加上成本飆升，X-20在立項研發7年後下馬，在此期間僅完成了一架實物樣機的研製，該項目從始至終沒有進入飛行試驗狀態。

與X-20存在接續發展關係的還有X-24A和X-24B兩款試驗機，旨在驗證升力體氣動布局的低速飛行特性。

升力體式空天飛行器從太空空間再入大氣層直至著陸整個過程要歷經四大階段，分別是空間在軌飛行、跨大氣層高超聲速飛行、高空跨聲速飛行、中低空亞聲速飛行，因此升力體飛行器要想完成四大階段的再入就必須同時兼顧不同的飛行環境。

X-24A

X-24A與X-24B就是旨在獲得高空與中低空的升力體飛行數據，因為在傳統航空空域飛行弱化機翼功能的升力體飛行器並沒有優勢，甚至存在某種劣勢，所以必須有精準的飛控數據保障安全飛行。

X-24B

X-24A是鈍頭體構型，最大馬赫數1.55，X-24B則是尖頭體構型，最大馬赫數1.74，兩款機型總計完成了64架次飛行試驗任務，在此基礎上又完成了X-24C驗證機的研製，該機可實現6.65馬赫數的飛行，所獲得的數據有效支撐了升力體再入理論，為太空梭的研製奠定了基礎。

升力體再入技術的高潮自然是太空梭計劃，太空梭軌道器是整個計劃研製的重中之重，它長37.24米、翼展23.79米、高17.25米，採用大弧形曲面三角翼加垂直尾翼的氣動布局，空重68.5噸，該機定位為人貨兩用，在搭載7名航天員的同時機身中部貨倉還可以攜帶15噸的太空飛行器，國際空間站的諸多重要艙段都由太空梭發射。

哥倫比亞號太空梭

太空梭縱然先進，但限於研製年代久遠其諸多技術已經遠遠不能勝任21世紀的需求，比如人盡皆知的挑戰者號與哥倫比亞號兩起空難，整個機隊5架軌道器其中有兩架都殞命藍天，可靠性低是加速太空梭退出歷史舞臺的直接原因。

殞命藍天的挑戰者號太空梭

太空梭計劃歷時三十餘年，總計執行了135架次任務，然而終其一生它也沒能突破自主降落技術。

太空梭一般會在120公裡高度以機頭朝前呈40度仰角姿態開始進入再入大氣程序，這一過程由計算機控制，預設的仰角姿態是為了盡最大可能降低熱流燒蝕，在再入大氣過程中軌道器的動力系統呈禁用狀態。

太空梭呈40度仰角再入大氣層

由於太空梭沒有彈道式返回艙的減速傘，因此需要利用自身氣動條件並輔以S彎機動實現減速，在海拔4.6萬米高空時軌道器尾部的空氣制動器打開，增大空氣阻力進一步減速，隨後機組人員會將軌道器仰角由40度調低至36度，當軌道器進入亞音速飛行時自動控制改為手動控制，進而完成滑跑著陸。

太空梭著陸是手動控制模式

與之對比，國產空天飛行器的先進之處就體現在這裡，因為它的非載人屬性註定該機是自動控制返場著陸於機場跑道。

我們可以看到太空梭的人為介入操控環節有很多，導致這一情況的根本原因在於太空梭的飛控計算機運算能力差，其運算容量僅有1MB，這樣的運算速率別說是支持自動返場降落，就連仰角調整都需要人力幹預。

太空梭軌道器運算容量僅1MB的計算機

國產空天飛行器與X-37B都擁有自主返場著陸的核心優勢，後者表明大洋彼岸歷經半個世紀發展才掌握這一核心能力。

X-37B自主返場著陸

諸多X系列空天驗證飛行器與太空梭計劃的實施奠定了大洋彼岸紮實的升力體再入飛行控制技術，但長江後浪推前浪一代更比一代強的法則是放之四海而皆準的，我們沒有型號繁多的X系列空天驗證飛行器，也沒有太空梭計劃的悠久歷史，究竟是什麼因素讓我們如此迅速的掌握這一頂級技術？

這還得從空天飛行器的應用場景說起，此類飛行器可以通吃航天運載、國防應用兩大領域，大洋彼岸型號眾多的X系列驗證機放在我們這裡主要由系列東風快遞加以驗證，突出成果就是DF-17乘波體飛彈。

DF-17乘波體戰鬥部

DF-17在乘波體構型基礎上在戰鬥部尾部增設了四片彈翼，用方隊長呂爾參的話說，這樣的設計可以使它的突防能力大大增強，這個彈頭設計像個小飛機，它的設計可以使彈頭的飛行軌跡更加靈活多變，整個突防下來敵人很難攔截它。

靈活多變的飛行軌跡顯然要比太空梭用於減速的S彎軌跡高明得多，而且DF-17全程自主能力比太空梭領先了整整一個時代，它有著更加寬域的靈活機動空間。

在經過變軌飛行後DF-17依然能實現巡航飛彈級別的打擊精度就更令人想入非非，這種技術完全可以移植到國產空天飛行器用於對準機場跑道的導航系統裡。

激波風洞測試某型乘波體布局

僅僅依靠東風快遞發展帶翼太空飛行器顯然有點不務正業的感覺，實際上早在大洋彼岸X-37驗證機立項研製的年代我國帶翼太空飛行器也早已進入項目立項研製階段。比如，神龍跨大氣層驗證飛行器早在21世紀的第一個十年就基於轟-6轟炸機掛飛完成了飛行測試。

近二十年的發展過程中也時常有相關消息披露，比如，2015年，我國航天某重點型號圓滿完成高速自主進場著陸飛行試驗。同一時期西北工業大學官網披露高速自主全電剎車系統圓滿完成著陸飛行試驗，創造了國際空天領域的多項世界第一。

空天裝備加速「白菜化」

如果說形似飛機的DF-17單單一款空天裝備還不具備說服力，那麼空天飛行技術的另一個衍生品無偵-8高超音速火箭動力無人機就更進一步實錘確認我們已經將高速自主返場技術徹底「白菜化」。

國產空天飛行器首次軌道飛行就拿下大洋彼岸窮半世紀之功才攻克的帶翼太空飛行器再入返回技術，起點已經很高那麼接下來會怎樣？相信大家都有自己的判斷。

某型洲際乘波體

東風快遞與帶翼太空飛行器其實是一個先有雞還是先有蛋的邏輯問題，它倆誰先誰後無從考證，但有一點可以確認，那就是植根於第四次工業革命建立起的全球最齊全工業產業鏈必將持續創造更多奇蹟，而隨著時間推移「奇蹟」也將逐漸成為一種「新常態」，包括14億國人在內的整個藍星也必須適應這種新常態。