超越英美！領先的風洞技術讓我國騰雲空天飛機進度領先各國

說起空天飛機，不少人立刻想起了美國X37B軌道飛行器，但其實這款裝備並非空天飛機。

既然X37B不是空天飛機，那美蘇研製的太空梭是不是空天飛機呢？也不是！

那麼什麼樣的飛行器才是空天飛機呢？

空天飛機是指可依靠自身動力，水平起降並多次重複使用的新一代空天飛行器，實現廉價、安全、便捷的空天往返飛行。這種飛機一旦研製成功，將直接改變各種太空飛行器（包括衛星、探測器、空間站等等）的發射方式。由於全機可重複使用，且動力效率超高，其發射成本、使用成本將比運載火箭便宜很多。

我國研製的「騰雲」空天飛機（模型）

它更像是一種升級版的太空梭，但又全方位超越太空梭。之前美蘇研製的太空梭都是採用垂直發射方式將太空梭送入太空軌道，這種飛行方式效率很低。

美國研製的太空梭（重達2800多噸）

主要體現在：

1、動力效率非常低。

太空梭必須採用體積龐大，推力1500噸以上，重達1000噸以上的助推器，再加上自身攜帶的火箭發動機配合才能將自重為68噸、最大有效載荷29.5噸的軌道飛行器送入軌道。太空梭起飛總推力達2800噸！這麼龐大的「變種火箭」，僅燃料費用就十分高昂！可見太空梭的有效載荷跟普通運載火箭沒什麼兩樣，都是低得可憐，僅有1%～3%，也就是說1000噸發射質量也僅能運載10～30噸有效載荷。

以美國哥倫比亞號太空梭為例，其總長約56米，翼展約24米，起飛重量約2040噸，起飛總推力達2800噸，最大有效載荷29.5噸，有效載荷還不到總質量的1.5%（1.446%），效率低得可憐！

2、高度複雜導致費用超高、可靠性低下。

美國研製的太空梭由200多萬個零件組成，堪稱有史以來最複雜的科技發明！

如此高度複雜也導致其研製、生產、維護成本異常高昂！據統計，美國每架太空梭研製費用高達20億美元，每飛行一次費用高達5億美元。1980年美國的GDP為2.7895萬億美元，2019年為21.02萬億美元。若按照這個比例算，這25億美元的研製、飛行成本相當於現在近200億美元！若不是美國財大氣粗，根本沒有國家能夠承擔如此高昂的費用！最諷刺的是，原本打算通過多次重複使用分攤每次發射費用的太空梭反而與設計初衷背道而馳。即使從技術上來看，太空梭是成功的，但從設計初衷來看，這個項目是十分失敗的！

由於零件總數堪稱天文數字，也直接導致其可靠性很低。事故率非常高，美國的5架太空梭中，有2架在執行任務時候發生了爆炸、解體，總計14位太空人為此喪命。

3、發射準備時間和普通液體火箭沒什麼區別，甚至更麻煩。

美國研製的太空梭尾部有三臺氫氧發動機，總推力為60噸。其外掛燃料箱總質量達735.3噸，包括604.195噸液氧和101.606噸液氫。這兩種液體都是十分容易揮發且高度易燃易爆炸的液體火箭燃料，需要分別小心加注。即使十分小心維護，太空梭加注過程中也經常發生燃料洩露。因此，太空梭的發射準備時間很長且無法保證準時發射。

正是因為以上難以克服的缺點，美國才在2011年退役全部太空梭。為了尋求一種太空梭替代品，X37B應運而生。作為忠實美粉，作為腹黑的兔子，我國也開發了中國版X37B——「神龍」軌道飛行器。我國採取三步走策略，最終將採用「騰雲」空天飛機的入軌飛行器背負入軌。9月4日通過火箭發射的並不是空天飛機，而是「神龍」軌道飛行器，也就是將來最終版空天飛機的上面級軌道飛行器。

空天飛機由第一級入軌飛行器和第二級軌道飛行器組成，其中第一級採用渦輪基組合循環發動機（TBCC）。短期來看，在三種組合循環發動機渦輪火箭基組合動力（TRRE）、火箭基組合動力（RBCC）和渦輪基衝壓動力（TBCC）中，這種發動機發展前景是最好的，最有希望在短期內研製成功，也是最有潛力的。

為什麼這麼說呢？

熟悉航空知識的朋友都知道，衡量動力裝置動力效率的標準是比衝。比衝越高，推動同等一物體達到同一速度所需消耗的燃料就越少。目前各國火箭動力的比衝普遍不超過400秒，而各類吸氣式航空發動機（渦輪動力）比衝達3000秒左右。可見火箭動力是一種非常低效的動力，推動同一物體達到同一速度所需耗費的燃料達到渦輪基發動機的7.5倍。若不是因為吸氣式發動機無法在沒有空氣的太空中使用，人類早就放棄火箭動力了！這才導致人類一直想方設法開發更先進的動力——組合循環發動機。因此，未來若能研製成功渦輪基組合循環發動機，發射同等質量的物體到太空中消耗的燃料將只有現在火箭的五分之一左右。這意味著人類發射重達40噸的登月飛船將不再需要採用重達3000多噸的重型火箭，甚至僅需要其五分之一重量，也就是600噸的空天飛機就能做到！

我國正在研製的另一款空天飛機方案

那麼我國的空天飛行器到底進展如何呢？

總體來看，我國項目研究起步更晚，但進度最快！已經領先歐美各國中進度最快的英國！

早在上世紀60年代初（1962年），美國就研製出首架採用組合循環發動機J58發動機的SR71高空高速戰略偵察機。這款飛機在當時可謂十分超前，至今都堪稱黑科技！從組合循環動力角度來看，算是空天飛機的前身。由於其亞燃衝壓動力僅能維持在3～4.5倍音速，這款飛機最高飛行速度不到2.9倍音速。距離超燃衝壓發動機最高25倍音速還相距甚遠，完全無法達到最低入軌速度（7.9公裡/秒），無法實現單級入軌的目標，因此也就無法作為空天飛機的動力。基於這點，各主要強國從上世紀80年代初紛紛啟動空天飛機動力研製工作，也就是上文提到的那三種組合循環發動機。

美國上世紀60年代初研製的黑鳥高空高速戰略偵察機——SR71

由於技術難度實在太大，很多國家無法攻克，研究項目研發紛紛下馬。得益於我國領先世界的超級風洞技術，我國從上世紀80年代開始研發並一直堅持至今。目前，我國的空天飛機已經取得十分輝煌的成果！

我國自主研製的的超級風洞（領先世界）

根據公開報導的信息來看，2018年9月，由我國自主研製的渦輪基衝壓動力（TBCC）已經實現了組合發動機模態轉換國內首次飛行驗證。

渦輪機組合循環發動機設計圖

更令人驚喜的是，我國不僅僅同時開展上述三種發動機研究！2019年初，我國航天科工集團北京動力機械研究所獨創的吸氣式組合動力方案——渦輪輔助火箭增強衝壓組合循環發動機或已於去年年底完成該發動機的首次原理樣機驗證，成功的進行了點火和模式轉換！這是一種比「TBCC」更加先進的發動機！

西方發達國家陣營中英國進展最快，但其研製的「佩刀」發動機也只是在去年取得關鍵技術突破，計劃於今年完成核心機整機製造，可謂起了個大早，趕了個晚集！美國則計劃於2025年進行首次渦輪基衝壓動力（TBCC）飛行試驗。

2019年10月底，我國航天空氣動力技術研究院（航天科技集團十一研究院）又宣布了一個重磅消息，該院第一研究所圓滿完成兩級入軌空天飛行器風洞自由分離試驗，兩級並聯飛行器成功分離，為未來兩級入軌空天飛行器的研製提供了技術道路探索！

兩級入軌空天飛行器風洞自由分離試驗

可見我國的空天飛機主要技術難點已經基本攻克，即將整機測試，也就是兩級集成測試階段，我國空天飛機已經呼之欲出！

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