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中國亞軌道飛行器試飛成功

來源:     作者:32所站點管理員     發布時間:2021年08月30日     瀏覽次數:         

  中國成功試驗“亞軌道重復使用演示驗證項目運載器”成為國家級“凡爾賽”現場:國防科工局新聞宣傳中心官方抖音賬號“中國軍工”7月17日在回應“這條消息為何只有文字沒有照片”時說道:“過于先進,不便展示”。

  中國亞軌道重復使用運載器飛行演示驗證項目首飛成功,為中國重復使用天地往返航天運輸技術發展奠定基礎,也是我國從航天大國邁向航天強國的標志,亞軌道重復使用運載器可作為升力式火箭動力重復使用航天運輸系統的子級,是航天航空技術的高度融合體,為實現領域創新發展和自主可控邁出了堅實的第一步。

  所謂的亞軌道飛行,是指在飛機的飛行高度以上,同時又趕不上外太空的人造衛星。

  飛機最大的飛行高度大約在30公里,人造衛星的低軌道近地點可以到200公里,這個范圍之內就是亞軌道飛行器的活動空間。

  我們知道有人駕駛的飛機在大氣層中飛行的速度不能超過一定的極限,否則氣動加熱會把飛行器燒毀。

  米格25和黑鳥能夠飛到馬赫數3,就是因為它們的機體用了不銹鋼或者是鈦,這2種材料可以經受得住300度的氣動加熱。

  協和式超音速飛機只能飛2.2馬赫,氣動加熱是150度。因為機身采用的鋁合金材料,最多只能承受180度的溫度。

  隨著飛行速度的提高,氣動加熱會急劇上升。如果飛行速度超過3馬赫繼續往上提升,有人駕駛的飛行器就必須改變飛行方式。

  亞軌道飛行是最近才興起的高新技術,以前之所以從30公里到200公里這段空間沒有加以利用,是因為開發難度比較大。

  在這個高度大氣壓基本上是0,所以航空器內部它的密封要跟在外太空中飛行的宇宙飛船類似。

  這就是亞軌道飛行的難度之一,它實際上是兩段式飛行,在大氣層中需要飛機(或者其他動力上升器)拖帶或者是懸掛。亞軌道飛行器返回地面的方式和飛機、航天飛機著陸是一樣的,但是它又不是航天飛機的返回方式。

  我們知道,在外太空飛行的宇宙飛船、空間站,需要達到第一宇宙速度7.9公里每秒,才能夠在軌道上穩定地環繞地球飛行。

  但是亞軌道飛行達不到這個速度,因為它不能讓自己成為一個人造衛星。亞軌道飛行最高的速度是15馬赫左右,也就是4公里每秒鐘左右。

  我們知道物體的能量和速度的平方成正比,外太空的飛行器返回地面,從7.9公里每秒減速到0,必須在大氣層中經過劇烈的摩擦把動能轉化成熱能。所以軌道飛行器返回大氣層的時候,外層殼體要經受住極高的溫度。

  美國航天飛機返回地球,必須以一個特定的仰角進入大氣層,由于和空氣劇烈摩擦,飛機肚皮這一部分外表面的溫度會高達1640℃。

  普通的金屬材料是無法承受這么高的溫度的,所以航天飛機外層需要鋪設防熱瓦。

  哥倫比亞號航天飛機在返回地球大氣層的時候,就是由于機體外鋪設的防熱瓦脫落,高溫的熱氣進入起落架艙,造成航天飛機解體,七名宇航員遇難。

  所以,宇宙飛船返回地面這個過程非常危險,它的危險程度甚至比進入宇宙空間還要高得多。

  人類進入宇航時代以來,一共有五百多位宇航員進入了外太空,犧牲的宇航員一共有22名。其中美國犧牲了16人,前蘇聯犧牲了5人,以色列犧牲了一人。

  前蘇聯犧牲的5人中,有4人是在返回地球大氣層的時候遇難的。

  亞軌道飛行就是這樣一種提高了進入軌道難度,但是極大降低了返回地面難度的飛行方式。亞軌道飛行的最大速度只有軌道飛行的1/2,具有的動能只有軌道飛行的1/4,所以再入地球大氣層時難度也只有1/4。

  今年7月11號維珍銀河公司就進行了一次亞軌道飛行,飛船先由飛機拖帶到30公里的高空。

  然后啟動火箭發動機,把飛船推送到85公里的高空,進行了7分鐘的拋物線飛行。在這個飛行過程中,飛船內的乘客可以體驗失重。十五分鐘以后飛船重新降落到自己的出發地點。

  我們國家的亞軌道飛行和維真銀河的亞軌道飛行,是完全不一樣的。維珍銀河的飛行,準確說還達不到亞軌道飛行的程度,只能算是準亞軌道飛行。

  真正的亞軌道飛行要求飛過卡門線。卡門線是以著名的空氣動力學家、錢學森的老師馮?卡門命名的一條虛擬的線。這條線距離地球表面100公里,超過這條線以外,就是真正的外太空。

  所以亞軌道飛行器看起來有一點像縮小化的航天飛機,需要有駕駛員。亞軌道飛行要做到實用化,必須具有兩小時飛遍世界各地的能力。

  亞軌道飛行器的飛行速度最大只有4公里每秒,所以它不能夠完全依靠慣性在外太空環繞地球飛行。

  亞軌道飛行器的飛行方式是先進入外太空,以拋物線的形式飛行一段,再進入高空大氣層。

  在大氣層中,飛船要依靠飛機的翅膀提供升力,啟動發動機再進入外太空,以一條波浪狀曲線環繞地球軌道飛行。

  所以亞軌道飛行器的關鍵,要具備反復進入大氣層,同時從大氣層重返外太空的能力。

  當然,實現這個能力有需要額外的動力,這個額外的動力有可能是火箭發動機,也有可能使用超燃沖壓發動機。

  在將來,亞軌道飛行器實用化,可以在兩個小時之內把乘客帶入世界上任何一個機場。

  如果亞軌道飛行器用于軍事用途,則具有兩小時打遍全球的能力

  那為什么說這種技術如此重要?

  現在各國航天發射和太空探索任務越來越頻繁,航天運輸系統瞄準了“快速、機動、可靠、廉價”等發展方向。可以想象,如果未來前往太空,就像搭乘民航客機一樣安全便捷,這將帶來何等巨大的影響。而重復使用天地往返飛行器就是滿足這些需求的主要技術途徑之一。

  研制重復使用天地往返飛行器的難度極高。因為在大氣層內與太空中,飛行器所需的設計原理完全不同,而重復使用天地往返飛行器要實現跨界融合,同時具備在大氣層內和太空這兩個不同空域的飛行能力,就需要在動力和氣動外形等方面大下功夫。

  2017年,我國提出的“騰云工程”主要是為了打造水平著陸的空天往返飛行器。不過這次首飛的似乎不是“騰云”配套項目,“騰云”是航天科工三院研制的兩級入軌飛行器(TSTO),這次是航天科技一院研制的未來火箭動力TSTO飛行器的驗證飛行器,雖然同為TSTO,但是研發單位和技術路線都不同,屬于競爭關系。

  這就說明,類似飛行器我們在研的不止一個,未來可能還有更多驚喜。需要提到的是,在2020年9月4日中國曾發射一款可重復使用的試驗航天器,當時很多人認定與“神龍”空天飛機有關,該項目被認為對標美國的X-37B空天飛機。還有觀點認為,這次首飛的飛行器另一種叫法是“亞軌道轟炸機”,即使被探測也無法被攔截。

  美國航天飛機和X-37B都需要依托外部火箭提供升力,因此算不上自主起飛,而且這些火箭無法重復利用。如果中國這次發射的航天器能依靠自身動力起飛,意味著它就是真正意義上的“完全可重復使用”,未來將極大降低發射成本。

  隨著我國第一次可重復使用試驗航天器發射成功,我國也邁入了這一航天最新技術領域,領先于俄英法德等國家。這是我國太空事業、科技事業的一個偉大突破!

  發布日期:2021年7月27日

  來源:藍海長青智庫

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