香港腕表价格交流群

又一项世界领先!中国空天飞机实现历史突破,这是要断了火箭的财路?

2020-11-21 13:46:36


最近央视新闻报道称,我国目前正在研制一种用于天地往返运输并可重复使用的“空天飞机”,既能够载人、也能把卫星等航天器送到太空,可以说,中国在空天研究领域实现了“历史性跨越”!


“空天飞机”有多神奇?可重复使用 能在普通机场起飞

正在研制的这款“空天飞机”被称为“腾云工程”,它是一种可执行航天发射任务并多次重复使用的新一代天地往返飞行器,可在地面机场水平起飞,被认为“能够带来未来航天运输方式的革命”。

空天飞行器既可载人也可货运。载人时:

可用于太空旅游、航天员运送等,将为乘客提供舒适的太空往返飞行体验;

货运时:

可用于发射各类卫星、空间站货物补给、太空应急救援等,可为用户提供按需、及时、廉价的航天发射服务。


空天飞机是航空技术与航天技术高度结合的飞行器,将把空间开发推向一个新的阶段。

空天飞机像普通飞机一样水平起飞,以每小时1.6万~3万公里的高超音速在大气层内飞行,在30~100公里高空的飞行速度为12~25倍音速,而且可以直接加速进入地球轨道,成为航天飞行器,返回大气层后,像飞机一样在机场着陆,成为自由地往返天地之间的运输工具。

在此之前,航空和航天是两个不同的技术领域,由飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动,航空运输系统是重复使用的,航天运载系统一般是不能重复使用的。而空天飞机能够达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。

“腾云工程”有多先进?

早在2017年,中国官方首次公开了神秘的“腾云工程”,披露了中国在研可往返空天的航天飞行器,多项技术已经经过验证,达到国际先进水平。在去年北京航展上,中国航天科工也发布了一款航天飞机模型。

其中让西方航天科学家最为关注的一点是,中国可能采取了颠覆国际上已经采用的航天技术,不同于美俄的航天发射模式,叹服中国的厉害。外界根据中国披露的航天飞机模型以及相关科研文章研判认为,中国的航天飞机将可能采用水平起飞模式,而非现在美俄采用的垂直发射的模式。

这意味着,中国的航天飞机在水平起飞的情形下,要达到第一宇宙速度才能突破大气层的限制进入太空。中国2012年开始使用的JF-12激波风洞让中国在这领域的研究取得了突破,同时中国在火箭发动机、冲压发动机等领域的取得的成就,也让中国有能力让装有混合动力发动机的航天飞机在水平起飞的模式下,加速超过第一宇宙速度进入太空。

让X-37B黯然失色

虽然世界上很多国家都在积极开发航天新技术,而且像中国的“腾云工程”可重复使用空天飞机模式一些国家也在规划,但是像中国这样取得快速进展并试验成功的却没有一个,包括俄罗斯、美国和英国都还没做到。

从外形来看发布的这个空天飞行器,这种以子母机组合的天地运输往返系统设计理念比较新颖,应该是一种两级入轨的空天飞行器方案。媒体展示的照片有两架“飞机”构成子母机,其中被扛着的“小飞机”和美国的X-37B非常相似。不过专家认为:

“小飞机”严格意义上不能叫飞机,实际上是轨道飞行器,需要下面的空天飞机将其送入轨道,它依靠自己的火箭动力变轨,重返地球的方式和X-37B类似。

中国网络上之前曾经曝光过一款“神龙”飞行器,实际上就相当于那架轨道飞行器。

▲美国的X37-B

根据《环球时报》受访匿名军事专家称:下面的大飞机是该两级入轨系统的“主角”。它从原理上更像是英国“云霄塔”空天飞机。除了进行高超音速飞行的气动外形以外,其技术核心是吸气式火箭发动机。而X-37B则以(MMH)和N2O4为双组元自燃推进剂。以“云霄塔”为例,它使用“佩刀”吸气式火箭发动机,这种发动机将喷气发动机不需自带氧化剂的优点与火箭发动机燃料能量高、喷射速度快的优点集于一身。它自身携带氢燃料。在大气层内飞行时,可快速将氧气经过冷却液化为液氧,与自带液氢燃烧。进入太空时,则可以依靠自身携带的少量液氧与液氢燃烧,继续加速飞行。该系统最终速度将达到22倍音速左右。

▲美国的X37-B

空天飞机的研发中国后来居上,优势明显

实际上,人类在半个世纪前就提出了空天飞机的概念。简单说,这种飞行器就是既能在航空空间内依靠吸气式发动机和自身空气动力较为自由地飞行,又能入轨在近地轨道上根据轨道力学原理飞行,然后还能水平返回的空天飞行器。实际上目前还没有一个国家研制出真正可用的空天飞机。

上世纪80年代美国开始发射航天飞机,实现了部分可回收,向空天飞机迈出重要一步,但其重复使用的成本仍然很高,空天飞机的结构材料要求很高。在飞行时,它头部和机翼前缘的表面温度可达2760℃。这样,像航天飞机上的防热瓦块式外衣,就不再适用了。美国的X-37B实际上是航天飞机的缩小版,在重复使用这一点上,相对于之前的航天飞机甚至是一种倒退,它的入轨方式和卫星没有什么区别。

而空天飞机与之存在很大不同。由于空天飞机基本上可实现完全重复使用,仅这一点就大大降低了成本。美国SpaceX公司的火箭发射成本低,重要原因就是实现了部分的重复使用。而空天飞机的回收方式更为科学。

空天飞机采取水平起飞方式,通过使用吸气发动机,并依靠气动升力,大大降低燃料携带量,大大减少自重,进一步降低成本。航天飞机看上去像飞机,但在发射过程中,机翼主要产生阻力。此外,空天飞机能够进行大范围机动。与航天飞机以及轨道飞行器的变轨不同,空天飞机的飞行自由度非常高。


中国开发空天飞机的过程中,需要突破很多技术瓶颈,这主要是刚才提过的空天飞机第一级所使用的吸气式火箭发动机。吸气式火箭发动机的整个试验过程,也可谓漫漫长路。在2月底的试验证明中国已经取得了吸气式火箭发动机的技术成功,据称这种火箭在起飞时可将空天飞机加速到超过5马赫,而在与第二级——任务载荷所在的飞行器分离时可最大赋予其以20马赫的速度,之后就会返回地面经过检修后准备执行下一次发射任务。这一技术,比起现在被美国吹得神乎其神的猎鹰9号可回收火箭更先进,成本也更低,据说仅为普通火箭的1/10。

空天飞机研发虽难但未来可期

有专家表示,空天飞机实现完全可用技术难度非常大,涉及复杂的气动布局、发动机和材料技术。航天科工集团三院院长张红文在接受采访时也表示:

这个工程技术难度是非常大的,也是着眼航天新一代和未来发展的项目,现在主要是在前期的技术研发阶段。但目前也已经提上日程多年,近年以来我国航天发射频率和成功率越来越高,赶超世界先进水平只是时间问题了。

空天飞机不仅存在着航天飞机向普通飞机转换的工业路线,而且也存在着普通飞机向航天飞机转换的工业路线,使高性能军用飞机向着兼具航天功能的方向发展。这种趋势也预示着未来高性能战斗机将具有航天功能,这将是第六代战斗机所要实现的革命性跨越。可多次使用的航天发射载具——空天飞机将是建立外层空间基地的主力军,也将会是21世纪世界各国争夺制空权和制天权的关键武器之一。

视频:我国正研制新一代“空天飞机”:

本文综合于经济日报、环球时报、军武长城。

坛友们怎么看?欢迎一起留言交流哈

工程师都爱看



距先进制造技术大神您只差关注

中国先进制造技术论坛,工程师的摇篮


▼点击阅读原文获取海量机械学习资料

友情链接

Copyright © 2023 All Rights Reserved 版权所有 香港腕表价格交流群