可重復使用的飛行器：讓你像坐民航一樣往返天地

　　從技術發展程度來看，可重復使用火箭只是第一步。長遠發展目標是研發出能讓人快速、廉價、可靠地進出空間的可重復使用的飛行器。

　　土豪埃隆·馬斯克最近省錢省出了新高度。6月初，他的美國太空探索技術公司（SpaceX）首次將一艘重復使用的龍飛船送入太空。這是該公司在實現“獵鷹9號”火箭重復使用后，在節約航天成本道路上邁出的又一步。

　　1957年10月4日,前蘇聯用“衛星”號運載火箭，把世界上第一顆人造地球衛星送入太空，開創了人類的航天紀元。

　　經過60年發展，“舉國之力發火箭”的時代已經過去。在力保安全前提下，降低進入空間的成本成了越來越多人關注的話題。相比一次性的火箭和飛船，發展可重復使用的天地往返運輸系統，已成為讓航天活動更經濟、便捷的新途徑。

　　火箭重復使用十次最劃算

　　SpaceX的這艘龍飛船曾於2014年9月前往國際空間站執行任務，34天后返回地球。SpaceX對其加壓艙中的一些部件進行了翻修和更換，並替換了非加壓艙部分。

　　記者了解到，飛船在發射及返回過程中要經歷空間輻射、強震動、高溫灼燒及海水浸泡等一系列考驗。此前隻有美國的航天飛機和前蘇聯的VA飛船等少數航天器，執行過兩次以上的軌道飛行任務。

　　這次發射龍飛船的“獵鷹9號”火箭也再次成功回收。對此SpaceX“傲嬌”地表示“習以為常”。

　　該公司曾宣稱，“獵鷹九號”火箭第一級重復使用一次，可使發射成本降低30%，重復使用十次則能降低80%左右。據專家計算，十次是火箭重復使用的最佳平衡點，使用次數更少做不到物盡其用，更多則反而增加維修成本和風險。

　　我國加緊研制“二手”火箭和飛船

　　近日，我國首次公布了正在進行的可重復使用運載火箭技術方案。

　　中國航天科技集團公司一院科技委主任魯宇在最近召開的2017年全球航天探索大會上透露，我國正在開展可重復使用運載火箭技術研究，包括垂直起降方案和傘降方案。目前兩個方案均已完成部分試驗驗証，一些關鍵技術已經取得突破，但最終方案尚未確定。

　　航天科技集團科技委副主任譚永華曾向記者介紹，我國在可重復使用火箭方面已有大量技術儲備，初步具備開展工程研究的條件。我國新一代運載火箭所用的新型液體火箭發動機已具備一定重復使用能力。

　　航天科技集團五院載人飛船系統總設計師張柏楠在今年兩會期間透露，正在研究論証中的我國新一代載人飛船，將滿足載人登月和近地運輸、載人運輸和貨物運輸等多種用途，具備可重復使用的特點。

　　從國外在研新型載人飛船來看，大多數採用傳統的火箭發射和降落傘回收模式。記者了解到，2015年，航天科技集團五院508所在我國北疆地區完成了特大型群傘系統空投試驗，標志著我國大型群傘系統關鍵技術取得突破。

　　2016年長征七號運載火箭首飛時，搭載了新一代飛船多用途縮比返回艙。張柏楠說，縮比返回艙主要是論証新一代飛船的外形及重復使用的技術。他表示，在未來激烈的國際市場競爭中，我國新一代載人飛船要想更廣泛地運用形成產業，必須降低成本。

　　空天飛機成降低成本“新神器”

　　譚永華認為，從技術發展程度來看，可重復使用火箭只是第一步。長遠發展目標是研發出能讓人快速、廉價、可靠地進出空間的可重復使用飛行器。

　　美國航天飛機無疑是可重復使用飛行器中重要的一員。航天專家、《國際太空》雜志社執行總編龐之浩介紹，航天飛機研制之初，人們對它充滿了期待，認為它功能強大、發射成本低、發射間隔短，而且更加安全舒適。為此美國甚至關停了運載火箭生產線。

　　事實証明，航天飛機確實功能強大，能將一些無法用火箭發射的航天器送上太空，還先后5次在軌維修了價值連城的哈勃空間望遠鏡。然而其使用成本卻讓人大跌眼鏡。龐之浩說，按照預想，航天飛機的軌道器可重復使用100次，軌道器主發動機可用50次，固體助推火箭可用20次，人們由此推算其每次發射費用隻需3000萬美元。實際上航天飛機每次發射費用高達4至5億美元，龐雜的維護工作也降低了發射效率，加上難以排除的安全隱患和兩次震驚世界的慘痛事故，最終導致它退出歷史舞台。

　　不過，航天飛機的許多技術被沿用下來，除了“獵鷹九號”火箭繼承了部分可重復使用技術，備受矚目的美國X-37B空天飛機，也被稱為航天飛機的“升級版”。

　　X-37B是由美國波音公司研制的無人可重復使用太空飛機，既能在地球衛星軌道上飛行、又能進入大氣層，最高速度能達到音速的25倍以上。今年5月，執行第4次任務的X-37B在完成718天的在軌飛行后，返回肯尼迪航天中心。不過，X-37B仍需借助火箭發射。美國空軍近日宣布，今年晚些時候X-37B將會使用“獵鷹9號”火箭返回太空。

　　中國空天飛機2030年試飛

　　在2017年全球航天探索大會上，中國航天科工集團公司副總經理劉石泉透露了我國“空天飛機”的研制情況。他說，航天科工正在研發水平起降、可重復使用的新一代天地往返飛行器，現已完成發動機等多項關鍵技術地面試驗，取得顯著進展。

　　航天科工近年推出的騰雲工程，對應空天往返飛行項目，將突破以組合動力、機體/推進一體化技術為代表的核心技術，完善試驗設施建設，建成空天飛行器技術綜合研究體系。劉石泉在第二屆中國商業航天高峰論壇上介紹，空天飛機是可執行航天發射任務，並多次重復使用的新一代天地往返飛行器。該飛行器從機場水平起飛，在大氣層中加速爬升﹔到達30至40公裡高度時一二級分離，一級水平著陸返回﹔二級繼續爬升進入近地軌道，完成運輸任務后再入返回。其具有廉價、安全、便捷、機動等優勢。

　　記者了解到，騰雲工程計劃在2020年完成組合發動機模態轉換技術驗証飛行試驗﹔2025年完成關鍵技術攻關﹔2030年完成兩級入軌空天飛行器技術驗証試飛。

　　譚永華表示，我國研發的可重復使用飛行器，將把火箭發動機、沖壓發動機、航空發動機等不同動力模式集成起來，作為新型組合動力，實現寬速域、跨空域飛行。

　　沖壓發動機是在大氣層內實現高超音速飛行的理想動力。航空器飛行時，迎面氣流在通過進氣道過程中將動能轉變為壓力能，經壓縮后的空氣進入燃燒室與燃料混合進行等壓燃燒，生成的高溫燃氣在噴管中膨脹加速后，由噴口高速排出產生推力。與火箭要攜帶大量氧化劑不同，沖壓發動機可以使用空氣中的氧作為氧化劑，與自身攜帶的燃燒劑產生化學反應並產生推力，從而實現輕裝上陣。

　　據知情人士透露，我國新型沖壓發動機研制取得成功，已進入實際應用階段。早期產品速度大約在3倍音速以下，新型沖壓發動機速度可達4.5倍音速，未來產品的速度有望達到7倍甚至10倍音速以上。

　　展望未來，中國航天科技集團一院組合動力飛行器技術研究中心主任劉敏華曾表示，隨著組合動力技術的發展應用，人類將能像乘坐客機航班一樣起飛並擺脫地球束縛，自由穿梭於空天之間﹔該技術應用於民航領域后，可實現2至3小時全球到達的商業化航班運營。（記者 付毅飛）