Stratolaunch: 美国航天界又一颗新星

　　一个多月前，微软联合创始人保罗·艾伦投资的Stratolaunch飞机在6年的“秘密”研发后终于在美国加州莫哈韦航空基地（Mojave Air and Space Port）正式亮相。
　　这是一架巨型双身飞机， 机翼展117米，与足球场的长度相当 。它拥有6台发动机和28个轮子，重达227吨。两个机身中间可搭载250 吨的有效载荷，包括火箭和卫星。[1]

　　Stratolaunch 上个月第一次离开机库进行燃料测试。自2011年项目启动至今，飞机建造已基本完成，Stratolaunch即将进入地面与飞行测试阶段，预计于2020年投入运行。
　　图片来源：http://www.stratolaunch.com/
　　Stratolaunch的字面意思是平流层发射。这架飞机中的“巨无霸”可谓名副其实，可用于空射运载火箭，能将火箭运送到10千米以上的平流层并释放。经过几秒钟的自由落体运动后，火箭将自行点火、发射、脱离大气层，将卫星送入近地轨道 。同时，Stratolaunch还会像普通飞机一样返回地面，接受检修、补充燃料、装配下一轮载荷，理论上第二天便可再次搭载火箭升空。这样的发射方式可大大降低从地面发射火箭的高燃料成本。[2]

　　Stratolaunch航线概念图
　　图片来源：http://www.stratolaunch.com/
　　保罗·艾伦于2011年创立了Stratolaunch，希望通过空中发射平台让空间探索更加便捷。Stratolaunch将架起地面与近地轨道的桥梁，为业界、政府、慈善机构提供大量空间数据，推动科技发展。[3]
　　和地面发射火箭相比，空射火箭避开了地表浓密的大气层，进入轨道所需的推力大大减少，节约了燃料。空射火箭不需要复杂的发射场设备，许多地理位置、天气、空中管制与海洋活动的限制也不复存在，因而降低了发射风险与成本。另外，研究空射火箭技术还具有巨大的军事价值。（补充阅读：空射火箭vs地面发射火箭：https://en.wikipedia.org/wiki/Air_launch_to_orbit）。[4][5]

　　Stratolaunch模型图
　　图片来源：http://www.stratolaunch.com/
　　技术资料
　　翼展 117米
　　身长 72米
　　尾翼高度 15米
　　起飞重量 580 吨
　　推进 6架普惠（Pratt & Whitney）PW4056喷气引擎，推力205–296千牛（波音747同款）
　　双机身 右舷用于载人，左舷承载飞行数据系统
　　续航 3700 公里，一次可将多个载荷送进拥有不同半径与倾角的轨道
　　起飞滑跑距离 3.66千米，可从大型机场或肯尼迪航天中心等航天港起飞。[6] [7]
　　Stratolaunch双机身的设计类似于保罗·艾伦先前投资的、由缩尺复合材料公司（Scaled Composites）开发的“白骑士”二号（White Knight Two）。拥有大展弦比【注】的上单翼【注】装合在配合与集成系统（Mating and Integration System）上。该系统由Dynetics公司开发，可支撑230吨的重量。两个机身的机尾有各自的水平尾翼和垂直尾翼，并不相连，从而在中间留下足够的载荷空间，降低了飞行干扰。每边三个喷气引擎由挂架（Pylon）固定在机翼上。驾驶舱位于右舷。[8]
　　名词解释
　　展弦比：展弦比即机翼翼展和平均几何弦之比。展弦比增大时，机翼的诱导阻力会降低，从而可以提高飞机的机动性和增加亚音速航程，但波阻就会增加，以致会影响飞机的超音速飞行性能，适合亚音速飞机。展弦比大的机翼机翼产生的升力也大，因而能减小飞机的起飞和降落滑跑距离。[9]
　　上单翼：上单翼是置于机身顶部的机翼布局形式，多用于军用运输机[10][11]。

　　缩尺复合材料公司开发的白骑士二号，此架飞机被维珍银河公司（Virgin Galactic）买下，用于亚轨道飞行
　　图片来源：Wikicommons
　　为了减少研发成本，Stratolaunch大量借鉴了波音747-400的设计，包括引擎、航空电子设备、甲板、起落架等等。Stratolaunch买下了两架前美联航波音747-400飞机（序列号：28715和28716）并在莫哈韦航空基地将它们解体拆用。
　　各型号飞机翼展比较

　　莱特兄弟早年的飞机甚至不能一次性从Stratolaunch一侧飞行到另一侧[12]
　　图片来源：Wikicommons
　　空射运载火箭的理念，现在已经不算时髦。1960 年1 月 23 日，美国首次使用一架改装过的 NB-52 “平流层堡垒”号轰炸机（NB-52 Stratofortress bomber），在大西洋上空的平流层发射了一枚X-15高超音速火箭动力试验机（North American X-15）。[13] 洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）生产的 L-1011“观星者”号宽体喷气式运输机（L-1011 Stargazer）也被改造成空射火箭发射平台，于1994年处女飞[14]。[15][16]

　　NASA的NB-52B母舰机正带着X-15超高音速飞机冲破大气层，T-38A超音速教练机（T-38A Talon chase plane）尾随着保驾护航
　　图片来源：USAF/Wikicommons

　　轨道ATK公司（Orbital ATK ）的“观星者”号运输机正携带着飞马座火箭滑行
　　图片来源：NASA/Randy Beaudoin/Wikicommons
　　然而，NB-52和L-1011这样的“大块头”已经达到了目前单体飞机的体积极限，尽管它们是巨型运输机，也只能携带23吨的载荷。于是，用双体飞机空射火箭的概念应运而生，第一个成果便是“白骑士”一号（White Knight），是之前提到的“白骑士”二号的前身。2004年，它作为母舰机，将伯特·鲁坦的缩尺复合材料公司研发的“太空船一号”（SpaceShipOne）发射到亚轨道并试飞成功。值得注意的是，“太空船一号”项目由保罗·艾伦一人投资，是史上第一个私人资助的空间项目。

　　 2004年发射“太空船一号”进入亚轨道飞行的“白骑士”号喷气动力母舰机
　　图片来源：Wikicommons

　　“太空船一号”太空飞机
　　图片来源：Wikicommons

　　“白骑士”号与“太空船一号”合体（进化）
　　图片来源：Wikicommons

　　保罗·艾伦与伯特·鲁坦合作开发的“太空船一号”2004年完成了史上第一个私人资助的载人空间飞行，赢得了安萨里X奖（Ansari X Prize）与一千万美金。[17] 该照片从左至右依次是：飞行员Brian Binnie，保罗·艾伦与伯特·鲁坦，他们身后是“白骑士”号。
　　图片来源：Vulcan Inc
　　2011年，眼看着NASA航天飞机计划（Space Shuttle Program）被迫终止，重返月球计划的星座计划也已搁置（Constellation program），保罗·艾伦不由得感叹美国政府对于航天探索的野心与投入正在衰退，同时也敏锐的察觉到私人航天的时代到来了。2011年12月13日，保罗·艾伦宣布Stratolaunch系统公司正式成立，希望通过廉价与随需应变的业务改变人们对空间旅行的理解。[18][19]
　　随着Stratolaunch开发告一段落，保罗·艾伦将要面临来自美国航天界的激烈竞争。对手中的私人公司包括：已实现火箭回收再利用的埃隆·马斯克与他的SpaceX，维珍集团创始人理查德·布兰森（Richard Branson）的维珍银河，和亚马逊CEO杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）的蓝色起源（Blue Origins）。此外，他还不能忽视传统火箭发射在航天界的地位。由洛克希德·马丁公司和波音公司各出资50%成立的美国联合发射联盟（United Launch Alliance）已为美国空军与NASA发射了10年的传统火箭；俄国与欧洲太空总署（European Space Agency）也将用传统办法继续为一些国家执行发射任务。
　　值得庆幸的是，保罗·艾伦的Stratolaunch似乎是定位最好的一个。由飞机发射火箭大大降低了风险与成本，在使用频率上也将胜过SpaceX。Stratolaunch自始至终由保罗·艾伦一人投资，他150亿美元的身价使Stratolaunch不必担心项目失败可能导致的破产，也不用与政府周旋以求得资金。[20]

　　人类的未来就靠这些有钱的老头了！[21]
　　图片来源：网络
　　参考文献：

　　[1][2][20] https://www.forbes.com/sites/danielreed/2017/06/02/a-high-flyer-or-an-ego-driven-indulgence-paul-allens-stratolauncher-is-no-spruce-goose/2/
　　[3][4][6] http://www.stratolaunch.com/
　　[5][16][21] http://www.pingwest.com/paul-allen-stratolaunch-can-launch-3-rockets-in-1-take-off/
　　[7][18] https://www.universetoday.com/91737/revolutionary-air-launched-commercial-rocket-to-orbit-announced-by-microsoft-billionaire-paul-allen/
　　[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Scaled_Composites_Stratolaunch
　　[9] http://baike.baidu.com/item/展弦比/6605645?fr=aladdin
　　[10] http://baike.baidu.com/item/上单翼/7419032?fr=aladdin
　　[11] https://www.zhihu.com/question/23970648?from=profile_question_card
　　[12] http://www.thewrightbrothers.org/fivefirstflights.html
　　[13] https://www.nasa.gov/centers/dryden/news/X-Press/50th_anniversary/top_20_projects/nb-52b.html
　　[14] https://en.wikipedia.org/wiki/Stargazer_(aircraft)
　　[15] http://jalopnik.com/why-motherships-are-making-a-big-comeback-for-sending-t-1724486569
　　[17][19] https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Allen