可重复使用飞行器： 让你坐民航一样往返天地

　　未来中国空天飞机想象图

　　从发展理念上讲，X-37B就是传统航天飞机的无人升级版
　　从技术发展程度来看，可重复使用火箭只是第一步。长远发展目标是研发出能让人快速、廉价、可靠地进出空间的可重复使用的飞行器。
　　土豪埃隆·马斯克最近省钱省出了新高度。6月初，他的美国太空探索技术公司（SpaceX）首次将一艘重复使用的龙飞船送入太空。这是该公司在实现“猎鹰9号”火箭重复使用后，在节约航天成本道路上迈出的又一步。
　　1957年10月4日,前苏联用“卫星”号运载火箭，把世界上第一颗人造地球卫星送入太空，开创了人类的航天纪元。
　　经过60年发展，“举国之力发火箭”的时代已经过去。在力保安全前提下，降低进入空间的成本成了越来越多人关注的话题。相比一次性的火箭和飞船，发展可重复使用的天地往返运输系统，已成为让航天活动更经济、便捷的新途径。
　　火箭重复使用十次最划算
　　SpaceX的这艘龙飞船曾于2014年9月前往国际空间站执行任务，34天后返回地球。SpaceX对其加压舱中的一些部件进行了翻修和更换，并替换了非加压舱部分。
　　记者了解到，飞船在发射及返回过程中要经历空间辐射、强震动、高温灼烧及海水浸泡等一系列考验。此前只有美国的航天飞机和前苏联的VA飞船等少数航天器，执行过两次以上的轨道飞行任务。
　　这次发射龙飞船的“猎鹰9号”火箭也再次成功回收。对此SpaceX“傲娇”地表示“习以为常”。
　　该公司曾宣称，“猎鹰九号”火箭第一级重复使用一次，可使发射成本降低30%，重复使用十次则能降低80%左右。据专家计算，十次是火箭重复使用的最佳平衡点，使用次数更少做不到物尽其用，更多则反而增加维修成本和风险。
　　我国加紧研制“二手”火箭和飞船
　　近日，我国首次公布了正在进行的可重复使用运载火箭技术方案。
　　中国航天科技集团公司一院科技委主任鲁宇在最近召开的2017年全球航天探索大会上透露，我国正在开展可重复使用运载火箭技术研究，包括垂直起降方案和伞降方案。目前两个方案均已完成部分试验验证，一些关键技术已经取得突破，但最终方案尚未确定。
　　航天科技集团科技委副主任谭永华曾向记者介绍，我国在可重复使用火箭方面已有大量技术储备，初步具备开展工程研究的条件。我国新一代运载火箭所用的新型液体火箭发动机已具备一定重复使用能力。
　　航天科技集团五院载人飞船系统总设计师张柏楠在今年两会期间透露，正在研究论证中的我国新一代载人飞船，将满足载人登月和近地运输、载人运输和货物运输等多种用途，具备可重复使用的特点。
　　从国外在研新型载人飞船来看，大多数采用传统的火箭发射和降落伞回收模式。记者了解到，2015年，航天科技集团五院508所在我国北疆地区完成了特大型群伞系统空投试验，标志着我国大型群伞系统关键技术取得突破。
　　2016年长征七号运载火箭首飞时，搭载了新一代飞船多用途缩比返回舱。张柏楠说，缩比返回舱主要是论证新一代飞船的外形及重复使用的技术。他表示，在未来激烈的国际市场竞争中，我国新一代载人飞船要想更广泛地运用形成产业，必须降低成本。
　　空天飞机成降低成本“新神器”
　　谭永华认为，从技术发展程度来看，可重复使用火箭只是第一步。长远发展目标是研发出能让人快速、廉价、可靠地进出空间的可重复使用飞行器。
　　美国航天飞机无疑是可重复使用飞行器中重要的一员。航天专家、《国际太空》杂志社执行总编庞之浩介绍，航天飞机研制之初，人们对它充满了期待，认为它功能强大、发射成本低、发射间隔短，而且更加安全舒适。为此美国甚至关停了运载火箭生产线。
　　事实证明，航天飞机确实功能强大，能将一些无法用火箭发射的航天器送上太空，还先后5次在轨维修了价值连城的哈勃空间望远镜。然而其使用成本却让人大跌眼镜。庞之浩说，按照预想，航天飞机的轨道器可重复使用100次，轨道器主发动机可用50次，固体助推火箭可用20次，人们由此推算其每次发射费用只需3000万美元。实际上航天飞机每次发射费用高达4至5亿美元，庞杂的维护工作也降低了发射效率，加上难以排除的安全隐患和两次震惊世界的惨痛事故，最终导致它退出历史舞台。
　　不过，航天飞机的许多技术被沿用下来，除了“猎鹰九号”火箭继承了部分可重复使用技术，备受瞩目的美国X-37B空天飞机，也被称为航天飞机的“升级版”。
　　X-37B是由美国波音公司研制的无人可重复使用太空飞机，既能在地球卫星轨道上飞行、又能进入大气层，最高速度能达到音速的25倍以上。今年5月，执行第4次任务的X-37B在完成718天的在轨飞行后，返回肯尼迪航天中心。不过，X-37B仍需借助火箭发射。美国空军近日宣布，今年晚些时候X-37B将会使用“猎鹰9号”火箭返回太空。
　　中国空天飞机2030年试飞
　　在2017年全球航天探索大会上，中国航天科工集团公司副总经理刘石泉透露了我国“空天飞机”的研制情况。他说，航天科工正在研发水平起降、可重复使用的新一代天地往返飞行器，现已完成发动机等多项关键技术地面试验，取得显著进展。
　　航天科工近年推出的腾云工程，对应空天往返飞行项目，将突破以组合动力、机体/推进一体化技术为代表的核心技术，完善试验设施建设，建成空天飞行器技术综合研究体系。刘石泉在第二届中国商业航天高峰论坛上介绍，空天飞机是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。该飞行器从机场水平起飞，在大气层中加速爬升；到达30至40公里高度时一二级分离，一级水平着陆返回；二级继续爬升进入近地轨道，完成运输任务后再入返回。其具有廉价、安全、便捷、机动等优势。
　　记者了解到，腾云工程计划在2020年完成组合发动机模态转换技术验证飞行试验；2025年完成关键技术攻关；2030年完成两级入轨空天飞行器技术验证试飞。
　　谭永华表示，我国研发的可重复使用飞行器，将把火箭发动机、冲压发动机、航空发动机等不同动力模式集成起来，作为新型组合动力，实现宽速域、跨空域飞行。
　　冲压发动机是在大气层内实现高超音速飞行的理想动力。航空器飞行时，迎面气流在通过进气道过程中将动能转变为压力能，经压缩后的空气进入燃烧室与燃料混合进行等压燃烧，生成的高温燃气在喷管中膨胀加速后，由喷口高速排出产生推力。与火箭要携带大量氧化剂不同，冲压发动机可以使用空气中的氧作为氧化剂，与自身携带的燃烧剂产生化学反应并产生推力，从而实现轻装上阵。
　　据知情人士透露，我国新型冲压发动机研制取得成功，已进入实际应用阶段。早期产品速度大约在3倍音速以下，新型冲压发动机速度可达4.5倍音速，未来产品的速度有望达到7倍甚至10倍音速以上。
　　展望未来，中国航天科技集团一院组合动力飞行器技术研究中心主任刘敏华曾表示，随着组合动力技术的发展应用，人类将能像乘坐客机航班一样起飞并摆脱地球束缚，自由穿梭于空天之间；该技术应用于民航领域后，可实现2至3小时全球到达的商业化航班运营。

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