杜斌

世界上的航天與軍事大國(guó)都在競(jìng)相開(kāi)展空天飛行器的研究。

那么，這種被稱為“下一代航天飛機(jī)”的高科技飛行器到底是怎么回事？

中國(guó)人習(xí)慣將頭頂上這片無(wú)邊無(wú)際的蒼穹稱作“天空”，但從科學(xué)的角度看，我們通常所說(shuō)的“天空”，包括了“天”和“空”兩個(gè)范疇?！翱铡?，是指地球表面以上的大氣層空間，而“天”，則是指地球大氣層以外的宇宙空間，也可以稱為外層空間或太空。所以，航空與航天是有區(qū)別的，是兩個(gè)不同的領(lǐng)域。

比如，各式各樣的飛機(jī)、熱氣球、充氣飛艇等等，是航空器。運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星，乃至深空探測(cè)器，則是航天器。

前蘇聯(lián)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基有一句充滿理想主義色彩的名言：“地球是人類(lèi)的搖籃，但人類(lèi)不能永遠(yuǎn)活在搖籃里?！笨梢哉f(shuō)，飛向太空，是人類(lèi)文明發(fā)展的必然。20世紀(jì)初，正是齊奧爾科夫斯基的科學(xué)研究，為人類(lèi)飛離地球進(jìn)入宇宙空間提供了具體的理論支持。空天飛行的夢(mèng)想之樹(shù)，正是由航空和航天兩條腿共同支撐起來(lái)的。

1903，一切開(kāi)始

也許是歷史的一種可愛(ài)的機(jī)緣，人類(lèi)的航空和航天事業(yè)，都是從1903年才開(kāi)始的。這一年，萊特兄弟制造出人類(lèi)第一架動(dòng)力飛機(jī)，讓人類(lèi)首次實(shí)現(xiàn)動(dòng)力飛行，齊奧爾科夫斯基發(fā)表了世界上第一部航天技術(shù)理論著作《利用噴氣工具研究宇宙空間》，為研究火箭和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)奠定了理論基礎(chǔ)。在這之后，這位耳聾的中學(xué)數(shù)學(xué)教師將一生都奉獻(xiàn)給了航天理論研究，并取得了巨大成就，他也因此被尊為“宇航之父”。

在齊奧爾科夫斯基、赫爾曼·奧伯特、羅伯特·哥達(dá)德、馮·布勞恩和科·羅廖夫等現(xiàn)代火箭/航天先驅(qū)們偉大貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，人類(lèi)才真正開(kāi)始了“飛天之旅”。隨著運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、載人飛船等的出現(xiàn)，人類(lèi)開(kāi)始了對(duì)太空的探索研究，逐步認(rèn)識(shí)到，太空蘊(yùn)含的資源潛能，可以為人類(lèi)提供許多發(fā)展機(jī)會(huì)，包括對(duì)地觀測(cè)、通訊導(dǎo)航、材料加工、生物技術(shù)、太空醫(yī)學(xué)以及軍事應(yīng)用等等。

二戰(zhàn)之前，西方各國(guó)政府就已經(jīng)意識(shí)到了航天技術(shù)的重要潛力，紛紛開(kāi)始在這一領(lǐng)域進(jìn)行投資。而空天飛行器，則體現(xiàn)了航空和航天技術(shù)的融合。

開(kāi)啟空天時(shí)代

人類(lèi)發(fā)明飛機(jī)以來(lái)的一百年，航空技術(shù)的發(fā)展可謂是突飛猛進(jìn)，一步不停。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明，以及各種先進(jìn)外形的飛機(jī)也使得航空活動(dòng)達(dá)到了前所未有的活躍期。當(dāng)然，人們也意識(shí)到，航空活動(dòng)只能在大氣層內(nèi)，而航天活動(dòng)只能在外太空，中間存在著一個(gè)“斷層”。隨著人類(lèi)航空與航天活動(dòng)日益增長(zhǎng)的需求，航空技術(shù)與航天的融合成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

空天飛行器（或者叫空天飛機(jī)），是在吸收航空飛行器和航天飛行器兩者優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的新型飛行器，是航空航天技術(shù)高度融合的產(chǎn)物。它可以像普通飛機(jī)一樣起飛，可以在大氣層內(nèi)高超音速飛行，最終加速進(jìn)入地球軌道執(zhí)行空間任務(wù)，返回大氣層后，可像飛機(jī)一樣在機(jī)場(chǎng)著陸，使用起來(lái)非常的靈活便捷。眾所周知，由于運(yùn)載火箭是一次性使用，且造價(jià)非常昂貴，因此也就造成了當(dāng)前的航天發(fā)射費(fèi)用高居不下，可重復(fù)使用便是降低發(fā)射成本的一條可行有效的途徑。

可重復(fù)使用的空天飛行器能夠自由往返于天地之間，可以把各種衛(wèi)星載荷送入地球軌道，也可以向空間站運(yùn)送各種物資或接回宇航員，通過(guò)多次重復(fù)使用從而使發(fā)射費(fèi)用大幅降低。更重要的是，它還可以執(zhí)行諸如攔截、偵察、遠(yuǎn)程打擊以及進(jìn)入空間實(shí)施空間對(duì)抗等各種軍事任務(wù)。因此，世界上的航天與軍事大國(guó)都在競(jìng)相開(kāi)展空天飛行器的研究。

大國(guó)逐鹿空天

你可能想不到，第一個(gè)研制空天飛行器，并取得了一定成果的國(guó)家，是納粹德國(guó)。二戰(zhàn)爆發(fā)前，德國(guó)已經(jīng)開(kāi)始研制代號(hào)“銀鳥(niǎo)”的空天轟炸機(jī)。科研水平由于超前其他國(guó)家至少50年，而被贊譽(yù)為“德國(guó)末日科技的最高杰作”，其研究成果在戰(zhàn)后被美蘇等國(guó)利用。

美國(guó)在上世紀(jì)60年代開(kāi)展了空天飛行器的探索性試驗(yàn)研究工作，是空天飛行器研究時(shí)間最長(zhǎng)也最為系統(tǒng)的國(guó)家。1986年美國(guó)實(shí)施了國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃（NASP），意圖發(fā)展一種水平起降單級(jí)入軌空天飛機(jī)，相對(duì)于傳統(tǒng)的運(yùn)載火箭可大幅度降低航天發(fā)射的成本，能夠徹底且革命性的改變航天運(yùn)輸?shù)臓顩r。但由于技術(shù)、資金等多方面原因，該計(jì)劃最終下馬。汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，2001年美國(guó)提出了國(guó)家航空航天倡議（NAI），協(xié)調(diào)有序的發(fā)展高速/高超聲速技術(shù)、太空進(jìn)入技術(shù)和空間技術(shù)。目前，美國(guó)正在NAI的規(guī)劃下開(kāi)展相關(guān)的技術(shù)研究，為發(fā)展空天飛行器提供技術(shù)支撐。

2010年，美國(guó)的X37-B空天飛機(jī)第一次成功試飛。它由火箭發(fā)射升空。在太空遨游了7個(gè)月后，自主重返大氣層，于當(dāng)年12月3日著陸。

此外，美國(guó)空軍近年來(lái)提出了采用火箭動(dòng)力的XS-1亞軌道飛行器；民間方面，Space-X公司正在進(jìn)行可重復(fù)使用的垂直起降火箭的探索研究。

德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家自上世紀(jì)80年代以來(lái)，也都開(kāi)展了大量的空天飛行器研究。在美國(guó)提出NASP計(jì)劃的同期，德國(guó)于1986年開(kāi)展了“桑格爾”（Sanger）兩級(jí)入軌空天飛行器研究；英國(guó)近些年發(fā)展的“云霄塔”（SKYLON）空天飛行器是世界上最為著名也是唯一在研的單級(jí)入軌空天飛行器。近期英國(guó)公布了Skylon的研究進(jìn)展，所采用的“佩刀”發(fā)動(dòng)機(jī)（Sabre）的預(yù)冷器技術(shù)已取得重大突破，計(jì)劃2019年開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，2024年實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

由于空天飛行器蘊(yùn)含著巨大的民用價(jià)值與潛在的軍事用途，美歐等國(guó)家已經(jīng)持續(xù)開(kāi)展了半個(gè)世紀(jì)的技術(shù)研究。然而，由于其大空域、寬速域的飛行，包含著航空與航天領(lǐng)域最前沿的科學(xué)技術(shù)，復(fù)雜程度高、難度大，許多機(jī)理人類(lèi)至今未認(rèn)識(shí)清楚，所以目前世界上還沒(méi)有研制成功一款真正意義上的空天飛行器。

近些年，隨著我國(guó)航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，高頻次、大規(guī)模的航天發(fā)射任務(wù)需求越來(lái)越強(qiáng)烈，作為新一代的航空航天運(yùn)載工具，空天飛行器無(wú)疑是首選目標(biāo)。目前，中國(guó)航天科技集團(tuán)主要研究火箭動(dòng)力空天飛機(jī)，中國(guó)航天科工集團(tuán)主要研究組合動(dòng)力空天飛機(jī)，即噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)兩兩相配合。

注：?jiǎn)渭?jí)入軌，指依靠單一的飛行器，實(shí)現(xiàn)從地面起飛至地球軌道。

兩級(jí)入軌，指依靠?jī)蓚€(gè)飛行器，采用背馱方式，地面起飛后飛行至一定的高度與速度，第一級(jí)飛行器與第二級(jí)飛行器分離，分離后第一級(jí)飛行器返回地面，第二級(jí)飛行器將繼續(xù)飛行進(jìn)入地球軌道。

責(zé)任編輯：尹俊國(guó)