□ 邢強

“追夢者”追隨夢想 大步前行

□ 邢強

“追夢者”與上一代航天飛機

2017年1月下旬，美國私人航天公司內(nèi)華達山脈公司的被稱為“新一代航天飛機”的“追夢者”空天飛行器被運往位于美軍加利福尼亞州愛德華茲空軍基地的NASA阿姆斯特朗飛行研究中心進行系統(tǒng)測試。這個標志性的事件宣告了后航天飛機時代，一種類似小型航天飛機的設(shè)計開始回歸。

那么，“追夢者”是怎樣的一種飛行器？其總體設(shè)計理念甚至大量設(shè)計細節(jié)是如何得益于冷戰(zhàn)時期的空天戰(zhàn)斗機概念的？未來，這樣的飛行器又會以什么樣的方式影響我們的生活呢？

冷戰(zhàn)時代的大膽設(shè)想

為了追本溯源，找到“追夢者”的技術(shù)來源，我將和你一同回到那個太空探索剛剛萌芽但卻又充滿激情的冷戰(zhàn)時代。

1957年10月24日，美國空軍和波音公司正式提出了X-20空天戰(zhàn)斗機的計劃。該計劃要研制一種由洲際彈道導彈以垂直的姿態(tài)發(fā)射到太空，并且能夠在太空執(zhí)行完偵察、戰(zhàn)斗、維護或者摧毀衛(wèi)星、攔截空間飛行器等任務(wù)后，安全返回地面，水平降落在軍用機場跑道上的飛行器。這種飛行器能夠在大氣層外執(zhí)行任務(wù)，而其本身具有的高超聲速飛行的特點使其在大氣層內(nèi)極難被傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機所攔截，而且能滑翔很遠的距離。聽起來很像是二戰(zhàn)期間，德國設(shè)計的名為“銀鳥”的超遠程轟炸機的概念。

瓦爾特·多恩伯格是現(xiàn)代火箭武器的開拓者之一。他畢業(yè)于柏林工業(yè)大學，后來進入庫默斯多夫?qū)嶒炇已兄苹鸺?。二?zhàn)期間被調(diào)入佩內(nèi)明德，成為V-1導彈和V-2導彈的核心研發(fā)人員。1945年，被盟軍俘虜后，囚禁在英國監(jiān)獄。1947年，美國設(shè)法將其從英國帶出，并直接帶到美國空軍的實驗室參與研究工作。1950年起，開始擔任貝爾公司高級顧問，后任X-20空天戰(zhàn)斗機驗證機首席科學家。后來，他得以返回德國老家。

在多恩伯格以及其他工程師的呼吁下，冷戰(zhàn)時期，美國空軍與波音公司共同提出了用大力神洲際彈道導彈與X-20空天戰(zhàn)斗機相結(jié)合的運載方案。波音的團隊對X-20飛行器做亞軌道飛行甚至是在近地軌道上執(zhí)行任務(wù)都顯得信心滿滿。

在鐵幕的另一面，蘇聯(lián)對空天戰(zhàn)件的爆發(fā)而逐漸被歷史的塵埃所掩埋。如今，米格-105原型機靜靜地停放在莫斯特東郊的莫尼諾機場附近的空軍博物館（這個博物館距離莫斯科市區(qū)40千米，是目前世界上最大的飛行器博物館。）

美國空軍與波音合作的X-20空天戰(zhàn)斗機驗證機項目則早在1963年就因為要給“雙子座”載人飛船項目騰挪人力和物力而在花費了相當于今天的51.6億美元的經(jīng)費后，戛然而止。

①頭戴禮帽，左手拿煙，右手插兜，淡定微笑的多恩伯格與左手打著石膏的馮·布勞恩一起，給人們留下了深刻的印象，同時也預示了戰(zhàn)后德國工程技術(shù)人員開始大量向英國和美國輸送的現(xiàn)實

②蘇聯(lián)BOR-4空天飛行器

③愛德華茲空軍基地，一座HL-10的雕塑傲然挺立，訴說著過去的榮耀與探索

④如今，米格-105原型機靜靜地停放在莫斯特東郊的莫尼諾機場附近的空軍博物館

升力體技術(shù)日趨成熟

雖然X-20項目在1963年中止了，但是其相關(guān)技術(shù)依然在發(fā)展，并未受到實質(zhì)影響。存放在波音公司的總裝廠房內(nèi)的X-20原型機依然在訴說著人類對空天飛行器進行早期探索的那些故事。

實際上，空天戰(zhàn)斗機計劃背后還真的有德國工程師在力推。其中一個重要的工程師就是瓦爾特·多恩伯格。他與馮·布勞恩等德國工程師在二戰(zhàn)末期一同被盟軍俘虜。在那張著名的歷史照片中，頭戴禮帽、左手拿煙、右手插兜、淡定微笑的多恩伯格與左手打著石膏的馮·布勞恩一起，給人們留下了深刻的印象，同時也預示了戰(zhàn)后德國工程技術(shù)人員開始大量向英國和美國輸送的現(xiàn)實。斗機的概念也進行了大量研究。在被蘇聯(lián)人尊稱為“暴風雪航天飛機之父”的洛季諾-洛津斯基博士的組織下，蘇聯(lián)進行了BOR系列項目。這些項目大部分不太為人所知，不過有兩大型號一定能夠引起很多人的回憶：“螺旋”空天戰(zhàn)斗機與“暴風雪”號航天飛機。

不過，有些令人惋惜的是，蘇聯(lián)的BOR項目和代號為“螺旋”的米格-105空天戰(zhàn)斗機項目隨著重大事

就在美國空軍中止了X-20項目的同一年，美國航宇局（NASA）開始認真提出升力體的概念，并且開始做出比X-20驗證機更加大膽的設(shè)計。升力體的基本設(shè)計理念就是飛翼的另一個極端：飛翼為了追求亞聲速飛行狀態(tài)下的阻力最小化，采用了省略尾翼并且把機身的主要部分隱藏在厚厚的機翼內(nèi)的設(shè)計，而升力體的設(shè)計則針對高超聲速的飛行狀態(tài)。此時足夠高的速度使得機身本身可以產(chǎn)生足夠的升力，因此干脆就不用機翼了（或者機翼退化為機身向外延伸的穩(wěn)定翼）。不過，受技術(shù)條件的限制，當年的升力體驗證機大多飛行在亞聲速狀態(tài)。如何在不同飛行狀態(tài)下進行氣動數(shù)據(jù)的驗證，則是后話了。

1963年 至1966年，NASA的M2-F1升力體驗證飛行器進行了大量測試飛行。1963年8月16日M2-F1升力體首飛成功。一架C-47運輸機通過纜繩拖拽著這架升力體晃晃悠悠地飛上了天空。M2-F1飛行器沒有一點點機翼，完全靠機身來產(chǎn)生升力。該機的機身擁有鼓脹飽滿的肚子、圓潤的曲線、短小的穩(wěn)定翼，再加上“憑空消失”的機翼，很多人很難想象這個東西能飛。不過，NASA還是憑借著一份執(zhí)著心（當然也不能忽視那架老C-47立下的汗馬功勞），讓升力體由紙上的概念變?yōu)榱苏鎸嵈嬖诘娘w行器。

另外，秉承“不能把所有的雞蛋放在同一個籃子里”的理念，精明且一心要把事情做成的NASA在X-20項目中止的同一年（1963年），又開始委托諾斯羅普公司為其生產(chǎn)HL-10飛行器。3年后，到了1966年12月22日，HL-10飛行器就實現(xiàn)了在大氣層內(nèi)的首飛。

一張在1968年11月30日拍攝的唯美的照片記錄下了那個精彩的瞬間。NASA的工程師約翰·里弗斯埋頭檢查HL-10飛行器的駕駛艙，而HL-10的試飛員戴納則抬頭向上看。此時，一架NASA的NB-52B試驗用機恰好轟鳴著8臺渦噴發(fā)動機呼嘯而過，而這架飛機正是HL-10飛行器的母機。這是一個不錯的隱喻，望向天空甚至是太空的試飛員，與HL-10飛行器一起，看到了升力體式空天飛行器的未來。

截 止 到1970年7月17日，HL-10飛行器共進行了37次飛行，積累了大量珍貴的數(shù)據(jù)。

到了上世紀70年代初，NASA又與諾斯羅普一起，合作研制了M2-F3升力體驗證機。

同一時期，NASA與馬丁·瑪麗埃塔公司（該公司在1995年與洛克希德公司合并，成為了今天廣為人知的洛克希德·馬丁公司）合作，研發(fā)了X-24驗證機，同樣也是升力體布局。X-24升力體驗證由火箭發(fā)動機推動，在B-52母機釋放后，從其下方呼嘯飛行向前。

在1969年至1975年間，X-24驗證機的大量試飛活動也積累了不少數(shù)據(jù)。就這樣，從上世紀60年代到上世紀70年代，升力體的氣動研究日漸成熟。常駐愛德華茲空軍基地的3款驗證機：馬丁·瑪麗埃塔公司的X-24A、諾斯羅普公司的M2-F3和HL-10為升力體飛行器的工程化奠定了較為堅實的基礎(chǔ)。

一張在1968年11月30日拍攝的唯美的照片記錄下了那個精彩的瞬間。NASA的工程師約翰·里弗斯埋頭檢查HL-10飛行器的駕駛艙，而HL-10的試飛員戴納則抬頭向上看。此時，一架NASA的NB-52B試驗用機恰好轟鳴著8臺渦噴發(fā)動機呼嘯而過。

沖出大氣層！

上世紀80年代，蘇聯(lián)搶先發(fā)力，其BOR-4空天驗證飛行器在1980年12月5日實現(xiàn)了升力體飛行器的首次亞軌道飛行。1982年6月4日，BOR-4空天飛行器進行了漂亮的軌道飛行之后，濺落在印度洋預定海域，執(zhí)行了升力體飛行器的首次在軌任務(wù)。1983年3月15日，BOR-4空天飛行器又完成了一次軌道飛行，同樣以升力體形式返回，并濺落在印度洋海域。1983年12月27日和1984年12月19日，BOR-4又各自完成了一次軌道飛行任務(wù)，并濺落在黑海海域。不甘落后的NASA則推出了HL-20升力體空天飛行器的計劃，并趕在1990年10月造出了原理樣機（長得和BOR-4很像）。不過，該計劃最終還是中止了，沒能像蘇聯(lián)那樣真正到太空飛一飛。

追夢者，追逐夢想

幾十年的技術(shù)積累，給后來人提供了追逐夢想的有力支撐。多年來，來自當年愛德華茲空軍基地的測試飛行報告中有關(guān)升力體飛行器的試驗數(shù)據(jù)（升阻比、升力系數(shù)、阻力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)）已經(jīng)足以產(chǎn)生成熟的升力體空氣動力學理論。與升力體相關(guān)的姿態(tài)控制算法已經(jīng)在多款驗證飛行器上得到了驗證。而與之相關(guān)的先進材料，則早在X-20空天戰(zhàn)斗機驗證機上就得到了開發(fā)。

其中一種先進材料便是傳說中的Rene 41超級合金。這種超級合金來源于X-20項目。為了防止再入大氣的熱量燒毀機身，X-20的機身框架采用了Rene 41超級合金包裹多層鉬箔的方案。本質(zhì)上說，Rene 41超級合金是一種鎳鉻合金。其中，主要成分為鎳，另有20%的鉻、10.5%的鉬、12%的鈷、5%的鐵、3.3%的鈦、1.8%的鋁，還有少量的錳、銅、硅和硫。這種鎳基合金能夠在高達982℃的溫度中保持結(jié)構(gòu)強度。

“追夢者”與空間站對接示意圖，注意，旁邊還有一艘進步號貨運飛船

隨著2011年航天飛機的正式退役，升力體式空天飛行器終于等來了它的機會。與她的X-24A前輩一樣，“追夢者”的機身也是在馬丁公司的廠房中誕生的，不過此時的公司名，已經(jīng)叫做洛克希德·馬丁了。

“追夢者”的個頭兒比較小，總長9米多，翼展7米，總重11噸，能夠被一輛皮卡輕松拖動。不過，別看這個家伙個頭兒小，它可是同樣能夠把7個人送入太空呢（與37.24米長的航天飛機的載客量相同）。

現(xiàn)在，“追夢者”已經(jīng)在內(nèi)華達山脈公司的車間完成了總裝。在“追夢者”的尾部左右兩側(cè)，是兩臺火箭發(fā)動機的噴口。“追夢者”采用了先進的固液混合火箭發(fā)動機，其具體燃料為液態(tài)一氧化二氮與端羥基聚丁二烯HTPB?！白穳粽摺钡奈膊恐虚g有個巨大的艙門。該艙門可連接標準對接口，用于在太空中進出貨物和人員。

值得一提的是，“追夢者”不僅僅其名字本身有追逐夢想之意，連對其進行最終測試的地點也別有深意。當2017年1月下旬，一輛卡車載著“追夢者”來到愛德華茲空軍基地時，一個升力體驗證機的雕塑赫然在目，沉靜又端莊地矗立在愛德華茲空軍基地的測試基地的大門旁邊。

如果有好事者離近一些細看的話，會發(fā)現(xiàn)，那原來是一架HL-10！愛德華茲空軍基地用這樣的方式來表達它的喜悅之情?！白穳粽摺钡某霈F(xiàn)終于使得當年的一大堆驗證機得來的數(shù)據(jù)有了繼航天飛機之后的新的用武之地。另外，特別值得一提的是用于對“追夢者”進行上天前的最終測試的那座廠房就是當年“企業(yè)”號航天飛機進行測試的地方。“追夢者”的測試活動讓該廠房在航天飛機退役后再次煥發(fā)了生機。

設(shè)想一下“追夢者”未來執(zhí)行任務(wù)的場景：

“追夢者”被安置在“宇宙神”V運載火箭的頂端，準備發(fā)射。“宇宙神”V火箭點火，將“追夢者”送入高空。 “追夢者”的固液混合火箭發(fā)動機開始工作，將飛行器送入太空?！白穳粽摺蓖ㄟ^遍布周身的多臺姿控發(fā)動機來調(diào)整姿態(tài)。然后，“追夢者”尾部中間的對接口在太空完成對衛(wèi)星、空間站等飛行器的自動對接。最后，完成任務(wù)的“追夢者”再入大氣，按照升力體飛行原理，安全返回地面，降落在指定的機場跑道上。

在內(nèi)華達山脈公司提供的“追夢者”與國際空間站對接的示意圖上，調(diào)皮的藝術(shù)家讓“追夢者”旁邊恰好出現(xiàn)了一艘俄羅斯的“進步”號無人貨運飛船。該飛船此時也正對接在空間站上，與“追夢者”形成了比較鮮明的對比。按照設(shè)計，“追夢者”可以一次給國際空間站運來5噸貨物，這可比“進步”號2.35噸的運載能力大多了。

“追夢者”帶著X-20、米格-105、BOR-3、BOR-4、HL-10、X-24、HL-20等大量驗證飛行器的夢想，繼承了幾十年來人類對升力體和空天飛行器的研究成果，即將開啟追逐商業(yè)航天、個人航天與全球星際探索的夢想。未來美國私人航天空天運輸系統(tǒng)的三大主力將會是這樣的：波音公司的CST-100飛船、內(nèi)華達山脈公司的“追夢者”和SpaceX公司的“龍”飛船+“獵鷹”火箭組合。

如果順利的話，“追夢者”在2019年前具備執(zhí)行任務(wù)條件，那么在2024年之前，它會擁有至少6次為國際空間站運送貨物的機會。按照原設(shè)計，“追夢者”不僅能用宇宙神火箭發(fā)射，還能夠搭乘“阿里安”5、“獵鷹”重型火箭進入太空，這樣將減輕對單一火箭型號的依賴。另外，“追夢者”有折疊翼設(shè)計概念。通過這種設(shè)計，它可以把自己蜷縮到一個直徑為5米的標準整流罩中。這樣，會有更多的運載火箭能夠與之匹配成功。

這樣的飛行器能否將熱愛太空的我們也送上去看一看呢？今后，如果空天飛行器能夠得到廣泛應(yīng)用，那么大家進入太空的成本有望大幅降低，會有更多的人有機會體驗在太空飛行的感覺。

在“追夢者”即將起航之際，祝福熱愛太空探索的人們都能快樂且堅定地奔跑在追逐夢想的路上！★