刑天

2017年1月下旬，美國(guó)私人航天公司內(nèi)華達(dá)山脈公司的“追夢(mèng)者”空天飛行器被運(yùn)往位于美軍加利福尼亞州愛(ài)德華茲空軍基地的NASA阿姆斯特朗飛行研究中心進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。這個(gè)標(biāo)志性的事件宣告了后航天飛機(jī)時(shí)代，一種類似小型航天飛機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)始回歸。

罩在白色保護(hù)罩內(nèi)的“追夢(mèng)者”飛行器籠上了一層神秘感。那么，“追夢(mèng)者”是怎樣的一種飛行器？其總體設(shè)計(jì)理念甚至大量設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)是如何得益于冷戰(zhàn)時(shí)期的空天戰(zhàn)斗機(jī)概念的？未來(lái)，這樣的飛行器又會(huì)以什么樣的方式影響我們的生活呢？

一張?jiān)?968年11月30日拍攝的唯美的照片記錄下了那個(gè)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(shí)，一架NASA的NB-52B試驗(yàn)用機(jī)恰好轟鳴著8臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)呼嘯而過(guò)。?

追夢(mèng)者，追逐夢(mèng)想

幾十年的技術(shù)積累，給后來(lái)人提供了追逐夢(mèng)想的有力支撐。多年來(lái)，來(lái)自當(dāng)年愛(ài)德華茲空軍基地的測(cè)試飛行報(bào)告中有關(guān)升力體飛行器的試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)理論。與升力體相關(guān)的姿態(tài)控制算法已經(jīng)在多款驗(yàn)證飛行器上得到了驗(yàn)證。而與之相關(guān)的先進(jìn)材料，則早在X-20空天戰(zhàn)斗機(jī)驗(yàn)證機(jī)上就得到了開(kāi)發(fā)。

其中一種先進(jìn)材料便是傳說(shuō)中的Rene 41超級(jí)合金。這種超級(jí)合金來(lái)源于X-20項(xiàng)目。為了防止再入大氣的熱量燒毀機(jī)身，X-20的機(jī)身框架采用了Rene 41超級(jí)合金包裹多層鉬箔的方案。本質(zhì)上說(shuō)，Rene 41超級(jí)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(dá)982℃的溫度中保持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

隨著2011年航天飛機(jī)的正式退役，升力體式空天飛行器終于等來(lái)了她的機(jī)會(huì)。與她的X-24A前輩一樣，“追夢(mèng)者”空天飛行器的機(jī)身也是在馬丁公司的廠房中誕生的，不過(guò)此時(shí)的公司名，已經(jīng)叫做洛克希德·馬丁了。

“追夢(mèng)者”空天飛行器的個(gè)頭兒比較小，總長(zhǎng)9米多，翼展7米，總重11噸，能夠被一輛皮卡輕松拖動(dòng)。不過(guò)，別看這個(gè)家伙個(gè)頭兒小，它可是同樣能夠把7個(gè)人送入太空呢（與37.24米長(zhǎng)的航天飛機(jī)的載客量相同）。

現(xiàn)在，“追夢(mèng)者”空天飛行器已經(jīng)在內(nèi)華達(dá)山脈公司的車間完成了總裝。在“追夢(mèng)者”的尾部左右兩側(cè)，是兩臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口?！白穳?mèng)者”采用了先進(jìn)的固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，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?mèng)者”的尾部中間有個(gè)巨大的艙門(mén)。該艙門(mén)可連接標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接口，用于在太空中進(jìn)出貨物和人員。

值得一提的是，“追夢(mèng)者”不僅僅其名字本身有追逐夢(mèng)想之意，連對(duì)其進(jìn)行最終測(cè)試的地點(diǎn)也別有深意。當(dāng)2017年1月下旬，一輛卡車載著“追夢(mèng)者”來(lái)到愛(ài)德華茲空軍基地時(shí)，一個(gè)升力體驗(yàn)證機(jī)的雕塑赫然在目，沉靜又端莊地矗立在愛(ài)德華茲空軍基地的測(cè)試基地的大門(mén)旁邊。

如果有好事者離近一些細(xì)看的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)，那原來(lái)是一架HL-10！愛(ài)德華茲空軍基地用這樣的方式來(lái)表達(dá)它的喜悅之情。“追夢(mèng)者”的出現(xiàn)終于使得當(dāng)年的一大堆驗(yàn)證機(jī)得來(lái)的數(shù)據(jù)有了繼航天飛機(jī)之后的新的用武之地。另外，特別值得一提的是用于對(duì)“追夢(mèng)者”空天飛行器進(jìn)行上天前的最終測(cè)試的那座廠房就是當(dāng)年“企業(yè)”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)行測(cè)試的地方。“追夢(mèng)者”的測(cè)試活動(dòng)讓該廠房在航天飛機(jī)退役后再次煥發(fā)了生機(jī)。

設(shè)想一下“追夢(mèng)者”未來(lái)執(zhí)行任務(wù)的場(chǎng)景：

“追夢(mèng)者”空天飛行器被安置在“宇宙神”V運(yùn)載火箭的頂端，準(zhǔn)備發(fā)射（跟當(dāng)年的X-20項(xiàng)目如出一轍）。然后，“宇宙神”V火箭點(diǎn)火，將“追夢(mèng)者”送入高空。接著，“追夢(mèng)者”的固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，將飛行器送入太空?！白穳?mèng)者”通過(guò)遍布周身的多臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)整姿態(tài)。然后，“追夢(mèng)者”尾部中間的對(duì)接口在太空完成對(duì)衛(wèi)星、空間站等飛行器的自動(dòng)對(duì)接。最后，完成任務(wù)的“追夢(mèng)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(jī)場(chǎng)跑道上。

在內(nèi)華達(dá)山脈公司提供的“追夢(mèng)者”空天飛行器與國(guó)際空間站對(duì)接的示意圖上，調(diào)皮的藝術(shù)家讓“追夢(mèng)者”旁邊恰好出現(xiàn)了一艘俄羅斯的“進(jìn)步”號(hào)無(wú)人貨運(yùn)飛船。該飛船此時(shí)也正對(duì)接在空間站上，與“追夢(mèng)者”形成了比較鮮明的對(duì)比。按照設(shè)計(jì)，“追夢(mèng)者”可以一次給國(guó)際空間站運(yùn)來(lái)5噸貨物，這可比“進(jìn)步”號(hào)的運(yùn)載能力大多了。（俄羅斯的“進(jìn)步”號(hào)貨運(yùn)飛船一次可運(yùn)載2.35噸貨物。）

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

冷戰(zhàn)時(shí)代的大膽設(shè)想

為了追本溯源，找到“追夢(mèng)者”飛行器的技術(shù)來(lái)源，我將和你一同回到那個(gè)太空探索剛剛萌芽但卻又充滿激情的冷戰(zhàn)時(shí)代。

1957年10月24日，美國(guó)空軍和波音公司正式提出了X-20空天戰(zhàn)斗機(jī)的計(jì)劃。該計(jì)劃要研制一種由洲際彈道導(dǎo)彈以垂直的姿態(tài)發(fā)射到太空，并且能夠在太空?qǐng)?zhí)行完偵察、戰(zhàn)斗、維護(hù)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(jī)場(chǎng)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(diǎn)使其在大氣層內(nèi)極難被傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)所攔截，而且能滑翔很遠(yuǎn)的距離。聽(tīng)起來(lái)很像是二戰(zhàn)期間，德國(guó)設(shè)計(jì)的名為“銀鳥(niǎo)”的超遠(yuǎn)程轟炸機(jī)的概念。

實(shí)際上，空天戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃背后還真的有德國(guó)工程師在力推。其中一個(gè)重要的工程師就是瓦爾特·多恩伯格。他與馮·布勞恩等德國(guó)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(shí)也預(yù)示了戰(zhàn)后德國(guó)工程技術(shù)人員開(kāi)始大量向英國(guó)和美國(guó)輸送的現(xiàn)實(shí)。

瓦爾特·多恩伯格是現(xiàn)代火箭武器的開(kāi)拓者之一。他畢業(yè)于柏林工業(yè)大學(xué)，后來(lái)進(jìn)入庫(kù)默斯多夫?qū)嶒?yàn)室研制火箭。二戰(zhàn)期間被調(diào)入佩內(nèi)明德，成為V-1導(dǎo)彈和V-2導(dǎo)彈的核心研發(fā)人員。1945年，被盟軍俘虜后，囚禁在英國(guó)監(jiān)獄。1947年，美國(guó)設(shè)法將其從英國(guó)帶出，并直接帶到美國(guó)空軍的實(shí)驗(yàn)室參與研究工作。1950年起，開(kāi)始擔(dān)任貝爾公司高級(jí)顧問(wèn)，后任X-20空天戰(zhàn)斗機(jī)驗(yàn)證機(jī)首席科學(xué)家。后來(lái)，他得以返回德國(guó)老家。

在多恩伯格以及其他工程師的呼吁下，冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)空軍與波音公司共同提出了用大力神洲際彈道彈道導(dǎo)彈與X-20空天戰(zhàn)斗機(jī)相結(jié)合的運(yùn)載方案。波音的團(tuán)隊(duì)對(duì)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(duì)空天戰(zhàn)斗機(jī)的概念也進(jìn)行了大量研究。在被蘇聯(lián)人尊稱為“暴風(fēng)雪航天飛機(jī)之父”的洛季諾-洛津斯基博士的組織下，蘇聯(lián)進(jìn)行了BOR系列項(xiàng)目。這些項(xiàng)目大部分不太為人所知，不過(guò)有兩大型號(hào)一定能夠引起很多人的回憶：“螺旋”空天戰(zhàn)斗機(jī)與“暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)。

不過(guò)，有些令人惋惜的是，蘇聯(lián)的BOR項(xiàng)目和代號(hào)為“螺旋”的米格-105空天戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目隨著重大事件的爆發(fā)而逐漸被歷史的塵埃所掩埋。如今，米格-105原型機(jī)靜靜地停放在莫斯特東郊的莫尼諾機(jī)場(chǎng)附近的空軍博物館（這個(gè)博物館距離莫斯科市區(qū)40公里，是目前世界上最大的飛行器博物館。）

美國(guó)空軍與波音合作的X-20空天戰(zhàn)斗機(jī)驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目則早在1963年就因?yàn)橐o雙子座載人飛船項(xiàng)目騰挪人力和物力而在花費(fèi)了相當(dāng)于今天的51.6億美元的經(jīng)費(fèi)后，戛然而止。

升力體技術(shù)日趨成熟

雖然X-20項(xiàng)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(shí)質(zhì)影響。存放正在波音公司的總裝廠房?jī)?nèi)的X-20原型機(jī)依然在訴說(shuō)著人類對(duì)空天飛行器進(jìn)行早期探索的那些故事。

就在美國(guó)空軍中止了X-20項(xiàng)目的同一年，美國(guó)宇航局NASA開(kāi)始認(rèn)真提出升力體的概念，并且開(kāi)始做出比X-20驗(yàn)證機(jī)更加大膽的設(shè)計(jì)。升力體的基本設(shè)計(jì)理念就是飛翼的另一個(gè)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(jī)身的主要部分隱藏在厚厚的機(jī)翼內(nèi)的設(shè)計(jì)。而升力體的設(shè)計(jì)則針對(duì)高超聲速的飛行狀態(tài)。此時(shí)足夠高的速度使得機(jī)身本身可以產(chǎn)生足夠的升力，因此干脆就不用機(jī)翼了（或者機(jī)翼退化為機(jī)身向外延伸的穩(wěn)定翼）。不過(guò)，受技術(shù)條件的限制，當(dāng)年的升力體驗(yàn)證機(jī)大多飛行在亞聲速狀態(tài)。如何在不同飛行狀態(tài)下進(jìn)行氣動(dòng)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，則是后話了。

愛(ài)德華茲空軍基地，一座HL-10的雕塑傲然挺立，訴說(shuō)著過(guò)去的榮耀。

1963年至1966年，NASA的M2-F1升力體驗(yàn)證飛行器進(jìn)行了大量測(cè)試飛行。1963年8月16日M2-F1升力體首飛成功。一架C-47運(yùn)輸機(jī)通過(guò)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(méi)有一點(diǎn)點(diǎn)機(jī)翼，完全靠機(jī)身來(lái)產(chǎn)生升力。該機(jī)的機(jī)身就像是剛剛過(guò)完年的大家一樣，擁有鼓脹飽滿的肚子。圓潤(rùn)的機(jī)身曲線、短小的穩(wěn)定翼再加上“憑空消失”的機(jī)翼，很多人很難想象這個(gè)東西能飛。不過(guò)，NASA還是憑借著一份執(zhí)著心（當(dāng)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?shí)存在的飛行器。

另外，秉承“不能把所有的雞蛋放在同一個(gè)籃子里”的理念，精明且一心要把事情做成的NASA在X-20項(xiàng)目中止的同一年（1963年），又開(kāi)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(shí)現(xiàn)了在大氣層內(nèi)的首飛。

一張?jiān)?968年11月30日拍攝的唯美的照片記錄下了那個(gè)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(shí)，一架NASA的NB-52B試驗(yàn)用機(jī)恰好轟鳴著8臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)呼嘯而過(guò)。而這架飛機(jī)正是HL-10飛行器的母機(jī)。這是一個(gè)不錯(cuò)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(lái)。

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

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

同一時(shí)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(yàn)證機(jī)，同樣也是升力體布局。X-24升力體驗(yàn)證由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)，在B-52母機(jī)釋放后，從其下方呼嘯飛行向前。

在1969年至1975年間，X-24驗(yàn)證機(jī)的大量試飛活動(dòng)也積累了不少數(shù)據(jù)。就這樣，從上世紀(jì)60年代到上世紀(jì)70年代，升力體的氣動(dòng)研究日漸成熟。常駐愛(ài)德華茲空軍基地的3款驗(yàn)證機(jī)：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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

沖出大氣層！

上世紀(jì)80年代，蘇聯(lián)搶先發(fā)力，其BOR-4空天驗(yàn)證飛行器在1980年12月5日實(shí)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(jìn)行了漂亮的軌道飛行之后，濺落在印度洋預(yù)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(jì)劃，并趕在1990年10月造出了原理樣機(jī)（長(zhǎng)得和BOR-4很像）。不過(guò)，該計(jì)劃最終還是中止了，沒(méi)能像蘇聯(lián)那樣真正到太空飛一飛。

結(jié)束語(yǔ)

如果順利的話（追夢(mèng)者在2019年前具備執(zhí)行任務(wù)條件），那么在2024年之前，它會(huì)擁有至少6次為國(guó)際空間站運(yùn)送貨物的機(jī)會(huì)。按照原設(shè)計(jì)，“追夢(mèng)者”不僅能用宇宙神火箭發(fā)射，還能夠搭乘“阿麗亞娜”5、“獵鷹”重型火箭進(jìn)入太空，這樣，多次往返太空的空天飛行器將進(jìn)一步減輕對(duì)單一火箭型號(hào)的依賴。另外，“追夢(mèng)者”有折疊翼設(shè)計(jì)概念。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，它可以把自己蜷縮到一個(gè)直徑為5米的標(biāo)準(zhǔn)整流罩中。這樣，會(huì)有更多的運(yùn)載火箭能夠與之匹配成功。

這樣的飛行器能否將熱愛(ài)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(jìn)入太空的成本有望大幅降低，會(huì)有更多的人有機(jī)會(huì)體驗(yàn)在太空飛行的感覺(jué)。

在“追夢(mèng)者”即將啟航之際，祝福熱愛(ài)太空探索的人們都能快樂(lè)且堅(jiān)定地奔跑在追逐夢(mèng)想的路上！

責(zé)任編輯：邢強(qiáng)