空天飞机的研制还需要攻克哪些技术难关？

未来的空天飞机是怎样的？~

1903年人类第一架飞机上天，人们仿照航海的提法，把飞机在空气中飞行定义为“航空”，把机场设施称为“航空港”。


1959年，人类第一颗人造地球卫星升入太空以后，开始了向宇宙进军的新历程。这时，人们又创造了“航天”一词。一般的“天”字，是指“地面以上的高空”，而航天中的“天”字，则另有含义。科学家规定：飞行器在可感知的地球大气层外的太阳系内飞行称为“航天”。航天用的各种飞行器如卫星、飞船、航天站、行星探测器等统称为“航天器”。试验和发射航天器的地面设施称为“航天港”。


飞出太阳系在宇宙的恒星际间飞行称为“航宇”。“航天”、“航宇”合称为“宇宙飞行”。


眼下，我们乘坐的飞机，只能在大气层里航行，哪怕最先进的飞机，也飞不出地球去。因为现有的飞机的翅膀，都是靠在空气中才能产生升力；飞机上的发动机还要靠空气中的氧气来助燃才能工作。另外，由于地球具有吸引力，它像一条看不见的绳索，牢牢地拴着地球上的每一个物体。要想挣脱地球的引力，绕着地球转圈子，不再落回地球，飞机的速度必须达到每秒7.9公里。如果要飞出地球到其他行星去，所需要的速度还要高。目前，飞机的最高时速是3523公里，就是每秒0.98公里，大约只有每秒7.9公里的速度的1/8。如此缓慢的速度如何也是飞不出地球去的。


飞出地球的惟一工具是火箭。


“空天飞机”是“航空航天飞机”的简称。这是一种既能航空又能航天的飞行器。


空天飞机同目前美国的航天飞机相比，在技术上有许多特点。航天飞机只能在发射台上垂直起飞，采用火箭发动机作推进系统，双级入轨，只能部分重复使用，可担负航天运载任务。空天飞机则可以水平起飞，采用航空、火箭两种发动机作推进系统，可任意选用两级或单级入轨方式，可完全重复使用，既能作航天运载器，又能作航空飞机。


空天飞机最诱人的特点是它第一次把航空发动机引进航天领域，从根本上改变航天运载器只采用火箭推进的模式，从而将导致航空航天技术的一场革命。


空天飞机的技术复杂，研制难度极大，其中最关键的是它的推进系统。目前，化学推进系统分两大类：吸气式发动机和火箭发动机。吸气式发动机只带燃料，需要吸取大气中的氧作为氧化剂，只能在大气层内工作。但由于不带氧化剂，每单位推力所消耗的推进剂量要比火箭发动机小得多，因而其比冲可高达1000～3000多秒。火箭发动机既带燃料，又带氧化剂，在大气层内外都能工作，所以迄今的所有航天运载器全部使用火箭发动机，但它的比冲不高，最多只有400多秒。显然，如果航天运载器在大气层内的飞行段能改用吸气式发动机，就能大大节省推进剂，从而减轻总重量，降低发射费用，提高运载效率。


但在目前的吸气式发动机中，涡轮喷气发动机最大只能达到3～3.5倍音速，远远不能满足航天发射的要求，为此需要研制一种新式的吸气发动机——“组合式超音速烧冲压式发动机”，但至今尚未完全成功。


推进系统的另一个难点是吸气式和火箭发动机如何最佳地配合工作。简单的方法是各发动机分别工作，但这样做结构重量大，性能较差。最好是各发动机能有机地组合在一起，形成一种多循环工作模式的混合式发动机。但研制难度极大。


空天飞机的研制还需要攻克其他许多技术难关。例如，空天飞机的机身、机翼和发动机系统应进行一体化的气动设计；空天飞机需要使用先进的耐高温材料，如高级钛合金材料，碳——一碳复合材料和高级金属基复合材料。多数空天飞机的研制计划尚处在概念研究和技术验证阶段，其发展前景要几年以后才能进一步明朗，而真正投入使用也许要到1020年以后。

空天飞机与航天飞机一样，同样也是有缺点的。虽然现在设想中的空天飞机似乎很完美无缺，但是结果与航天飞机还是一样缺点多多。现在空天飞机有以下的缺点：研发门槛高；研制周期较长；成本及造价高；研制风险大；技术难度高。因此，空天飞机不适合刚起步的航天国家研发。
空天飞机的前景展望
目前具备研制空天飞机技术、条件的国家，主要有美国、俄罗斯、欧盟和日本。
美国的空天飞机研制计划大家知道的比较多比如X-24、X-33、X-34、X-43等，实际上欧盟也在紧锣密鼓地研究，欧洲航空航天局和英国政府在推行欧洲“云霄塔”空天飞机计划，并为它研制火箭基的吸气式组合循环发动机。
法国主要是进行自主研制，在20世纪80年代曾研制过“赫尔墨斯”空天飞机，虽然计划没有进行下去，但积累了相当丰富的技术和经验，此外法国在航天技术和超燃冲压发动机等方面都有很成熟的技术。
俄罗斯是老牌的航空航天技术强国，在空天飞机使用的超燃冲压发动机方面技术积累尤为雄厚，彩虹机械设计局在上世纪70、80年代就先后推出了“针”式、“彩虹”—2等验证机计划，对高超音速的空天飞行器进行预研。
而日本在20世纪80年代已经研制过类似航天飞机的H—2轨道飞行器，对空天飞机的相关技术进行过研究验证，2002年更是决定终止以前研究多年的航天飞机计划，开始全力研制使用循环组合发动机的空天飞机。
中国也要大力发展空天飞机技术，重视该技术的发展方向。要打破航空航天的条块分割，形成航空航天技术的合力，来攻克空天飞机的技术难关。此外就要加快基础技术研究和工程技术预研的力度，攻克气动结构、耐热材料、超燃冲压发动机三大技术难点，为空天飞机研制打好基础。
目前，空天飞机在动力、武器系统、具体作战领域等方面仍处于基础技术的预先研究和摸索阶段。包括美国，“猎鹰”计划、X—37B、X—43，都还在进行技术验证和工程机理研究，距离实战应用还有一段曲折的道路要走。美国大张旗鼓的宣传空天飞机研究计划，不排除宣传和展示实力的意图。空天飞机目前应被看做一种潜在威胁，可能十年甚至更远以后才有望成为现实，而我们不能忽视、也要加快研究的脚步。

空天飞机的机身、机翼和发动机系统应进行一体化的气动设计；空天飞机需要使用先进的耐高温材料，如高级钛合金材料，碳——一碳复合材料和高级金属基复合材料。多数空天飞机的研制计划尚处在概念研究和技术验证阶段，其发展前景要几年以后才能进一步明朗，而真正投入使用也许要到1020年以后。

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