中国大力发展跨大气层航天运载器:与美国决战太空!

航天技术发展过程中最基础和最有力的动力,就是在军事上的需求。航(空)天飞机的发展在一开始就具备非常明显的军事应用意图,各国无论是发展亚轨道高速飞行器还是跨大气层飞行器,首先关注的都是这类飞行器的军事应用。国际上跨大气层飞行器技术水平最高和军事应用最明显的是美国,其航天飞机一直是整个空天一体战装备发展的组成部分,服役后确实也对美国军事力量发展起到重要的作用。美国正在进行的x一30/33空天飞机计划更是豪不掩饰其轨道轰炸/侦察机的使用定位。太空军事化已经成为现代化军事技术发展中不可回避的问题,中国即使想要和平利用太空,也不得不面对军事上存在的压力。


航天飞机目前在设计和技术方面已经达到比较成熟的标准,而世界航空,航天技术强国已全面展开新型空天飞机的发展,其中,作为空天飞机基础的亚轨道飞行器已经在试验中获得了很多经验。亚轨道飞行器在航天任务中可以用来发射卫星和小型空天飞机,也可以根据使用需要在50~90公里上进行高超音速洲际飞行。


亚轨道飞行器的飞行高度超过了目前绝大多数地空导弹的作战范围,而且5-8马赫的飞行速度也能够规避现有防空战斗机的拦截。全程大气层内飞行的亚轨道飞行器虽然无法具备空天飞机的太空运载能力,但是超高空高速飞行性能却使其有着很强的军事价值,国外开发的类似飞行器基本都以洲际轰炸机作为设计目标。


亚轨道飞行器之后就是可以取代航天飞机的真正意义上的空天飞机。单级人轨空天飞机在燃料、载荷和飞行性能方面互相平衡和制约,各方面性能要求导致其必然是个庞然大物。国外现有单级入轨空天飞机的设计体积与重量都非常大,这又进一步加剧了材料和动力上的难度,最终导致x一30/33这类空天飞机设计走入了死胡同。单级入轨空天飞机无疑是现有可重复使用航天器类型中技术水平最高的,不过其动力装置实在是短时间内难以克服的瓶颈,采用大型飞机运载小型飞行器的两级人轨方式则是对技术难度和使用需要之间的妥协。两级人轨方式是利用常规飞机将空天飞机运载到必要的高空和速度,机载空天飞机脱离母机后加速完成跨大气层飞行。但是,两级入轨空天飞机不可避免的要受到载机性能和载荷的限制,能够携带的有效载荷重量和规格都比较小。两级人轨空天飞机比较适合携带小于3吨重量的有效载荷进行高灵活性发射,也可以用来改进为轨道轰炸机或者小型反卫星武器的发射平台。


中国航空和航天科研系统很早就开始发展自己的跨大气层飞行器,限于国内技术储备不足和材料技术方面存在的缺陷,目前卫星发射和载人航天使用的仍然是传统运载火箭。航空航天飞行器的发展过程中需要对需求、技术和成本进行综合考虑与平衡,看起来最先进、甚至是理论上最好的,却未必是最适合的。以中国目前的基础条件想要跳过航天飞机阶段直接发展空天飞机,其技术基础和经验积累可能完全无法保证研制要求,将导致研制周期较蚝。因此,采用大型飞机运载小型火箭动力飞机的两级空天运载系统较为符合中国目前的技术条件和水平。


两级空天飞机需要大型载机平台为其提供初始速度,但国内外在短时间里都无法提供满足这一要求的大载荷平台。运载火箭和航天飞机的助推火箭都只能在发射时一次性使用,准备火箭和运载器所需要的时间和对气象条件的要求相对较高,必须在具备特殊基础设施的专用场地才可以发射升空。空天飞机在理论上可以使用常规机场作为起降设施,起飞准备和对气象条件的要求也比航天飞机宽松很多,但是使用上的良好前景目前却难以抵消动力装置技术上存在的困难,所以在其所需技术成熟前,航天飞机仍然有其价值。中国现有的火箭技术和航天器设计水平基本可以满足发展航天飞机的需要,快速发展的经济和日益改善的基础科研条件也为其提供了必要的基础。由此笔者以为,中国在发展可重复使用航天器的过程中不可能一步到位完成空天飞机,国内在技术、资料和人力储备方面目前还比较薄弱,尤其先进吸气式高超音速动力装置的技术水平更是与国外差距明显,所以,首先要在现有条件下确定适合实际情况的发展道路。国内已经具备大推力氢氧火箭和载人航天器的技术条件,在运载火箭技术的基础上发展小型航天飞机是在现有相关技术基础和资金保障条件下能够做到的。国内现有大推力火箭和小型航天飞机技术起步并不慢,已经利用缩比模型完成了多种地面和空中试验,在大体掌握技术原理的情况下为实用型号发展积累了一定的应用经验。


航天飞机在大部分技术上与空天飞机基本相同,尤其是在材料、结构和气动方面更有着明显的继承和借鉴价值。没有航天飞机的技术积累,就很难突破空天飞机的技术难关,中国也不可能在跨大气层飞行器的关键技术方面从国外获得支持,所以国内发展亚轨道或跨大气层飞行器必须依靠国内自力更生。中国发展可重复使用航天器应该按照先易后难的方式逐步完善,在突破技术难点的目标下分阶段完善整体技术和积累使用经验。中国在高超音速飞行器方面应首先跟踪国外先进技术的发展,利用超燃冲压动力技术完成以军事侦察和战略轰炸为主要目标、速度范围在6-15马赫的亚轨道高速飞行器。跨大气层飞行器重点开发利用火箭助推升空的小型航天飞机,首先利用航天飞机解决近地轨道卫星发射和其他有价值的航空航天任务,然后依靠亚轨道飞行器和小型航天飞机的技术,综合发展两级入轨空天飞机,逐步根据经济和需求发展与相关技术的成熟程度推进实用型号的进步。


国内开发跨大气层飞行器存在的技术难点主要在动力设计和材料两方面,气动和飞控设计也非常复杂。发展航天飞机首先要获得大推力火箭助推器,发展空天飞机则需要攻克高性能大推力综合动力装置这个难关,而且飞行器气动外形与飞行控制系统的协调问题也需要长期的试验和准备。国内发展的常规运载火箭因为在使用中与航天飞机存在明显区别,其技术和材料很难直接应用到航天飞机上。航天材料技术的发展则直接关系到航天飞机的整体技术水平,如果不能攻克这个难关,航天飞机的设计就难以满足达到实用化标准。国内航天器发展目前存在技术底子薄、实践经验少的问题,在发展先进航天器时必须进行长时间的准备和技术积累,尤其要在整个研制过程中投人足够的资金来保障项目进展。照片中的飞行器模型在外形设计上明显达到相当成熟的标准,也应该是具备火箭增速能力的有动力模型,可以认为国内在跨大气层飞行器的技术应用方面较为扎实,在综合技术条件上有可能已经接近工程发展所需要的标准。


航天技术和航天运载器本身在设计上都具备改进成军事装备的潜力,但是从该模型的特点来看,还属于比较单纯的航天运载器,在军事上能够起到的作用主要集中在发射卫星和应用其他载荷方面,本身并没有体现出明显的携带武器执行作战任务特征。中国在美国已经高调开始太空军事部署的时候,必然也会有所反应,成功发展出航天飞机将促进军用亚轨道高超音速飞行器和空天飞机的发展,为即将出现的天军和太空战奠定基础。


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