瀚海狼山:神龙现身举世惊——浅谈空天飞机(上)

2017-11-13 13:28:52   



最近国内媒体公开报道,中国的空天飞机即将取得战略突破!一旦现身,必将是震惊世界的大事!


空天飞机是一种代表未来军事高科技发展方向的飞机,它像普通飞机一样水平起飞,以每小时1.6万~3万公里的高超音速在顶端大气层的内外飞行,在30~100公里高空的飞行速度为12倍音速以上,而且可以直接加速飞出大气层,进入地球轨道,成为航天飞行器。


再次返回大气层后,又像飞机一样在机场着陆,成为自由地往返天地之间的运输工具。




在空天飞机出现和实用化之前,航空和航天是两个不同的技术领域,由飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动,航空运输系统是重复使用的。航天运载系统一般是不能全部重复使用的(航天飞机系统只能部分设备重复使用,而且也不能水平起飞)。而空天飞机能够达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。


空天飞机的商业价值:


提高飞机的极限飞行速度一直是航空界努力的目标。从50年代起,中美苏就开始探索和研究高超音速飞行。而全世界最早提出大气层内外“跳跃式”高音速飞行理论的,就是中国的钱学森,这种飞行轨迹也被学界称为“钱学森弹道”,因此钱学森可以看做空天飞机理论的鼻祖。中国的空天飞机理论和实践,开展很早,进步很大,而且高度保密!


空天飞机的研制将带来航空技术的新飞跃,将使航空技术从超音速飞行跃入高超音速飞行的时代。




随着人类航天活动规模的扩大,估计在21世纪,地球人类将发射到轨道中的物体总质量高达数十万吨。但目前人类往轨道上每成功发射1公斤的物体,平均费用仍然高达10万元人民币以上,因此,大幅度降低航天运输费用,已成为开展大规模航天活动的关键问题之一。


据中国科学家最近估算,未来中国的空天飞机,可以把每公斤有效载荷送入轨道的成本,降低到3万元人民币以下,大规模使用后,甚至降低到1万元人民币以下!


此外,用空天飞机发射、维修和回收卫星,不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场和长达一两个月的发射前准备,也不受天文发射窗口的限制。只需要普通的大型机场跑道,就可以完成起飞和降落!完成一次飞行任务后,经一周的维护就能再次起飞,能适应频繁发射的需要,它的投入使用,将使人类可以方便地进入外层空间。




空天飞机的军事价值:


空天飞机还具有极高的军事价值,可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用,这对进一步发挥战略空军的作用具有重要意义。


空天飞机最高时速3万公里,可在海拔200公里的绕地轨道飞行。在有人驾驶时,能在常规机场水平起飞和着陆;还可在大气层内飞行,也可作地球大气层外的轨道飞行,此时的飞行速度为25倍音速,仅需90分钟就能绕地球一周。真正实现“半小时内打遍全球”!


空天飞机飞行轨迹诡异,几乎无法被提前精确测定和稳定跟踪,因此地球表面的各类大气层内外的常规防空导弹和雷达体系,都难以对付这种飘忽不定的来袭者。激光和定向能武器虽然可以威慑空天飞机,怎奈受到地球曲率和大气层内云雾雨雪的干扰,造成激光武器也不能保证全天候、远距离对付空天飞机,因此对来自空天飞机的轰炸,目前还没有什么有效的防御手段!




空天飞机在未来空天大战中,既可以当作航空兵参加战斗,也可以参加天军行列,摧毁敌人的航天器,俘获敌人的卫星;帮助己方部队夺取电磁战场上的绝对优势及夺取制天权;切断敌方的通讯,摧毁敌方的太空资产,是比航天飞机更为灵活、速度更快、战斗力更强并且功能更多的一种新概念太空武器


空天飞机研发的技术难点:


发展空天飞机的主要目的是降低空天之间的运输费用。主要有三个途径:一,充分利用大气层中的氧分子,以减少飞行器携带的氧化剂,从而减轻起飞重量;二,整个飞行器全部重复使用,除消耗推进剂外不抛弃任何部件;三,水平起飞,水平降落,简化起飞和降落所需的场地设施和操作程序,减少维修费用。




但实际上。上述三条途径,知易而行难。需要解决的关键技术难度,决非中美俄等大国以外的中小国家可以染指,即使中美俄,短时间内想彻底突破,同样难于上青天,关键技术难点有:


1,新发动机技术:


空天飞机的飞行范围为从大气层内到大气层外,速度从0到25马赫,如此大的跨度和工作环境变化,是现有的所有单一类型的喷气发动机都不可能胜任的,为空天飞机研制全新的发动机,成为整个项目的关键。


普通飞机的喷气式发动机需要在大气层中吸入空气,主要利用其中的氧气,无需携带氧化剂,但也无法在大气层外工作,且实用速度较小;而火箭发动机自带氧化剂,可以工作在大气层内外,使用速度范围较广,但携带的氧化剂箱体较笨重,比冲小。




空天飞机的动力一般为采用超音速燃烧冲压发动机 火箭发动机或者采用涡轮喷气 冲压喷气 火箭发动机的组合动力方式。但超燃冲压发动机的研制上存在相当多的技术问题,而多种发动机的组合方式又使结构变得过于复杂和不可靠。


目前看来,大气层内变循环先进喷气发动机和震爆脉冲发动机结合的方式,是空天发动机最终成功实用化的正确方向,中美在这方面的研发进度,并肩领先世界。




2,空气动力学问题:


空天飞机的空气动力学问题比曾经的航天飞机还要复杂得多。穿越大气层,航天飞机只有十几分钟,空天飞机则为l~2小时。


解决空气动力学问题的基本手段是风洞。目前全世界具备从亚音速到20倍以上音速风洞的国家,只有中国!目前就连美国暂时也不具备这种超先进的试验风洞。


除了高难度的风洞实验,还必须有超级计算机辅助计算,而中美对那维尔斯托克斯方程的求解尚存在许多理论上的问题。


3,空天飞机一体化超强机体设计:




空天飞机里安装了空气涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机三类发动机。空气涡轮喷气发动机可以使空天飞机水平起飞。当时速超过2400公里时,就使用冲压发动机,它使空天飞机在离地面60公里的大气层内以每小时近3万公里的速度飞行。如果再用火箭发动机加速,空天飞机就冲出大气层,直接进入太空。


当空天飞机以6倍于音速以上的速度在大气层中飞行时,空气阻力将急剧上升,


(未完待续)