更先進的航天飛機——空天飛機(3 / 3)

1.套用現役運載級:前蘇聯曾提出建議,由蘇美聯合研製一種二級水平起降的空間運載係統。該係統的運載級采用前蘇聯安-225飛機,軌道級采用250噸的航天飛機。

軌道級仍然沿用目前的技術,使用火箭發動機推進,並能攜帶5噸左右的有效載荷,同時可向近地軌道運送人造衛星或建造空間站的器材,也可以用來檢修衛星或將其帶回地麵。軌道級配備2名宇航員。

運載級馱載軌道級從機場跑道起飛,然後以0.8M的速度巡航,當到達預定空域13716米高空時實施級間分離,安-225運載級返航,而軌道級開始爬升、加速,直至進入地球軌道完成有關任務。

對此,美方專家認為該係統不存在技術上的難題,在使用上比目前的運載火箭發射航天器靈活、機動。同時,作為同樣使用的第一級,安-225運載級的費用比運載火箭的第一級經濟實用,又可重複使用。雖然安-225運載級可馱載的有效載荷大大超過波音747寬體客機改裝的運載級,但後者經過重新設計後同樣能發揮出同等效益。

2.部分新設計運載級:美國專家指的部分新設計,可以通過他們所研究的“企業”號空間運載係統來說明。

該係統也是二級水平起降式的,它妥善處理了總體布局,良好的巡航性能,較短的研製周期,盡可能低的研製經費,高可靠性,良好的使用、維護性等這些互為製約的條件。這些均較好地體現在型號設計中。

空天驗證機開始先行

研製空天飛機的設想在本世紀30~40年代就已經出現。到50年代中期,美國開始研究試驗一種高速飛行的X-15火箭型試驗機,從升空的B-52轟炸機機翼下投放下來,靠自身發動機,使之飛行,高度可達108千米,時速可達7200千米。利用這種方式曾進行過250次試飛,50年代末期又開始執行一項X-20型可重複使用的軍用載人航天器,但未成功,於1963年12月撤消此計劃。

與此同時,空軍開始執行一項美國第一個空天飛機計劃,是一種水平起降,可進入軌道的飛機方案,甚至已製造了全尺寸機翼、機身結構,但也於1963年底撤消了計劃。

盡管計劃一再撤消,統統被束之高閣,一放就是20年,但有識之士並未灰心。1978年,美國空軍當時負責航天係統的約斯特少將就曾提出:20年後,可能出現“一種真正的航天飛機——可重複使用的單級入軌航天飛機。它可隨時從跑道上起飛,飛任何方位角,進入各種軌道。”他的預言應中了,近年來美國確實已在抓緊研製這種飛機。

進入80年代以來,隨著超音速燃燒衝壓噴氣發動機的技術突破,耐高溫材料的研製進展,巨型計算機應用和計算機模擬技術的發展,使人們又重新開始重視空天飛機的研究與開發。1982年美國國防部在研究采用液氫燃料的衝壓發動機與超音速燃燒衝壓噴氣發動機計劃取得進展的基礎上,又開始研究空天飛機。美國空軍於1983年投資60萬美元委托有關科研單位研究是否可能建造一架“跨大氣層飛機”。後來從14個初步方案中選出6個,於1984年8月7日再次投資100萬美元,進行方案論證,並成立了“跨大氣層飛機計劃局”。國防部和有關部局也組織研究發動機設計方案,先出投資700萬美元。最後於1985年完成第二階段研究計劃,得出結論:跨大氣層飛機是一個可以實現的方案,並確定於1990年9月開始研製空天飛機的試驗機——X-30(暫定名),預算投資30億美元,建造兩架。

這種飛機外形尺寸和波音727客機差不多,最高飛行時速可達28962千米。驗證機的縮比樣機運載能力為1114千克,可載乘員2人。采用可變循環發動機和液氫燃料火箭發動機的混合推進方式,使用一種高能“油脂”(Slush)液氫燃料。它比一般液氫稠密,需加壓輸送。這種燃料可減少空天飛機起飛重量30%左右。發動機燃料室的冷卻將采用一種新技術——產生氫的“薄霧”來實現。

“森格爾”空天飛機方案

日益崛起的德國,在航天領域也決不甘心落後於美國,更不情願屈居法英之後,決心在未來空天飛機上搶占一席之地。80年代中期,1985年10月,前西德提出了自己的“森格爾”(Sanger)計劃。這是一種兩級式“母子型”的空天飛機飛行係統。

由MBB公司提出的“森格爾”號空天飛機方案,包括兩部分:一是高超音速母機,全長84.5,翼展41.5米,起飛重量334噸,采用以液氫燃料的渦輪噴射-衝壓噴射組合式發動機組;二是空天機“霍勒斯”號(Horus),機長32.8米,翼展17米,起飛重量91噸,具有可乘2名宇航員和4噸重的負載能力,以火箭發動機作推進係統。

當“森格爾”號自地麵機場起飛時,母機機背上馱載著“霍勒斯”號子機。母機先以4.4馬赫的速度向高空爬升,當升至30千米高空時,便瞬時加速至6.8馬赫全速衝刺。這時“霍勒斯”號子機迅即點燃火箭發動機,並與母機脫鉤,逐步達到25馬赫速度,直奔太空而去,進入400千米高的近圓地球軌道飛行;母機則可“打道回府”,減速飛返地麵,安全水平著陸。

德國“桑格爾”宮天飛機方案對這項空天飛機計劃,一位前西德官員滿有把握地宣布:美國X—30所使用的可變循環發機技術層次太高,而且不願采用母子機的分段加速飛行方式,所負風險性頗大。因此,我們堅信,“森格爾”號不僅將比X-30更早飛天(21世紀初投入使用),還將以其雄厚的應用潛力,搶占未來的太空運輸市場,其發射費用僅為美國航天飛機的一半。還有一句沒有明說的話:“森格爾”號的軍用潛力之深厚,是不言而喻的。