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新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

我國新式運載器首飛成功。這個“亞軌道重複使用運載器”有多牛?和獵鷹9號有何區別,能超越太空梭嗎?

為什麼要研究“重複使用運載器”?

目前,載人、載物上天的運載器,基本上都是“一次性”。早期美蘇研製太空梭的初衷就是為了高度再利用,最好加完燃料立刻就能再飛,最終目的就是省錢、便捷。這涉及到兩個問題:如何回收?能否多次利用?

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

目前,回收分為三種:

(1)傘降:火箭用完後,進行制動,然後變軌返回大氣層,快要落地時放降落傘,最後用氣囊緩衝或緩衝發動機進行軟著陸。

(2)反推:前面都跟“傘降”一樣,但在低空時採用發動機反推減速,最後垂直下降落到地面。

(3)水平降落:跟飛機一樣放下起落架,在跑道中降落。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

雖然獵鷹9號實現了“反推”,但也只能回收“第一級”。美國太空梭很先進,這點毋庸置疑,但也並非完全回收,而且本末倒置。

太空梭為什麼不行?

太空梭分四部分,太空梭(軌道器)、兩側的固體燃料火箭、燃料罐。固體燃料火箭用完後“傘降”到海里,檢修、翻新後可再次利用。太空梭為液體火箭發動機,非常昂貴(獵鷹9號可以保住液體燃料火箭發動機),水平降落,可以反覆利用。燃料罐是太空梭的“油箱”,可裝100多噸的液氫,600多噸液氧,沒有動力無法回收,分離後在大氣層中燒掉。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

這套組合的荷載達到30噸,返回時太空梭的荷載為14。5噸,拉人的話是往返7座。那麼美國現在為什麼不用了?

太空梭總共造了6架,每架成本為20億美金是按重複飛行100次設計的。除了首架企業號試飛完直接放博物館了,剩下5架從1981年到2011年,共執行了135次任務。相當於原本準備用10年,結果不到3年就廢了,維護、維修費用還非常高。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

此外,1986年,挑戰者號因密封橡膠圈失效爆炸失事。2003年,哥倫比亞號返回時隔熱瓦脫落燒燬失事。兩次還都是滿客狀態,14條生命,無法估量的代價,驗證了太空梭的安全性和可靠性難以達標。無論從生命角度,還是飛行頻次角度,太空梭都違背了節約成本的初衷。於是,各國都開始思考其他方案,而這次我國可能要遙遙領先了。

我國的新式運載器什麼樣?

我國7月16日發射成功並水平著陸返回的運載器大機率是“空天飛機”,因為航天科技集團也說了“它的外形就像一個空天飛機”。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

雖然中國航天科技集團不給圖片,但他的競爭對手“中國航天科工集團”也有空天飛機計劃,名為“騰雲”,而且早早就把模型放出來了。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

空天飛機

簡單來說就是“大飛機揹著小飛機”,小飛機進入太空,返回時各自在機場跑道著陸,實現完全回收,完全可重複。

完整的空天飛機,下面的大飛機透過渦噴發動機起飛,加速到3馬赫切換成衝壓發動機,提升到6馬赫再切換為火箭發動機將速度提升到9馬赫,這時候飛機基本上已經到達“

亞軌道

”了,然後它倆分離。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

大飛機飛回機場降落,而空天飛機則自力更生,利用液體發動機加速到“第一宇宙速度”進入近地軌道,完成任務後返回機場滑翔著陸。如果還有任務,大飛機把小飛機“背”起來“加滿油”,放到架子上,馬上就能點火起飛。

航天科技集團的運載器也是空天飛機?

雖然航科只是說

“像空天飛機”,

但我國做事向來都是有計劃。該運載器的方案早在2013年就已經開始論證;2014年就開始進行各項技術的實驗;2017年就已經提到了“

預計在2020年進行首飛

”,而且2020年9月就曾經實驗性地飛過,且在跑道安全水平著陸。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

根據2017年航天科技研發中心的陳洪波主任的描述,我國

計劃研製的運載器兼具飛機與飛船的能力,一二級為並聯模式,兩級皆可回收、重複利用,兩級都有機翼,透過升力水平降落,且“加完油”就能繼續飛,力求一天一班次,飛行高度預計達到300-500公里。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

計劃中描述的特徵與“空天飛機”高度重合。運載器在酒泉升空,自己從“亞軌道”返回,在阿拉善盟的一個機場“飛機式”降落,也與空天飛機相似。除此之外,官媒字裡行間也提到了“航天航空技術高度融合體”。

新式運載器機場降落:“空天飛機”有多牛?與太空梭有何區別?

不過,由於沒有圖片,空天飛機具體進展到那種程度,大家也只能猜猜。