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【工业之美】中国设计出全球最大的垂直起降太空飞机 一天可运送20名乘客到达太空边缘

这款太空飞机搭乘乘客人数是目前运载乘客最多太空飞机的三倍多,具有依靠自身动力起飞的带翼火箭,实现商业化还需五年时间。

中国国产飞机将要入驻太空旅行领域。

据英国杂志《新科学家》(New Scientist)报道,在墨西哥瓜达拉哈拉市10月10日举行的国际宇航大会中,中国运载火箭技术研究院的火箭专家韩鹏鑫(Han Pengxin)透露,其所在研究院已设计出一款太空飞机,最突出的特征在于可以增加搭载乘客的数量至20人。《新科学家》网站称这将是世界上最大的太空飞机,拟用于商业用途。

中国运载火箭技术研究院太空飞机设计概念图

通俗来讲,航空是指大气层内、常见的民航飞机飞行的区域;航天则是指大气层外、人造卫星、火箭等飞行器,航天飞机通常借助外载火箭发射的飞行区域。

在航天航空领域,太空飞机又被人们称为空天飞机,是航空航天飞机的简称。它是一种把航空技术与航天技术高度结合的飞行器,可以集飞机、运载器和航天器等多重功能于一身,与常见的普通航天飞机相比,太空飞机可以在大气层中持续高超音速飞行,起飞时不使用火箭助推器,而是使用跑道滑跑水平起飞,与常见的民航飞机一样。

“我们设计的太空飞机将采用垂直起降方式,无需任何地面跑道和飞行平台辅助即可以完成发射和降落过程。”韩鹏鑫在国际宇航大会中指出。

他介绍了已经设计出的两种太空飞机,其中之一重量约为10吨、机翼长6米,能搭载5名乘客以每小时最大6马赫(1马赫为340米/秒,合1224千米/时)的速度飞至100公里的大气层和太空分界线,可以进行约2分钟的失重飞行;另一种重量100吨、机翼长度为前者的两倍,能搭载20名乘客以每小时约8马赫的速度飞行至130公里的高度,可以进行4分钟的失重飞行。除此之外,后者还拥有能够依靠自身动力起飞的带翼火箭,可以将小型卫星送入大气层外的运行轨道。

能够依靠自身动力起飞的带翼火箭 来源:《新科学家》网站

目前的太空飞机中搭乘乘客数量最多为6名,典型代表是英国维珍银河公司(Virgin Galactic)的“太空船2号”(SpaceShipTwo),因其必须通过运载太空船携带至一定高度才能发射火箭而得名。“太空船2号”机长18米,机翼长8.2米,每小时最大速度达3.5马赫。

太空船2号在天空中飞行照片 来源:英国维珍银河公司官网

“太空船2号”于2011年开始经营载客私人太空飞行服务,每架每次载2名机组人员和6名乘客,乘客票价每人20万美元,当时有700多人预订,成功购票的乘客可以在高度为160千米-320千米的近空处体验时长约为4.5分钟左右的失重飞行。

太空船2号太空旅行宣传图 来源:英国维珍银河公司官网

“太空船2号”与韩鹏鑫透露的上述新款太空飞机的票价相差不大,他预计飞行单程费用约在20万-25万美元之间。

但“太空船2号”在2014年10月31日试飞时,于美国加利福尼亚州沙漠坠毁,导致一名飞行员受伤和另一名飞行员遇难死亡。美国国家运输安全委员会事故调查报告认为,副驾驶过快打开制动系统的锁紧装置,是造成飞船在空气动力过载的情况下解体的原因。

太空船2号失事照片 来源:英国维珍银河公司官网

美国国防部高级研究计划局(DARPA)也曾于2013年12月提出一项价值1400万美元的太空飞机计划,名为“XS-1”项目,该计划将于2018年执行首次发射新型空天飞行器,此外美国蓝色起源公司正在研发的“新谢泼德号”太空飞机亦计划搭载6名乘客。

太空飞机之所以能在一次飞行中在大气层内外变换两种工作状态,原因在于它独特的动力装置,既不同于一般飞机用的空气发动机,也不同于火箭喷气发动机,而是由两者组合而成,空气喷气发动机在前,火箭喷气发动机在后,在大气层内发动机使用空气作为氧化剂参与燃料燃烧,在大气层外采用自带的氧化剂参与燃烧,以适应两种飞行状态。

除此之外,通常情况下航天运载系统包括火箭、卫星等无法重复使用,但太空飞机能够重复使用,大大降低了航天运输费用。

韩鹏鑫表示,希望研究院设计的两种太空飞机可被反复使用。为了达到这个目的,每架太空飞机的设计飞行次数将达到50次,目前太空飞机地面试验已经完成,各项系统工作正常,未来两年内将进行太空飞机试飞,2020年开始尝试携带负荷物升空,达到安全标准后再进行载人飞行。

“愈来愈多的普通人对太空飞行感兴趣,更大的太空飞机拥有巨大的市场潜力,”韩鹏鑫在国际宇航会上表示。

太空旅行进入平民时代 来源:《新科学家》网站

据香港《明报》10月10日报道,美国国家航空航天博物馆的太空飞行专家Roger Launius称,中国运载火箭技术研究院设计的太空飞机是“有趣的首创”,但缺乏技术细节。另外香港军事评论员梁国樑也指出,载客20人的太空飞机不算创举,因为美国的航天飞机虽然只能搭载6-7个人,但同时也留出大量空间来做太空实验。

在速度上,中国运载火箭技术研究院设计的太空飞机优势也不突出,当前速度最快的太空飞机为美国X-37B无人太空飞机,它由美国波音公司研制,最高速度能达到25马赫以上,被认为是未来太空战斗机的雏形。

美国X-37B无人太空飞机的设计结构图 来源:DARPA网站

欲对太空飞机有更多了解,可以观看以下视频:

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