乘坐空天飛機(jī)去太空旅行

楊先碧

2033年的一天，在購(gòu)買了數(shù)萬元一張的機(jī)票后，我們進(jìn)入了一架外形與普通飛機(jī)有些差異的大飛機(jī)。經(jīng)過一段快速爬升后，飛機(jī)很快飛到云朵之上，似乎和普通的飛行經(jīng)歷沒有兩樣。然而，很快飛機(jī)加速了，我們的身體因超重而被緊緊壓在椅背上，有一種要被壓碎了的難受感。突然，壓迫感消失了，我們從座椅上漂移起來，失重了！現(xiàn)在，你明白為什么機(jī)票那么貴了吧？原來那很可能就是我們未來乘坐空天飛機(jī)所經(jīng)歷的場(chǎng)景。

為什么要造空天飛機(jī)

什么是空天飛機(jī)？“空”是航空，“天”是航天。也就是說，空天飛機(jī)可以擔(dān)任起航空航天兩大任務(wù)。雖說是兩大任務(wù)，其實(shí)重點(diǎn)還是在“天”?？仗祜w機(jī)的目的地不是大氣層內(nèi)，而是像火箭和航天飛機(jī)一樣在大氣層外的太空中。既然有了火箭和航天飛機(jī)這兩種航天飛行器，為什么還要發(fā)展空天飛機(jī)呢？這是因?yàn)榛鸺秃教祜w機(jī)都具有明顯的不足之處?，F(xiàn)在具有實(shí)用性的火箭都是“一次性航天用品”，造價(jià)幾百萬到幾千萬美元的火箭用一次就報(bào)廢了，十分浪費(fèi)。

為了避免火箭的浪費(fèi)，美國(guó)人從1969年開始研制航天飛機(jī)，前后制造了6架航天飛機(jī)，執(zhí)行了135次航天飛行。雖然航天飛機(jī)內(nèi)部有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，但是因動(dòng)力不足而不能直接飛向太空，升空時(shí)得靠外掛的火箭助推器發(fā)射升空，升空后助推器會(huì)脫落。雖然航天飛機(jī)比火箭具有可回收性，但是航天飛機(jī)單次載荷小，成本卻大幅上升，每架造價(jià)高達(dá)30億美元，每次10來天的太空飛行也需要幾億美元。此外，由于航天飛機(jī)是垂直發(fā)射升空，安全問題很突出?！疤魬?zhàn)者”號(hào)和“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)都是因發(fā)射故障而墜毀或爆炸解體。

為了彌補(bǔ)火箭與航天飛機(jī)的不足，美國(guó)科學(xué)家從1986年開始提出了空天飛機(jī)的設(shè)想，就是在航天飛機(jī)的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步?？仗祜w機(jī)是航空航天飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，從這個(gè)名字就可以看出它如同普通飛機(jī)和航天飛機(jī)的“混血兒”?？仗祜w機(jī)不僅安裝了較低功率的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，也安裝了較高功率的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣一來，空天飛機(jī)的起飛就不會(huì)那么驚心動(dòng)魄了，它可以像普通飛機(jī)那樣“溫和”地在普通機(jī)場(chǎng)的跑道上通過助跑升空。在大氣層內(nèi)，它可充分利用大氣層中的氧，減少了氧化劑的攜帶量，從而減輕起飛質(zhì)量，每次太空旅行的成本也隨之降低。在飛到大氣層邊緣后，航空發(fā)動(dòng)機(jī)暫停使用，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，空天飛機(jī)利用自身攜帶的氧化劑繼續(xù)飛行。

由于空天飛機(jī)不需要“猛烈”升空，省卻了發(fā)射設(shè)施，減輕了發(fā)射質(zhì)量，成本隨之降低，安全性也大大提升。目前，空天飛機(jī)在技術(shù)上還有很多難題需要攻克，20年內(nèi)進(jìn)入實(shí)用階段的可能性不大。但是，在“亞特蘭蒂斯”號(hào)所執(zhí)行的最后一次航天飛機(jī)之旅結(jié)束之后，空天飛機(jī)因有望接替航天飛機(jī)而受到多國(guó)航天機(jī)構(gòu)的重視。除了用于太空運(yùn)輸和科學(xué)探索外，各國(guó)軍方對(duì)空天飛機(jī)也很重視，因?yàn)榭仗祜w機(jī)可以用于太空戰(zhàn)，從太空發(fā)射武器摧毀敵方軍用衛(wèi)星和地面目標(biāo)。它們還可以悄無聲息地在敵方上空偵察?？仗祜w機(jī)飛行高度高、速度快，可以在一兩小時(shí)內(nèi)迅速抵達(dá)地球任何地方，被譽(yù)為未來最具威懾力的即時(shí)武器。

正在研制中的空天飛機(jī)

近年來，包括中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家正在進(jìn)行空天飛機(jī)的研制。雖然目前已經(jīng)研制出來的試驗(yàn)機(jī)離真正實(shí)用還有很長(zhǎng)一段距離，甚至還不能自主從地面飛到近地軌道，但是我們相信在各國(guó)科學(xué)家的努力下，一項(xiàng)項(xiàng)的空天飛行技術(shù)會(huì)不斷地被突破和更新?；蛟S在20年后，我們真的可以像本文開頭那樣花費(fèi)數(shù)萬元乘坐空天飛機(jī)，進(jìn)行一次特別的太空之旅。接下來，就讓我們來了解一下3種正在研制中的空天飛機(jī)吧。

“神龍”號(hào)空天飛機(jī)

據(jù)國(guó)外多家媒體揣測(cè)，中國(guó)正在加緊推進(jìn)空天飛機(jī)計(jì)劃。要發(fā)展空天飛機(jī)，首先要解決的是推力發(fā)動(dòng)機(jī)的問題。傳統(tǒng)的火箭大多加注液體燃料和氧化劑，這樣不能發(fā)揮空天飛機(jī)靈活機(jī)動(dòng)的特性。近年來，我國(guó)“神龍”號(hào)空天飛機(jī)已經(jīng)安裝了最先進(jìn)的兩級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)使用固體推進(jìn)劑，不需在起飛前花幾小時(shí)加注燃料，隨時(shí)可以起飛，安全性更高，滿足了空天飛機(jī)對(duì)動(dòng)力的基本需求。

新型“神龍”號(hào)作為一種大型空天飛機(jī)，既可搭載偵察設(shè)備，也可搭載武器系統(tǒng)，從而可對(duì)敵方的太空裝備發(fā)動(dòng)攻擊。未來中國(guó)還可能考慮將高能激光器甚至小型導(dǎo)彈等武器部署到空天飛機(jī)上，使它變身為空天戰(zhàn)斗機(jī)，利用其機(jī)動(dòng)能力穿梭于太空中，對(duì)敵方的軍用航天器實(shí)施打擊。另外，新型“神龍”空天飛機(jī)還可能配備較長(zhǎng)的遙控機(jī)械臂，飛機(jī)通過機(jī)動(dòng)飛行可向敵方衛(wèi)星靠近，再利用機(jī)械臂破壞后者的關(guān)鍵設(shè)備，使其癱瘓，或者直接將敵方衛(wèi)星“擒獲并帶回地面”。

X-37B空天飛機(jī)

2012年12月12日， X-37B空天飛機(jī)在美國(guó)一處空軍基地發(fā)射成功，這是該機(jī)第三次發(fā)射。X-37B速度很快，設(shè)計(jì)速度高達(dá)25馬赫，相當(dāng)于每小時(shí)2.8萬千米，可以在1小時(shí)內(nèi)飛往世界任何地方。由于X-37B速度超快，現(xiàn)有最先進(jìn)的軍用雷達(dá)都難以對(duì)它進(jìn)行監(jiān)控。美國(guó)研制X-37B的主要目的是軍事用途，它被認(rèn)為是未來太空戰(zhàn)斗機(jī)的雛形。它的成功試飛表明美軍“一小時(shí)全球即時(shí)作戰(zhàn)”計(jì)劃正由試驗(yàn)構(gòu)想逐步邁向?qū)崙?zhàn)化應(yīng)用。有關(guān)專家斷言，繼核武器、隱形武器之后，全球即時(shí)打擊武器的出現(xiàn)，或?qū)⒊蔀樾乱惠唶?guó)際軍備競(jìng)賽的新起點(diǎn)。

X-37B升空后可利用自身攜帶的武器對(duì)敵國(guó)衛(wèi)星和其他航天器采取控制、捕獵和摧毀等攻擊，甚至向敵方地面目標(biāo)發(fā)起攻擊。盡管X-37B目前還屬于低軌道航天器，其直接的太空作戰(zhàn)能力有限，但軍事專家認(rèn)為，X-37B可搭載導(dǎo)彈、激光發(fā)射器等先進(jìn)武器實(shí)施遠(yuǎn)程精確打擊，其作戰(zhàn)潛力不可低估。目前，美軍的航天偵察能力主要由國(guó)家偵察局負(fù)責(zé)，但存在作戰(zhàn)響應(yīng)慢、費(fèi)用昂貴等不足，因此美國(guó)國(guó)防部決定發(fā)展空天飛機(jī)以彌補(bǔ)美軍航天偵察能力的不足。 X-37B能夠搭載多種偵察設(shè)備，在高空對(duì)海陸空目標(biāo)及外太空目標(biāo)進(jìn)行偵察，并將偵察信息實(shí)時(shí)傳遞給作戰(zhàn)單位。

“云霄塔”空天飛機(jī)

在英國(guó)，空天飛機(jī)的研發(fā)已近30年，目前正在進(jìn)行研制的是“云霄塔”空天飛機(jī)。按照科學(xué)家的設(shè)計(jì)，未來投入使用的“云霄塔”長(zhǎng)達(dá)90米，翼展25.4米，起飛質(zhì)量345噸，可一次搭載30名乘客上太空?！霸葡鏊蓖瑫r(shí)裝載了噴氣式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和“佩刀”吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)?！芭宓丁本哂休p便高性能的熱交換機(jī)，可以提升熱動(dòng)力循環(huán)效率，有助于空天飛機(jī)進(jìn)行高速巡航。

由于空天飛機(jī)在大氣層中以超高速飛行，導(dǎo)致其前方的空氣被加熱到1000多攝氏度。如果不對(duì)機(jī)頭吸入的空氣進(jìn)行冷卻，高熱的空氣可能令發(fā)動(dòng)機(jī)迅速爆缸。為了克服這個(gè)難題，研究人員為“云霄塔”開發(fā)出現(xiàn)創(chuàng)新性冷卻技術(shù)，能在0.01秒內(nèi)將氣流從1000攝氏度冷卻到零下150攝氏度。原來，“云霄塔”使用了一種特殊類型的預(yù)冷熱交換器，它能使大氣中的氧氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前先冷卻成液氧，然后進(jìn)入燃燒室和液氫燃料進(jìn)行混合燃燒，以此為飛機(jī)提供巨大動(dòng)力。