“追夢者”追隨夢想 大步前行

□ 邢強

“追夢者”追隨夢想 大步前行

□ 邢強

“追夢者”與上一代航天飛機

2017年1月下旬，美國私人航天公司內(nèi)華達山脈公司的被稱為“新一代航天飛機”的“追夢者”空天飛行器被運往位于美軍加利福尼亞州愛德華茲空軍基地的NASA阿姆斯特朗飛行研究中心進行系統(tǒng)測試。這個標志性的事件宣告了后航天飛機時代，一種類似小型航天飛機的設計開始回歸。

那么，“追夢者”是怎樣的一種飛行器？其總體設計理念甚至大量設計細節(jié)是如何得益于冷戰(zhàn)時期的空天戰(zhàn)斗機概念的？未來，這樣的飛行器又會以什么樣的方式影響我們的生活呢？

冷戰(zhàn)時代的大膽設想

為了追本溯源，找到“追夢者”的技術來源，我將和你一同回到那個太空探索剛剛萌芽但卻又充滿激情的冷戰(zhàn)時代。

1957年10月24日，美國空軍和波音公司正式提出了X-20空天戰(zhàn)斗機的計劃。該計劃要研制一種由洲際彈道導彈以垂直的姿態(tài)發(fā)射到太空，并且能夠在太空執(zhí)行完偵察、戰(zhàn)斗、維護或者摧毀衛(wèi)星、攔截空間飛行器等任務后，安全返回地面，水平降落在軍用機場跑道上的飛行器。這種飛行器能夠在大氣層外執(zhí)行任務，而其本身具有的高超聲速飛行的特點使其在大氣層內(nèi)極難被傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機所攔截，而且能滑翔很遠的距離。聽起來很像是二戰(zhàn)期間，德國設計的名為“銀鳥”的超遠程轟炸機的概念。

瓦爾特·多恩伯格是現(xiàn)代火箭武器的開拓者之一。他畢業(yè)于柏林工業(yè)大學，后來進入庫默斯多夫?qū)嶒炇已兄苹鸺?。二?zhàn)期間被調(diào)入佩內(nèi)明德，成為V-1導彈和V-2導彈的核心研發(fā)人員。1945年，被盟軍俘虜后，囚禁在英國監(jiān)獄。1947年，美國設法將其從英國帶出，并直接帶到美國空軍的實驗室參與研究工作。1950年起，開始擔任貝爾公司高級顧問，后任X-20空天戰(zhàn)斗機驗證機首席科學家。后來，他得以返回德國老家。

在多恩伯格以及其他工程師的呼吁下，冷戰(zhàn)時期，美國空軍與波音公司共同提出了用大力神洲際彈道導彈與X-20空天戰(zhàn)斗機相結合的運載方案。波音的團隊對X-20飛行器做亞軌道飛行甚至是在近地軌道上執(zhí)行任務都顯得信心滿滿。

在鐵幕的另一面，蘇聯(lián)對空天戰(zhàn)件的爆發(fā)而逐漸被歷史的塵埃所掩埋。如今，米格-105原型機靜靜地停放在莫斯特東郊的莫尼諾機場附近的空軍博物館（這個博物館距離莫斯科市區(qū)40千米，是目前世界上最大的飛行器博物館。）

美國空軍與波音合作的X-20空天戰(zhàn)斗機驗證機項目則早在1963年就因為要給“雙子座”載人飛船項目騰挪人力和物力而在花費了相當于今天的51.6億美元的經(jīng)費后，戛然而止。

①頭戴禮帽，左手拿煙，右手插兜，淡定微笑的多恩伯格與左手打著石膏的馮·布勞恩一起，給人們留下了深刻的印象，同時也預示了戰(zhàn)后德國工程技術人員開始大量向英國和美國輸送的現(xiàn)實

②蘇聯(lián)BOR-4空天飛行器

③愛德華茲空軍基地，一座HL-10的雕塑傲然挺立，訴說著過去的榮耀與探索

④如今，米格-105原型機靜靜地停放在莫斯特東郊的莫尼諾機場附近的空軍博物館

升力體技術日趨成熟

雖然X-20項目在1963年中止了，但是其相關技術依然在發(fā)展，并未受到實質(zhì)影響。存放在波音公司的總裝廠房內(nèi)的X-20原型機依然在訴說著人類對空天飛行器進行早期探索的那些故事。

實際上，空天戰(zhàn)斗機計劃背后還真的有德國工程師在力推。其中一個重要的工程師就是瓦爾特·多恩伯格。他與馮·布勞恩等德國工程師在二戰(zhàn)末期一同被盟軍俘虜。在那張著名的歷史照片中，頭戴禮帽、左手拿煙、右手插兜、淡定微笑的多恩伯格與左手打著石膏的馮·布勞恩一起，給人們留下了深刻的印象，同時也預示了戰(zhàn)后德國工程技術人員開始大量向英國和美國輸送的現(xiàn)實。斗機的概念也進行了大量研究。在被蘇聯(lián)人尊稱為“暴風雪航天飛機之父”的洛季諾-洛津斯基博士的組織下，蘇聯(lián)進行了BOR系列項目。這些項目大部分不太為人所知，不過有兩大型號一定能夠引起很多人的回憶：“螺旋”空天戰(zhàn)斗機與“暴風雪”號航天飛機。

不過，有些令人惋惜的是，蘇聯(lián)的BOR項目和代號為“螺旋”的米格-105空天戰(zhàn)斗機項目隨著重大事

就在美國空軍中止了X-20項目的同一年，美國航宇局（NASA）開始認真提出升力體的概念，并且開始做出比X-20驗證機更加大膽的設計。升力體的基本設計理念就是飛翼的另一個極端：飛翼為了追求亞聲速飛行狀態(tài)下的阻力最小化，采用了省略尾翼并且把機身的主要部分隱藏在厚厚的機翼內(nèi)的設計，而升力體的設計則針對高超聲速的飛行狀態(tài)。此時足夠高的速度使得機身本身可以產(chǎn)生足夠的升力，因此干脆就不用機翼了（或者機翼退化為機身向外延伸的穩(wěn)定翼）。不過，受技術條件的限制，當年的升力體驗證機大多飛行在亞聲速狀態(tài)。如何在不同飛行狀態(tài)下進行氣動數(shù)據(jù)的驗證，則是后話了。

1963年 至1966年，NASA的M2-F1升力體驗證飛行器進行了大量測試飛行。1963年8月16日M2-F1升力體首飛成功。一架C-47運輸機通過纜繩拖拽著這架升力體晃晃悠悠地飛上了天空。M2-F1飛行器沒有一點點機翼，完全靠機身來產(chǎn)生升力。該機的機身擁有鼓脹飽滿的肚子、圓潤的曲線、短小的穩(wěn)定翼，再加上“憑空消失”的機翼，很多人很難想象這個東西能飛。不過，NASA還是憑借著一份執(zhí)著心（當然也不能忽視那架老C-47立下的汗馬功勞），讓升力體由紙上的概念變?yōu)榱苏鎸嵈嬖诘娘w行器。

另外，秉承“不能把所有的雞蛋放在同一個籃子里”的理念，精明且一心要把事情做成的NASA在X-20項目中止的同一年（1963年），又開始委托諾斯羅普公司為其生產(chǎn)HL-10飛行器。3年后，到了1966年12月22日，HL-10飛行器就實現(xiàn)了在大氣層內(nèi)的首飛。

一張在1968年11月30日拍攝的唯美的照片記錄下了那個精彩的瞬間。NASA的工程師約翰·里弗斯埋頭檢查HL-10飛行器的駕駛艙，而HL-10的試飛員戴納則抬頭向上看。此時，一架NASA的NB-52B試驗用機恰好轟鳴著8臺渦噴發(fā)動機呼嘯而過，而這架飛機正是HL-10飛行器的母機。這是一個不錯的隱喻，望向天空甚至是太空的試飛員，與HL-10飛行器一起，看到了升力體式空天飛行器的未來。

截 止 到1970年7月17日，HL-10飛行器共進行了37次飛行，積累了大量珍貴的數(shù)據(jù)。

到了上世紀70年代初，NASA又與諾斯羅普一起，合作研制了M2-F3升力體驗證機。

同一時期，NASA與馬丁·瑪麗埃塔公司（該公司在1995年與洛克希德公司合并，成為了今天廣為人知的洛克希德·馬丁公司）合作，研發(fā)了X-24驗證機，同樣也是升力體布局。X-24升力體驗證由火箭發(fā)動機推動，在B-52母機釋放后，從其下方呼嘯飛行向前。

在1969年至1975年間，X-24驗證機的大量試飛活動也積累了不少數(shù)據(jù)。就這樣，從上世紀60年代到上世紀70年代，升力體的氣動研究日漸成熟。常駐愛德華茲空軍基地的3款驗證機：馬丁·瑪麗埃塔公司的X-24A、諾斯羅普公司的M2-F3和HL-10為升力體飛行器的工程化奠定了較為堅實的基礎。

一張在1968年11月30日拍攝的唯美的照片記錄下了那個精彩的瞬間。NASA的工程師約翰·里弗斯埋頭檢查HL-10飛行器的駕駛艙，而HL-10的試飛員戴納則抬頭向上看。此時，一架NASA的NB-52B試驗用機恰好轟鳴著8臺渦噴發(fā)動機呼嘯而過。

沖出大氣層！

上世紀80年代，蘇聯(lián)搶先發(fā)力，其BOR-4空天驗證飛行器在1980年12月5日實現(xiàn)了升力體飛行器的首次亞軌道飛行。1982年6月4日，BOR-4空天飛行器進行了漂亮的軌道飛行之后，濺落在印度洋預定海域，執(zhí)行了升力體飛行器的首次在軌任務。1983年3月15日，BOR-4空天飛行器又完成了一次軌道飛行，同樣以升力體形式返回，并濺落在印度洋海域。1983年12月27日和1984年12月19日，BOR-4又各自完成了一次軌道飛行任務，并濺落在黑海海域。不甘落后的NASA則推出了HL-20升力體空天飛行器的計劃，并趕在1990年10月造出了原理樣機（長得和BOR-4很像）。不過，該計劃最終還是中止了，沒能像蘇聯(lián)那樣真正到太空飛一飛。

追夢者，追逐夢想

幾十年的技術積累，給后來人提供了追逐夢想的有力支撐。多年來，來自當年愛德華茲空軍基地的測試飛行報告中有關升力體飛行器的試驗數(shù)據(jù)（升阻比、升力系數(shù)、阻力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)）已經(jīng)足以產(chǎn)生成熟的升力體空氣動力學理論。與升力體相關的姿態(tài)控制算法已經(jīng)在多款驗證飛行器上得到了驗證。而與之相關的先進材料，則早在X-20空天戰(zhàn)斗機驗證機上就得到了開發(fā)。

其中一種先進材料便是傳說中的Rene 41超級合金。這種超級合金來源于X-20項目。為了防止再入大氣的熱量燒毀機身，X-20的機身框架采用了Rene 41超級合金包裹多層鉬箔的方案。本質(zhì)上說，Rene 41超級合金是一種鎳鉻合金。其中，主要成分為鎳，另有20%的鉻、10.5%的鉬、12%的鈷、5%的鐵、3.3%的鈦、1.8%的鋁，還有少量的錳、銅、硅和硫。這種鎳基合金能夠在高達982℃的溫度中保持結構強度。

“追夢者”與空間站對接示意圖，注意，旁邊還有一艘進步號貨運飛船

隨著2011年航天飛機的正式退役，升力體式空天飛行器終于等來了它的機會。與她的X-24A前輩一樣，“追夢者”的機身也是在馬丁公司的廠房中誕生的，不過此時的公司名，已經(jīng)叫做洛克希德·馬丁了。

“追夢者”的個頭兒比較小，總長9米多，翼展7米，總重11噸，能夠被一輛皮卡輕松拖動。不過，別看這個家伙個頭兒小，它可是同樣能夠把7個人送入太空呢（與37.24米長的航天飛機的載客量相同）。

現(xiàn)在，“追夢者”已經(jīng)在內(nèi)華達山脈公司的車間完成了總裝。在“追夢者”的尾部左右兩側，是兩臺火箭發(fā)動機的噴口?！白穳粽摺辈捎昧讼冗M的固液混合火箭發(fā)動機，其具體燃料為液態(tài)一氧化二氮與端羥基聚丁二烯HTPB?！白穳粽摺钡奈膊恐虚g有個巨大的艙門。該艙門可連接標準對接口，用于在太空中進出貨物和人員。

值得一提的是，“追夢者”不僅僅其名字本身有追逐夢想之意，連對其進行最終測試的地點也別有深意。當2017年1月下旬，一輛卡車載著“追夢者”來到愛德華茲空軍基地時，一個升力體驗證機的雕塑赫然在目，沉靜又端莊地矗立在愛德華茲空軍基地的測試基地的大門旁邊。

如果有好事者離近一些細看的話，會發(fā)現(xiàn)，那原來是一架HL-10！愛德華茲空軍基地用這樣的方式來表達它的喜悅之情?！白穳粽摺钡某霈F(xiàn)終于使得當年的一大堆驗證機得來的數(shù)據(jù)有了繼航天飛機之后的新的用武之地。另外，特別值得一提的是用于對“追夢者”進行上天前的最終測試的那座廠房就是當年“企業(yè)”號航天飛機進行測試的地方。“追夢者”的測試活動讓該廠房在航天飛機退役后再次煥發(fā)了生機。

設想一下“追夢者”未來執(zhí)行任務的場景：

“追夢者”被安置在“宇宙神”V運載火箭的頂端，準備發(fā)射。“宇宙神”V火箭點火，將“追夢者”送入高空。 “追夢者”的固液混合火箭發(fā)動機開始工作，將飛行器送入太空。“追夢者”通過遍布周身的多臺姿控發(fā)動機來調(diào)整姿態(tài)。然后，“追夢者”尾部中間的對接口在太空完成對衛(wèi)星、空間站等飛行器的自動對接。最后，完成任務的“追夢者”再入大氣，按照升力體飛行原理，安全返回地面，降落在指定的機場跑道上。

在內(nèi)華達山脈公司提供的“追夢者”與國際空間站對接的示意圖上，調(diào)皮的藝術家讓“追夢者”旁邊恰好出現(xiàn)了一艘俄羅斯的“進步”號無人貨運飛船。該飛船此時也正對接在空間站上，與“追夢者”形成了比較鮮明的對比。按照設計，“追夢者”可以一次給國際空間站運來5噸貨物，這可比“進步”號2.35噸的運載能力大多了。

“追夢者”帶著X-20、米格-105、BOR-3、BOR-4、HL-10、X-24、HL-20等大量驗證飛行器的夢想，繼承了幾十年來人類對升力體和空天飛行器的研究成果，即將開啟追逐商業(yè)航天、個人航天與全球星際探索的夢想。未來美國私人航天空天運輸系統(tǒng)的三大主力將會是這樣的：波音公司的CST-100飛船、內(nèi)華達山脈公司的“追夢者”和SpaceX公司的“龍”飛船+“獵鷹”火箭組合。

如果順利的話，“追夢者”在2019年前具備執(zhí)行任務條件，那么在2024年之前，它會擁有至少6次為國際空間站運送貨物的機會。按照原設計，“追夢者”不僅能用宇宙神火箭發(fā)射，還能夠搭乘“阿里安”5、“獵鷹”重型火箭進入太空，這樣將減輕對單一火箭型號的依賴。另外，“追夢者”有折疊翼設計概念。通過這種設計，它可以把自己蜷縮到一個直徑為5米的標準整流罩中。這樣，會有更多的運載火箭能夠與之匹配成功。

這樣的飛行器能否將熱愛太空的我們也送上去看一看呢？今后，如果空天飛行器能夠得到廣泛應用，那么大家進入太空的成本有望大幅降低，會有更多的人有機會體驗在太空飛行的感覺。

在“追夢者”即將起航之際，祝福熱愛太空探索的人們都能快樂且堅定地奔跑在追逐夢想的路上！★