太空飞机:可重复使用的宇宙飞船可否再度崛起

IT资讯 2年前 (2021) IT资讯
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中国北京时间 1 月 27 日信息,伴随着美国国家航空航天局(NASA)航空航天飞机新项目的完毕,可多次重复使用的太空飞机定义好像也随着衰落。在 21 新世纪,太空飞机会再度兴起吗?

1903 年,莱特兄弟在国外北卡罗莱纳州的小鹰镇开展了人类的历史上初次可控性驱动力航行,此后以后,大家就逐渐理想着飞向太空。不上 70 年以后,一部经典影片十分真实地为大家展现了太空飞机很有可能会是什么样子。在斯坦利 · 库布里克的《2001:太空漫游》(1968)中,一架大中型太空飞机随着施特劳斯的华尔兹圆舞曲《蓝色多瑙河》,轻轻松松地与一个极大的转动太空站连接。

虽然自此出現了很多计划、原型机和实验航行,但仅有二种太空飞机进到服现役,即航空航天飞机(Space Shuttle)和商业秘密的空客 X-37B,即路轨实验飞行器(Orbital Test Vehicle,通称 OTV)。现阶段,仅有空客这款中小型没有人室内空间飞机仍在服现役。

太空飞机:可重复使用的宇宙飞船可否再度崛起

▲太空飞机一直是人们的理想

大家对雅致的太空飞机依然心怀理想,虽然对其具体功效的希望很有可能比不上之前。欧州室内空间局有相近的可多次重复使用航天飞机新项目,称之为 “太空骑士”(Space Rider),预估将于 2023 年发送起飞。另据报道,印尼开发设计的迷你型太空飞机也将在这个十年的尾端发送起飞。

现阶段,大家依然借助火箭弹将航天员送进外太空,用滑翔衣悬架的太空舱将她们送到地球。那麼,在 NASA 早已退伍的航空航天飞机以后,新的太空飞机为什么还一拖再拖沒有起降?

大家也许能够在科罗拉多州落基山脉脚底,间距小鹰镇 2900 千米的一个实验场寻找该难题的回答。这一坐落于科罗拉多航空航天港的设备是由 Reaction Engines 企业专业修建的,用以对该企业颠覆性的新式冲压发动机技术性开展 “热检测”。这种检测获得了美政府国防安全高級科学研究计划局(Darpa)的适用。

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▲Reaction Engines 企业在国外科罗拉多州的实验场,她们应用一台战机柴油发动机来协助开展实验

Reaction Engines 是一家美国航天航空企业,由技术工程师莱纳 · 邦德、杰弗里 · 瓦维尔和罗伯特 · 斯金斯于 1989 年,在美国太空飞机新项目 “HOTOL”撤消后开创的。在 HOTOL 新项目的基本上,该企业期待打造出一款单极路轨太空飞机,称之为 “云宵塔”(Skylon,又被称为 “天龍”),并开发设计能为其出示强劲驱动力的柴油发动机。“呼吸式双模冲压发动机”(Synergetic Air Breathing Rocket Engine,通称 SABRE)是一款氢动力柴油发动机,能够运用大气圈中的co2,促进像云宵塔那样的太空飞机从 0 加快到高超音速;在进到外太空后,柴油发动机进到火箭弹模块方式,改成装车的氧。

现如今,Reaction Engines 获得了一些业界大型企业和组织的适用,包含空客、美国航宇系统软件企业,劳斯来斯企业,及其美国和欧州航空航天组织。

在实验场的安全防护网内,一台美苏冷战战机的模块在改裝以后,被用以拷贝高超音速下造成的高溫气旋。超温的气体从一个由数千个厚壁管构成的轻形环状设备喷涌而出,冷却液就在这种厚壁管内流动性。它是一台预冷器,作用是尽早地把极端化发热量排出来。技术工程师们期待该设备在 SABRE 模块上应用时,可以避免 其內部部件在高溫下熔融,保证模块合理运作。

2019 今年初,预冷器承受住了 420 ℃的磨练,这仿真模拟的是飞行器以 3.3 马赫——音速的三倍多——在空气中航行的状况。但是,技术工程师们要想做到的是 5 马赫。它是个神奇的数字,等同于每钟头 6200 千米的飞出速度;换句话说,它是协合飞机飞行速度的二倍多,比全世界更快的涡喷发动机飞机 SR-71“黑鸟”战机还快 50% 之上。5 马赫也正好是现阶段飞机生产制造常用原材料的極限。

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▲“云宵塔”是 20 新世纪 90 时代中后期的一个太空飞机定义,设计方案的飞出速度达到 5 马赫

在 5 马赫和海拔高度 20 千米时,SABRE 模块将关掉进风口,终止呼吸,逐渐点燃混和了氢燃料的液态氧,以 25 马赫的速率进到地球轨道。2019 年 10 月,原来记录被摆脱,仿真模拟的飞出速度做到了 5 马赫。预冷器在不上 1/20 秒的時间内取得成功制冷了注入设备的超出 1000 ℃的气体。

此次检测的取得成功为精英团队责任人克山 · 韦伯获得了英国皇室航空公司学好享有盛誉的拉尔夫 · 罗宾斯爵士舞工程项目领导干部奖牌,其精英团队也得到了一系列荣誉奖。“大家达到了一些之前从没做了的造就,”韦伯说,“它是航天工程提升发展趋势中的一个重特大時刻。这一取得成功使大家离 SABRE 的完成又近了一步,并且为高超音速飞行刮平了路面。”

现阶段,韦伯已经科学研究 SABER 模块自身的关键技术。虽然很有可能必须等候 10 年才可以逐渐这款柴油发动机的航行实验,但在其中创新能力的热控制系统好像已被运用到别的行业。比如,在纯电动车中,新式高效率轻形换热器将使锂电池充电更快,使用时间更长。

英国得克萨斯州高校俄克拉荷马城校区的克里斯多夫 · 库姆斯说:“Reaction Engines 企业做得非常好的一点是,她们是说先开发设计一种技术性,随后再开发设计另一种技术性。向投资人推销产品能够在 5 年之内用以喷气式样战机的换热器,要比推销产品必须 30 年時间修建的云宵塔非常容易得多。”

令人费解的是,在 Reaction Engines 网址上难以寻找相关云宵塔的信息内容。“云宵塔是一款定义飞行器,用于展现 SABRE 柴油发动机将怎么使用,”该企业的业务流程开发设计主管奥利弗 • 纳拉德说,“大家并并不是在开发设计飞行器。最近大家将关键放到柴油发动机上,但此外,大家务必保证外太空飞行器技术性的同歩开发设计。”

因此,Reaction Engines 与很有可能修建太空飞机的 “不一样相关者”进行协作。2020 年,该企业与欧州室内空间局(ESA)协作,制订了一个更加传统的计划,即在未来十年从法属圭亚那发送一架二级飞行器。

太空飞机的定义非常简单,虽然有时候会与一系列令人费解的飞行器联络起來。在一个十分广泛的界定下,用以发送维珍路轨(Virgin Orbit)企业 “调频发射机一号”(LauncherOne)的空客 747 还可以分类为太空飞机,因为它等同于太空飞船的第一级。

让 • 德维尔表明,真实的太空飞机有二种,“一种非常简单,便是根据传统式的竖直起降火箭弹将太空飞机送进外太空,例如航空航天飞机。更艰难的一种是飞行器水准起降,根据一个渐近的路轨抵达外太空,或是二级全是太空飞机。”

太空飞机的优势非常容易例举出去。一个站得住脚的定义便是 “飞”到太空站,随后再飞回,如同大家乘飞机从纽约市飞到美国旧金山一样。太空飞机能够应用飞机跑道,而不用价格昂贵的发射塔,这也代表着他们能够更经常地发送和降落。假如想收购 精细而敏感的通卫星,唯一的解决方案是乘坐太空飞机,而不是应用载客太空舱,运用滑翔衣降速返回地球。

太空飞机还可以用于检测军用装备,乃至阻拦敌军通讯卫星。从技术上,太空飞机与高超音速武器装备和飞机的技术性有重合之处。因而,Reaction Engines 也参加了英国国防部支助的一个科学研究新项目,致力于为飞机开发设计高超音速推动系统软件。

殊不知,航天航空并沒有依照太空飞机推动者所期待的方法发展趋势。英国罗得岛南海舰队战争学院的彼得 • 伯巴赫表明:“我们在电子计算机层面获得的发展远远地超出了火箭弹。自动化技术代表着大家确实不用把很多人送上外太空。这很有可能看上去很初始,或是看上去不足体面地,但事实上,火箭弹才算是大家现阶段所必须的。”

一些剖析人员觉得,现阶段将通讯卫星带到地球上的要求也非常少,由于他们的修建成本费急剧下降,使用寿命也愈来愈长——坦率地说,通讯卫星正变为某类一次性用品。在 Space X 企业的星链通讯卫星群中,就应用了数千颗大批量生产的中小型通讯卫星,用于扩张网络接入,这种通讯卫星想来也不会大费周章地开展收购 。

另一方面,太空飞机涉及到成本费价格昂贵的技术性挑戰。这在其中,不但必须充足牢固和轻巧的原材料来承担经常的外太空来回,还务必考虑到如何把航行不一样环节需要的两到三种不一样种类的推动系统软件融合在一起。“我认为,它是最关键的艰难之一,”让 · 德维尔说。

“最终,太空飞机新项目的关键阻碍取决于开发设计全过程必须十分深厚的资产,”让 · 德维尔填补道,“这就是为何欧州、前苏联和乌克兰都放弃了这一定义。”

随后便是市场竞争。“Space X 以持续提升極限而出名,但它已经抹杀太空飞机,”克里斯多夫 · 库姆斯说,“她们在减少外太空浏览成本费层面做得很好,但这也让她们失去项目投资价格昂贵太空飞机科学研究的兴趣爱好。”

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▲NASA 的太空飞机时期伴随着航空航天飞机在 2011 年的退伍而宣布完毕

很有可能仅有亿万富豪才可以承担开发设计太空飞机不成功的成本。

虽然空客的 X-37B 近些年在国防行业获得了取得成功,但太空飞机发烧友们早已习惯心寒。前苏联航空航天先行者弗里德里希 · 灿徳尔在 1911 年设计方案了一架星际帝国航空航天飞机,飞机翼设计方案为可在升高全过程中损坏。20 新世纪 30 时代,德国技术工程师尤金 · 桑格明确提出了用火箭弹驱动器的亚路轨战略轰炸机空袭纽约市的念头。幸运的是,德国纳粹沒有将此变为实际。

20 新世纪 50 时代,火箭弹室内设计师沃纳 · 冯 · 布劳恩在《科利尔杂志》(Collier‘s magazine)上论述了他对 “带羽翼的火箭弹”的构想,而美军听取意见了桑格的念头。空客 X-20 Dyna-Soar(“驱动力倍增器”的英文简写)从 1957 年一直不断到 1963 年,在花销了 6.6 亿美金后停止,取代它的的是 “巨蟹座计划”(Gemini programme)。最开始的巨蟹座宇宙飞船本应由火箭升空进到外太空,在回到时候动力滑翔伞一样着陆在运动场上,但这一计划最后也被撤消。以前密秘的前苏联新项目也失败了,例如 “雅克 - 105”(MiG-105)太空战机。它是前苏联时断时续的修建太空飞机计划中开发设计的载客检测飞行器,在 1976 年初次航行。这一新项目被称作 “试验性载客路轨飞行器”(Epos),最后在一年后被撤消。

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▲前苏联的 “超级雷暴”号是另一种很有市场前景的太空飞机设计方案,但在前苏联解体以前,它还从没开展过载客航行每日任务

好像每一个我国都想有着自身的太空飞机。受 NASA 航空航天飞机的启迪,前苏联的 “超级雷暴”(Buran)号航空航天飞机在 1988 年进行了一次无人航行,之后该计划被撤消。欧州和日本的航天飞船也滞留在计划环节。由于火箭弹是进到太空比赛迅速的方法。

虽然航天飞船的主要表现不佳,但美国并沒有终止开发设计可多次重复使用太空飞机的理想。因为技术性难题,洛克希德 · 乔治企业填满未来感的 X-33,或称 “探险新星”(Venture Star),在中后期环节被撤消。相传美国也有别的新项目在密秘开展,在这种新项目中问世了无人的空客 X-37B 试验仪,但波音公司建议的更大中型载人飞行器被否定了。

那麼,太空飞机也有将来吗?

高超音速飞机和武器装备的产品研发比赛很有可能有利于处理太空飞机新项目遭遇的技术性难题,波音公司的太空四轴飞行器也许也可以在这其中饰演适度的人物角色。“外太空充满了毁灭的理想和粉碎的服务承诺,”《太空战事:发展战略、太空能量和地缘政治学》(War in Space: Strategy,Spacepower,Geopolitics)一书创作者、美国莱斯特大学的布莱登 · 鲍恩说,“太空飞机很有可能仅仅为新技术应用出示一个有效的路轨实验服务平台。”

Reaction Engines 企业的奥利弗 • 纳拉德说:“说到底,大家期待太空航行能超过如今的水准。她们正在尝试做到一种按需发送的工作能力,如果我们想最后释放出来太空的发展潜力,就必须努力创造那样的四轴飞行器方式。”

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