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航天科普,中国研发极超音速航天飞机

2020-03-13 11:22

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图片 2 美国X-51“驭波者”高超音速飞行器(资料图片)。

空天飞机就是既能航空又能航天的飞行器,集喷气式飞机、运载火箭与航天飞机于一身,它既可以作为载人航天器,又可完全重复使用。空天飞机上同时有飞机发动机和火箭发动机,它起飞时也不使用火箭助推器,而是像普通飞机一样从跑道上凭借喷气式发动机起飞,在高空逐渐加速,以高超音速在大气层上层飞行。进入太空前,因为氧气稀薄,喷气式发动机切换为火箭发动机,以自带的氧化剂和燃烧剂助推进入太空,成为航天器。空天飞机降落时则可以像普通飞机一样在飞机场降落。

摘要: 美国《大众科学》月刊称,就在太空探索技术公司利用它的可回收火箭吸引眼球之际,中国宣布,它正在研发太空飞行中另一种重量级飞行器:极超音速航天飞机。由于这种航天飞机加速比较平缓,它的某个版本可以用于太空旅游。 ... ...图说:2016年6月25日,长征七号运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空(拼版照片)。新华社发参考消息网8月11日报道 美国《大众科学》月刊称,就在太空探索技术公司利用它的可回收火箭吸引眼球之际,中国宣布,它正在研发太空飞行中另一种重量级飞行器:极超音速航天飞机。据该月刊网站8月9日刊登题为《中国组合动力航天飞机可能重置21世纪太空竞赛》的报道称,中国航天科技集团公司(CASTC)将开始研发一种高技术的飞行器,这种飞行器比已经退休的航天飞机更高效,它使用多种动力,能从普通机场起飞,并直线飞入轨道。这种组合动力航天飞机的组合循环发动机将利用涡轮扇发动机或涡轮喷气发动机让飞行器从飞机跑道上水平起飞。一旦来到空中,就会转而使用冲压发动机。随着速度增加,又调整为超音速燃烧冲压式喷气发动机。在超音速燃烧冲压式喷气发动机阶段,该组合动力航天飞机将在“近太空”处进入极超音速飞行。“近太空”位于海平面以上20-100公里处。最后,该航天飞机将利用它的火箭发动机飞出“近太空”,进入轨道。报道称,中国媒体报道说,CASTC的航天飞机可方便地重复使用,这会大大降低太空发射的成本。CASTC的工程师张永说,中国将在今后3-5年掌握这种航天飞机的各项技术,该航天飞机将在2030年实现应用。有趣的是,CASTC另一名工程师杨旸提到,这种航天飞机将让没有接受过培训的人员更容易地进入太空,因为同太空运载火箭相比,这种航天飞机的加速比较平缓,从而会降低宇航员在起飞过程中经受的身体劳损。这意味着,这种航天飞机的某个版本可以用于太空旅游。报道称,以报道中的时间表掌握有关的复杂技术是一个极端雄心勃勃的目标。不过,实际上,中国在这一项目所需的很多关键技术方面已经是一个世界领导者。2015年,王振国教授因成功研发了一个超音速燃烧冲压式喷气发动机而获得中国航空学界最高奖——“冯如”奖。他的工作使中国成为世界上继美国之后第二个掌握超音速燃烧冲压式喷气发动机技术的国家。中国还拥有世界上最大的极超音速风洞,它可以用来测试超音速燃烧冲压式喷气发动机,而无需在高海拔处进行成本高昂又非常危险的飞行测试。报道称,中国已经拥有各种先进的固体燃料和液体燃料太空火箭。甚至中国在历史上处于弱势的涡轮发动机技术或许也不成问题。对CASTC来说,最大的挑战或许在于将所有相关部件整合成一个推进器包,并建造一个足够轻巧和牢固的机身,以经受住极超音速飞行和重返大气层带来的各种考验。

资料图:组合动力飞行器想象图。其基本原理是集成火箭发动机、冲压发动机、航空发动机等不同动力模式,取长补短。从组合动力飞行器演示动画看,组合动力飞行器在起飞时,使用的是在低速飞行条件下,性能很高的航空涡轮发动机或吸气式火箭发动机;达到一定速度后,使用适应在大气层内高速飞行的冲压发动机。这两种发动机只能在大气层内使用,而飞行器到达临近空间,便需使用火箭发动机进入太空。

 

为了实现这一功能,工程师想到一个可行的解决方法,就是使用超音速燃烧冲压喷气发动机(简称scramjet)作为空天飞机的引擎。这种发动机在升空时会从大气吸入氧气。由于飞行时会捕捉空气而不用携带载助燃剂,飞机起飞重量大大减轻。就拿今日所使用最先进的发射系统航天飞机来说,约有一半的发射重量是来自液态氧与氧化剂。整个系统必须一路承载着这些重量,让火箭持续燃烧燃料以进入轨道。换句话说,同样燃烧一公斤的推进剂时,scramjet所产生的推进力是火箭的四倍。在经过几十年断断续续的发展后,具实用性的scramjet可望展翅而飞。各国研究人员已经在2007年与2008年对这种进行了关键而全面的地面测试,2009年也进行了一系列突破技术障碍的飞行试验。

(参考消息网8月23日报道)外媒称,中国正在研发一种高超音速飞行器,能够将驾驶员(甚至是乘客)带到太空边缘。据英国每日邮报网站8月12日报道称,中国一家国有航空公司已经开始研制能够从跑道上起飞、将乘客带到近地轨道的飞行器了。据称,中国的这一设计将比借助火箭升空、并在跑道上降落的美国航天局航天飞机更为高效。中国宣称,其所打造的高超音速航天飞机可极大的降低太空旅行的开销。

  外媒称,中国正在研发一种高超音速飞行器,能够将驾驶员(甚至是乘客)带到太空边缘。

例如,美国能源部的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室已完成一种超高音速飞机的革命性设计。这架原型机是用氢做动力,时速近一万一千公里,即10倍音速。这样的风驰电掣使其可在2小时内飞到全球任何位置。这种飞机的与众不同在于它的飞行轨迹。它被设计成采用在大气层上缘飞行,像用石片打水漂一样在大气层上弹跳前进,轨迹类似一条正弦曲线。按照设计师的构想,这种飞机首先穿越大气层到4万米的高空,关掉发动机靠重力与惯性降回大气层表面。此时再启动scramjet发动机吸入空气推进助燃,再次升入太空。如此往复,不但燃料的燃烧效率得以提高,还减少了散热的麻烦。来源:航天科技集团网站

《大众科学》杂志称,该飞行器可像普通飞机一样起飞,之后超燃冲压发动机开始工作,将飞机高度提升至海平面以上100公里处。这时,火箭助推器会提供额外的推动力,令其有足够的动力以逃离地球低层大气的控制。中国一家电视台的节目中讨论了该航天飞机的相关计划,称航天飞机将于2030年前投入使用。鉴于美国航天局的航天飞机计划自2011年便退役,中国这款航天飞机的横空出世会令其在太空竞赛中占尽先机。

  据每日邮报网站8月12日报道称,中国一家国有航空公司已经开始研制能够从跑道上起飞、将乘客带到近地轨道的飞行器了。

就在中国宣布高超音速航天飞机的几周前,俄罗斯透露其正在研制一款高超音速飞行器,能够在2个小时内抵达全世界的任何角落。一直以来,欧洲航天局都在资助革命性的协同式吸气火箭发动机的研究,装配该引擎的飞行器速度可达4000英里/小时(约为6500公里/小时)。然而今年初,有报道称中国已经测试了一款速度可达7000英里/时(约为11000公里/小时)的高超音速飞行器。据悉,安装在弹道导弹助推器上的名为DF-ZF的高超声速滑翔飞行器在中国的五寨导弹测试中心发射升空。该飞行器旨在以高速将导弹发射至全球任意角落。

  据称,中国的这一设计将比借助火箭升空、并在跑道上降落的美国航天局航天飞机更为高效。

《大众科学》称,中国的新航天飞机将采用组合循环预冷发动机以及火箭发动机。这与英国制造的Skylon高超音速飞行器所采用的方法类似。为达到高超音速飞行的目的,该飞行器使用了喷气发动机公司制造的引擎。该航天飞机的项目工程师之一张勇(音译)称,这项技术将在未来3至5年内成熟,2030年前可发射全尺寸模型。另一位来自中国民航科技学术研究院的工程师杨洋(音译)透露,航天飞机加速比太空运载火箭更平缓,因而可能会被用于发展太空旅游。

  中国宣称,其所打造的高超音速航天飞机可极大的降低太空旅行的开销。

太空探索技术公司(SpaceX)和蓝色起源公司(Blue Origin)等企业正在竭力开发可重复利用的航天器,以降低飞至地球轨道的开销,而高超音速太空飞船甚至可将这一开销压得更低。不过,中国的这一时间表未免有点过于雄心勃勃。在短时间内搞定这些高技术引擎的复杂技术基本是不可能完成的任务。不过如若中国真的做到了,那么它所带来的影响将会是相当巨大的。这一革命性的飞行器不仅能够让普通大众离太空旅行更近一步,其在军事领域的应用还可将中国在近空的速度提高到其他防空系统都无法匹敌的程度。(编译/文怡)

  《大众科学》杂志称,该飞行器可像普通飞机一样起飞,之后超燃冲压发动机开始工作,将飞机高度提升至海平面以上100公里处。

  这时,火箭助推器会提供额外的推动力,令其有足够的动力以逃离地球低层大气的控制。

  中国一家电视台的节目中讨论了该航天飞机的相关计划,称航天飞机将于2030年前投入使用。

  鉴于美国航天局的航天飞机计划自2011年便退役,中国这款航天飞机的横空出世会令其在太空竞赛中占尽先机。

  就在中国宣布高超音速航天飞机的几周前,俄罗斯透露其正在研制一款高超音速飞行器,能够在2个小时内抵达全世界的任何角落。

  一直以来,欧洲航天局都在资助革命性的协同式吸气火箭发动机的研究,装配该引擎的飞行器速度可达4000英里/小时(约为6500公里/小时)。

  然而今年初,有报道称中国已经测试了一款速度可达7000英里/时(约为11000公里/小时)的高超音速飞行器。

  据悉,安装在弹道导弹助推器上的名为DF-ZF的高超声速滑翔飞行器在中国的五寨导弹测试中心发射升空。该飞行器旨在以高速将导弹发射至全球任意角落。

  《大众科学》称,中国的新航天飞机将采用组合循环预冷发动机以及火箭发动机。

  这与英国制造的Skylon高超音速飞行器所采用的方法类似。为达到高超音速飞行的目的,该飞行器使用了喷气发动机公司制造的引擎。

  该航天飞机的项目工程师之一张勇(音译)称,这项技术将在未来3至5年内成熟,2030年前可发射全尺寸模型。

  另一位来自中国民航科技学术研究院的工程师杨洋(音译)透露,航天飞机加速比太空运载火箭更平缓,因而可能会被用于发展太空旅游。

  太空探索技术公司和蓝色起源公司等企业正在竭力开发可重复利用的航天器,以降低飞至地球轨道的开销,而高超音速太空飞船甚至可将这一开销压得更低。

  不过,中国的这一时间表未免有点过于雄心勃勃。在短时间内搞定这些高技术引擎的复杂技术基本是不可能完成的任务。

  不过如若中国真的做到了,那么它所带来的影响将会是相当巨大的。

  这一革命性的飞行器不仅能够让普通大众离太空旅行更近一步,其在军事领域的应用还可将中国在近空的速度提高到其他防空系统都无法匹敌的程度。

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