陈懋章院士的贡献无疑是最大的,包括发动机和总体设计,都已经取得了重大突破,而且领先于美、日、俄、英等世界空天动力强国。空天飞机是一种既能航空又能航天的新型飞行器,能像普通飞机一样水平起飞,然后以高超音速在大气层飞行,加速到12~25倍音速,进入地球轨道,成为航天飞行器。
《军武次位面》作者:大伊万
4月16日上午10时,神舟十三号载人飞船乘组在圆满完成为期183天的空间站飞行任务后,在内蒙古四子王旗东风着陆场成功着陆,航天员翟志刚、叶光富、王亚平成功返回地面。
这是“神舟”系列飞船的第13次飞行,是中国实施的第8次载人航天飞行任务、第二次空间站飞行任务,创下了中国载人航天、空间站任务飞行时间最长、任务项目最多的纪录。
飞船返回技术的发展
此次神舟十三号返回,有一个名词一直在被提起:“快速返回技术”,所谓的“快速返回技术”,指的是神舟十三号飞船和空间站组合体分离后,将原本需要约20个小时才能完成的制动离轨段,缩减到短短4到5个小时完成,从而确保航天员能够快速返回地面。
看起来无非是“20个小时”到“5个小时”的差别,但事实上“快速返回技术”和“快速对接技术”一样,都属于返回/对接技术的“进阶”。那么,“快速返回技术”到底是怎样做到的、人类 历史 上的载人航天器,都是如何返回地面的呢?
在大伊万的印象里,人类载人航天史上,先后出现了三代返回技术,分别是第一代的“飞船再入、弹射座椅返回技术”,第二代的“飞船再入、降落伞减速返回技术”、第三代的“轨道器再入、直接降落在机场返回技术”。
先说第一代返回技术,此代返回技术以苏联“东方”系列载人飞船为典型代表,主要技术特征和技术步骤是:飞船输入导航参数,载人舱段和服务舱段分离,尔后建立再入姿态,进入高层大气,利用大气层实施气动减速,待到达低层大气后,航天员启动弹射座椅弹射出舱,用降落伞降落到地面,飞船不继续减速,而是撞地坠毁。
这种航天员返回技术相对简单,比较适合苏联第一代载人飞船体积狭小、难以安排布置大型减速主伞的客观情况,人类 历史 上第一名航天员尤里加加林,就是采用这样的方式返回地面的。但是,这种靠弹射座椅弹射、使用降落伞落地的方式,可靠性和安全性非常差,对飞行员的生理和心理都是相当大的挑战。因此,很快就被全面淘汰了,只在美国的第二代载人飞船“双子星”飞船上,作为备用的逃逸设备被保留了下来,但也从来没有真正运用过。
而第二代返回技术,也即“飞船再入,降落伞减速返回技术”,分别被美苏两国运用在了自己的“水星”系列载人飞船(1962年2月实施首次地球轨道飞行)、“上升”系列飞船(1964年10月实施首次三人航天器飞行)上。所谓的“降落伞减速返回”,顾名思义,飞船实施制动离轨、多次调姿、推进舱和返回舱分离、建立再入姿态、穿过高层大气,进入低层大气后,航天员和飞船不分离,飞船上安装大型减速伞,打开减速伞后,将飞船的下降速度降低到合适的区间,并完成着陆。
目前,中国的“神舟”系列飞船,俄罗斯的“联盟-TM”系列飞船,美国的“载人龙”和已经退役的“阿波罗”系列飞船,均采用了这一着陆方式。当然在具体的着陆参数设置和部分设计细节上,以上飞船还是有相当大的不同的:
以美国而言,NASA设计的载人飞船偏好海上溅落,海上溅落的优势是海水缓冲相对较好,可以相应提高飞船的再入速度,如载人登月飞船再入时,就必须选择在海上溅落;
同时,海上溅落对飞船返回参数的选择比较宽泛,可以选择相对较大的着陆区,甚至不用担心飞船落偏方向,在海上溅落时,飞船也不需要设计反推火箭等;
但是,海上溅落的劣势是飞船抗浪性较差、遭遇大风大浪容易发生沉没事故、给航天员生命安全造成威胁,如美国在“水星”计划中,就出现过飞船溅落时莫名其妙地弹开了舱门、沉入大海最终没有被打捞起来的问题,让航天员加斯格里森差点丢了小命。
而中、苏(俄)的载人飞船偏好陆地着陆,陆地着陆的优势是安全性相对较好,不用担心飞船进水沉没的问题,也不用担心海上搜救的问题。比较适合中、苏(俄)等国海军力量薄弱,对海域(对苏联来说是温暖水域)控制权不足,但陆地面积相对广大,部分地区地广人稀的现状。
当然,陆地返回对再入速度的要求比较高,这就要求飞船必须实施有效的制动减速,增设反推火箭,尽最大可能降低着陆速度等。总的来说,“陆地着陆”和“海上着陆”无太大的区别,也没有孰优孰劣之分,只能说中、苏(俄)、美三国都选择了适合自己的飞船回收方式。
“机场着陆”返回技术
尽管“飞船再入,降落伞减速返回”的技术,到“阿波罗”飞船和“联盟”系列飞船阶段已经完全成熟,但美苏两国在冷战的大背景下,依然没有放弃研发新一代载人航天器的着陆技术。这就是美国、苏联航天飞机轨道器采用的“机场着陆”返回技术:
以美国的航天飞机轨道器为例,在返回地面之前,经历建立再入姿态后,需要在自动驾驶设备的协助下,在高空实施一个巨大的S型转弯,这一S型转弯将帮助飞机完成减速,从24马赫降低到10马赫,再进一步降速到3.5马赫左右。
航天飞机再入过程的地面航迹示意图
此时航天飞机轨道器的飞行高度大约为30千米,并脱离黑障区域,建立和地面的通联,由正常的机场进近引导轨道器再实施一个S型转弯,完成转弯后,航天飞机轨道器将减速到亚音速,高度降低到2000米以下,最终使用正常的ILS着陆系统,在机场跑道上着陆。
降落在美国加利福尼亚爱德华空军基地的航迹示意图
但相比波音737系列客机约135节的着陆速度,航天飞机轨道器的着陆速度一般高达200节以上,对着陆系统和跑道的要求要远远高于普通的大型客机。
“暴风雪”号航天飞机
此外,值得一提的是,相比美国的航天飞机轨道器采用无动力滑翔着陆的方式,苏联的“暴风雪”航天飞机轨道器,特地安装了两部RD-33型发动机,可以让它在大气层中实施机动飞行,该型航天飞机轨道器也第一次初步具备了“空天飞机”的雏形。
但是,由于航天飞机系统的制造、使用、维护价格实在太高,高到远远超过了美苏两国的承受能力。同时,作为一个复杂系统,航天飞机的成熟度始终赶不上更加可靠的载人飞船,苏联解体后,“暴风雪”号航天飞机以极快的速度被丢进了垃圾场,而NASA在惨淡经营了许久后,也终于在连续坠毁两架的情况下,选择了放弃航天飞机轨道器,第三代载人航天返回技术变成了昙花一现。
“快速返回技术”
因此,目前最为先进的载人飞船返回技术,就是基于第二代“飞船再入、降落伞减速着陆”技术改进的“快速返回技术”。所谓的“快速返回技术”,主要“快速”在飞船的制动离轨阶段,原有的飞船制动离轨阶段,需要实施两到三次变轨调姿、一次变轨减速,才能进入惯性滑行段。
按原有的返回程序,三次变轨调姿、一次变轨减速需要约15圈飞行、20个小时才能完成,从空间站撤离、到返回地面,大约需要1天时间,在这期间,由于飞船已进入返回阶段,故而航天员必须被固定在座椅上,无法移动,甚至也难以进食,对航天员的生理有比较大的影响。
而在实施快速返回程序后,变轨调姿、变轨减速可以在4圈、6个小时左右就基本完成,从航天员撤离空间站,到返回地面,可以在不到10个小时内完成。比如此次神舟十三号飞行任务,凌晨0点44分飞船与空间站组合体分离,上午10时许飞船就已经着陆,前后花了9小时多一点的时间,这背后对飞船程控、地面遥测能力的提升,是显而易见的。
尽管咱们的神舟系列飞船,已经实现了空间站快速对接、飞船快速返回,可以说是做到了当前载人飞船返回的最高水准。但是,未来如果我们要遂行载人登月任务,新的921载人飞船大概率要使用新的海上着陆技术,这对我们的载人航天返回技术提出了更高的挑战。
你想一下,X47B目前还没有服役,2016年以后才有可能服役,X47B不是你所说的,你说的那是X37B。X47B主要是针对卫星,因为目前世界军事强国只有10个能发射火箭。美国如果想要自己的军队获得绝对的主动权,就要有卫星,因为你的任何部署都将在我卫星的监视范围之内,所以不能让你拥有卫星,让你的部队变成瞎子。而X37B就是针对卫星的,卫星不会自卫。至于你所说的怎么办,就好比美国刚刚引爆原子弹,其他国家都没有,怎么办,当然是没有办法,人家搞X37B搞了很多年了,投了多少亿美元,被你一句话,连悬赏分都不给就给破了,那美国为什么要研制。这种情况没有只能干着急,就好比人家是个10万吨的航母,你是个常规动力1.3万吨的直升机航母,怎么办,别人要的就是对你的绝对优势。
去年12月11日,中国一军事网站上公布了一张中国新式空天战机的照片。据照片显示,这种战机实为一种小型航天器,并配有与美国和俄罗斯航天飞机类似的隔热罩。这款空天飞机的侧部印有"神龙"字样。随后的四天里,另有一些军事迷在网上公布了有关的照片、模拟计算机设计模型和一些工程数据。 由于事实证明互联网已成为一些制造假信息的中国人的游乐场,过于依赖互联网上有关中国军队的非官方信息是危险的。但中国对空天飞机技术的渴望可谓众所周知。如果情况确实如此的话,那张新照片则令人惊奇地说明了北京为实现这一目标所取得的最新进展。 据公布的材料显示,"神龙"战机看上去是一款利用液态燃料、以火箭为推动力的无人驾驶航天器。设计这款飞机是为测试中国的空天飞机技术。 此外,多家战机设计研究院的参与以及中国航天器设计官员先前的讲话和有关军事工程的文献资料都表明,中国希望其空天飞机能执行军事任务,甚至攻击任务。 此外,中国根据"神龙"战机便可很容易设计出可对地面实施精确打击的大型无人驾驶空天飞机而该飞机的飞行速度和高度可使其免遭拦截。此外,"神龙"战机未必是中国目前所设计的惟一一款空天飞机。据1997年以来的资料显示,中国当前可能在根据法国在上世纪80年代初未研制成功的"Hermes"号空天飞机实施另一项空天飞机研制计划。 "神龙"战机的照片似乎表明,中国人在研发方面所取得的进展超过了所有"竞争者"。据报道,前美国国防部长拉姆斯菲尔德支持美国打造一种太空作战平台。但由于美国国会的反对以及美国将重点转向反恐战争,上述想法未被采纳。如今,美国无法就中国今后可能使用空天战机的问题进行威慑
正所谓中华有为。中华人民共和国自成立以来,综合国力一直在不断增强,新的科技与新的技术也在科研人员的不断努力下萌芽和生长,从我国的第1颗人造卫星研制成功到现在的航天飞机不断进化完善,中华人民共和国经历了一个伟大而又艰难的过程。最新消息报道,我国“可重复使用试验”的航空航天飞机长征2号F运载火箭在甘肃酒泉卫星发射基地发射成功。
这款飞机的发射与使用成功不仅仅是一次简单的事件,更重要的是,在我国航天飞机的历史上又写下了一个里程碑的篇章。在这之前拥有航空航天飞机可制造技术的只有美国、俄罗斯、欧盟和日本,当时条件下的中国,因为各种因素的影响制造不出来航空和航天飞机。制造这种类型的飞机,需要极高的技术性和各种稀缺的材料与技术人员,这是一个大项目,对资金上也有极大的要求。研发门槛高以及经济上的不确定性,使得我国对于航空航天飞机的研究了拖慢了一个大进程。
所以本次试飞的实验成功,对于我国航天飞机的发展是有极大的意义。不仅是我国航天航空科技上的一个大进步,而且还方便了航天事业工作的进行以及航空客运事业的推进。航空航天飞机在使用中的成本也非常低,在运行成本上要远远低于其他的同款飞机,并且拥有更高的使用效益。在经济上面体现出了我国科技事业的进步以及经济事业的快速发展。在军事方面也显示出了我国军事实力的完善与增强。
这款飞机的成功研发与应用,是我国科技事业又向前进步的一个大证明,也是我国紧跟世界脚步,国家逐渐兴盛强大的象征。
目前公开宣布的还没有。有媒体消息称,中国已经进行了两种空天飞机的自由飞行试验。空天飞机在动力、武器系统、具体作战领域等方面仍处于基础技术的预先研究和摸索阶段,具体概念还不是甚为清晰。包括美国,“猎鹰”计划、X--37B、X--43.,都还在进行技术验证和工程机理研究,距离实战应用还有一段曲折的道路要走。美国大张旗鼓的宣传空天飞机研究计划,不排除宣传和展示实力的意图。空天飞机应被看做一种潜在威胁,可能十年甚至更远以后才有望成为现实,而我们不能忽视、也要加快研究的脚步。
据香港《文汇报》报道,资深航天专家接受该报访问时透露,中国不可能再重蹈美国研发“航天飞机”(又称穿梭机)之覆辙,已启动研发第一代可重复使用运载器,它将是超越美国“航天飞机”水平的航天运输系统,但尚不能达到“空天飞机”的技术水准。预计中国第一代可重复使用运载器可在2020年左右研制成功。同时,中国科研人员也已有意图开展空天飞机的研究。此前有国外分析指出,中国航天运输系统路径为飞船(一次使用)——航天飞机(不完全重复使用)——空天飞机(完全重复使用)。接受《文汇报》访问的专家表示,这种论述并不准确。他指出,如今已经启动研究、逐步论证的新一代可重复使用运载器尽管和美国的航天飞机在动力性上差不多,但绝不是“中国的航天飞机”,其特点和优点可用“重复、经济、安全”来概括,不但可以局部或者全部进行回收及重复使用,而且克服了航天飞机在防热等技术问题未能过关及成本居高不下的重大缺陷。 亦有意研制“空天飞机”专家强调,新一代可重复使用运载器和“空天飞机”也有区别,即必须用火箭进行发射,而“空天飞机”则可以自行起飞。如今中国的科研人员也有启动空天飞机研制工作的意向。 专家表示,中国研发航天运输系统选择的技术道路和美国、俄罗斯等国家均不相同。俄罗斯重在发展飞船,而美国在很长一段时间内将航天飞机作为研发重点,他们的航天飞机系统其实只有两样,即航天飞机机体和固体火箭助推器可重复使用。但美国搞的航天飞机系统复杂、功能复杂、设计复杂,而且包揽许多可以用无人航天器进行的任务,导致维护费用高、容易发生事故等高代价,经济上很不合理。 此外,据航天专家的报告,他们提出一种立足于新一代运载火箭主要技术的串联式两级入轨重复使用运载器方案。该方案的主要特点是采用两级方案,降低了对发动机、材料等技术的指标要求,从而可以立足于新一代运载火箭的成熟技术,技术基础较好。这是适合中国国情的可重复使用运载器的起步方案。 可批量快速发射卫星 专家并透露,可重复使用天地往返运输系统提供了大批量快速发射卫星的手段,作为商用运载器,可显著提高商业发射的竞争能力。 专家指出,可重复使用天地往返运输系统通过多次重复使用,降低发射费用、提高可靠性、缩短发射周期,采用空中发射、水平起飞等新型发射方式提供强大的机动能力,从而达到快速、机动、可靠、廉价地进入空间的目标。美国网站《赫芬顿邮报》2012年11月11日报道称,随着美国空军X-37B空天无人机下一次秘密飞行的临近,分析家开始密切关注中国的太空飞机项目:“神龙”空天飞机。文章称,虽然有专家指出“神龙”空天飞机可能是中国对美国X-37B空天无人机的回应,但还有专家称,“神龙”空天飞机也可能也只是象征着中国挑战美国技术优势的能力。中国媒体2011年曾报道称,中国以轰-6轰炸机为发射平台,完成了“神龙”空天飞机的飞行测试。不过,“神龙”空天飞机的测试目的及其真正含义仍不得而知。一些美国中国观察家围绕“神龙”空天飞机的含义展开了分析,有些专家认为,这款无人机正是中国对美国X-37B空天无人机的回应。中国是继俄罗斯和美国之后第三个实现载人航天的国家。在空间领域,中国获得了一系列重大进展。2012年11月前,中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功,使这一系列努力达到顶峰。中国已经宣布计划在2020年前后建成60吨级载人空间站。据美国普林斯顿大学科学与全球安全项目博士后研究助理马克·格布鲁德称,“神龙”空天飞机是中国为了研制类似于航天飞机或X-37B的再入航空飞船而做出的努力,只是其体积较航天飞机或X-37B无人机小。如果中国“神龙”项目获得了成功,中国空间设计师可能会尝试研制体积更大的版本。格布鲁德指出,与常规火箭、卫星和再入太空舱相比,X-37B无人机能够为美军提供什么样的优势,而不得而知。对于美国空军而言,X-37B无人机很可能主要是一种象征,标志着虽然美国国家航空航天局终止了航天飞机计划,但美国太空霸权依然存在。相似的,“‘神龙’空天飞机可能也只是象征着中国挑战美国技术优势的能力。”一些中国空间项目观察家非常关注中国空间相关努力的军事起源。美国智库传统基金会首席研究员成斌指出,1988年至1992年,中国召开了无数次科学会议,围绕载人太空船的外形展开讨论。由于解放军文献中常常提及未来太空对地面军事行动,所以类似X-43(无人极超音速试验机)或X-37B无人机的平台,同样会具有吸引力。美国海军军事学院教授爱德华·埃里克森与“洞察中国”创始人之一吉伯·科林斯8月撰文称,北京以较许多人预期中更快的速度进入了太空飞机时代。可以肯定的说,“神龙”空天飞机测试的性质仍然存在许多不确定性,这很可能是以轰-6轰炸机为平台进行滑翔或空气动力学测试。“神龙”的能力很可能远不及X-37B无人机,中国很可能还需要许多年的时间,才能够距研制出拥有实际行动能力的飞机。埃里克森与科林斯还指出,有关“神龙”空天飞机的报道,也说明美国亮相军事系统原型机和中国亮相类似系统原型机之间的时间间隔在缩短。“以前,在航空领域,中国至少会在美国首次亮相某种系统十五年后才推出自己的系统。”他们强调称,国外决策者需要认真对待中国在空间领域的抱负。“北京空天飞机项目的发展有广泛的基础,它们的轨道是中国民用和军事空间意图的关键晴雨表。”俄罗斯《军事评论》指出,大型空天飞机具有很高的实用价值,因此中国投入了大量资金和人力进行研发,并取得了可观的成果。首先,与宇宙飞船和载人航天飞机相比,中国空天飞机的发射成本更低;其次,新型“神龙”空天飞机的外壳可能加装了新型防热瓦,可以多次使用而无需更换;再次,其发动机的检修也设置了一套简易的程序。这都使新型“神龙”空天飞机能在短期内发射,以快速部署太空,从而与美国空天飞机争夺轨道空间。新型“神龙”作为一种大型空天飞机,既可搭载侦察设备,也可搭载武器系统,从而可对敌国的太空装备发动攻击。未来中国还可能考虑将高能激光器甚至小型导弹等武器部署到空天飞机上,使它变身为空天战斗机,利用其机动能力穿梭于太空中,对敌国的军用航天器实施打击。另外,新型“神龙”空天飞机还可能配备较长的遥控机械臂,飞机通过机动飞行可向美国卫星靠近,再利用机械臂破坏后者的关键设备,使其瘫痪,或者直接将美国卫星“擒获并带回地面”。
1、导弹——东风-21C
来自于韩国媒体的报道披露,中国的这款东风-21C据说能攻攻击到中国沿海2000公里处,基本覆盖了中美两国海上可能产生冲突的海域。这样并有可能迫使美国航母战斗群不敢轻易靠近这一海域,这就基本远离了台海冲突的登陆地点。对于发生钓鱼岛、台海战争的震慑力更是不用详细描述,也不用担心他国介入了。
2、海上岛屿——国产航母下水
作为一个海洋大国,没有航母一直是我们心中的一个痛。随着辽宁舰的投入使用,中国的航母建设没有停下发展的步伐,国产航母的下水更是振奋人心。尽管目前国产航母还需要许多的工作进一步完善,但是属于我们国家自己真正的航空母舰,不得不说是凝聚了多少人的心血。
据国外报道分析,这艘国产航母排水量接近6万吨,造价更是达到了30亿美元,采用的是常规动力,还能搭载40-15架歼-15型舰载机,相信用不了太长的时间就可以完全投入使用。
3、海军的死亡杀手——海面低潜飞行器
海面低潜飞行器可以说应对未来的海洋战争,不用担心美国航母编队的威胁,还会成为美国海军的死亡杀手。当靠近航母群20海里以内的范围内,它可以通过监测系统自动锁定12个目标,同时发起向敌人的攻击,而且还可以进行远距离攻击。但它的主要攻击方式是靠近式、迫近式的攻击,不会给敌人任何的反应时间。
4、高处的杀手锏——高超音速飞行器
高超音速飞行器已经进行过多次试射,从各种资料披露,使用的是长征-2运载火箭。推测它的滑翔速度在10倍声速左右,在几次试射过程中,展现出了强大的空中打击能力。依照此前中国制造的“神龙”小型空天飞机,使用轰-6挂载升空,在空中发射,进行局部轨道飞行后,再以高超声速再入大气层,并成功着陆。这种飞行器的模型曾在国庆阅兵式后的游行武器展示阶段以模型方式出现在人们的眼前。如果发生了领土争端,有了高超音速飞行器会给敌人巨大威胁。
中国亚轨道运载器重复使用飞行试验取得圆满成功,意味着我国航天在亚轨道飞行领域取得了跨越式进步,属于我们自己的空天飞机指日可待。为祖国,为科研工作者们,为一切为祖国富强而奋斗的人喝彩。
意义重大点在于:
(1)说明我国已基本掌握了回收利用技术,待后续技术成熟度达到,可直接应用;比如小型航天飞机,可重复使用火箭,可返回航天器等。
(2)军事意义。临近空间是未开辟的太空区域,该区域航天器飞行中地面和太空均不容易发现,有利于航天器运输各种物资,甚至释放wq,你懂的。在太空飞行一个月而不被发现,试想一下,有什么事情做不了?
所谓亚轨道重复利用飞行器,通俗一点讲,就是一种更安全,成本也更低的航天飞机,它具备航天飞机的绝大多数功能,但成本却低得多。
我国近些年来在低成本,可重复利用航天器领域取得的一系列突破,体现了一种务实的航天原则,既外层空间开发利用不是为了与外国搞“太空竞赛”的虚名,而是为了最终造福普罗大众。
这个“过于先进不便展示”的亚轨道运载器曾在2021年首次飞行,这是第二次飞行并实现了重复使用的预定目标,这意味着中国将拥有一小时飞遍全球的能力,并将为军事应用将提供广阔的空间!美国的X-37B空天飞机从此不再独步天下!
我们不用再羡慕马斯克的火箭了,中国的可回收重复使用火箭来了。
早在多年前,美国人就曾表示,中国可以在十年周期内研发出世界上任何一款先进武器。这是对中国科技发展的和创新能力的肯定,相信我们科学家,没有跨不过去的坎,没有攻不下的山头,相信自己的国家。
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