既能航空又能航天的新型飞行器（未来航天飞行器）

航天飞机的角色航天飞机航天领域的跨界神器

00-1010来源中国航天报

据介绍，中国亚轨道重复使用演示验证工程运载器7月16日在酒泉卫星发射中心点火准时起飞。按设定程序飞行后，平稳水平降落在阿拉善右旗机场，首飞任务取得圆满成功。

目前，各主要航天国家都在加紧研制能自由出入太空、按需返回、可重复使用的空天飞行器。那么，全世界都在研发哪些空天飞行器呢？空天飞行器有哪些应用价值？

空平面想象图

航天器是指可以在稠密大气层、临近空间和轨道空间往返飞行的可重复使用的空间运输系统。

该机集航空、航天技术于一体，既能满足民用运输需求，又能执行军事任务。它具有自由进出空间、按需返回地面、可重复使用的典型特点。它已成为未来大规模空间开发和确保空间优势的关键因素，越来越受到世界各国的重视。

为了快速自由地进出太空，夺取太空资源，世界航天大国先后研制了一次性运载火箭、航天飞机、可重复使用运载火箭，以及今天的空天飞行器。

可重复使用的运载火箭猎鹰9号

众所周知，一次性运载火箭需要在飞行中扔掉完成的一、二级火箭。这些废弃的火箭残骸落入大气层，坠毁或燃烧，无法再利用。而且发射准备期太长，无法满足大规模、低成本的航天发展需求。

20世纪70年代，美国开始了航天飞机的研发，试图通过回收火箭发动机和轨道器来大幅降低发射成本。据估计，单次发射的费用为5400万美元。

，由于结构热防护技术不成熟，轨道器需要大量的拆卸、检查和维护，尤其是热防护瓦片的维护和更换，这使得航天飞机的发射和维护成本很高，单次发射的成本高达7.75亿美元。

美国航天飞机一次起飞

如今，美国航天飞机虽然突然退出了历史舞台，但其降低成本的技术途径为后来的研究指明了探索方向。根据计算，一级火箭占所有运载火箭质量和成本的70%以上。为此美国SpaceX公司提出了一级火箭垂直回收的解决方案，并进行了多次成功的实验，有望将成本降低到一次性使用运载火箭成本的1/3。

与前三种方式相比，空天飞行器，特别是水平起降的空天飞行器，可以利用大气中的氧气，大大降低起飞质量和整体规模，具有完全可重复使用的能力，可以满足未来廉价、快速、方便、自由进入太空的需求，具有很大的发展潜力。

联合动态功勋

空天飞行器也需要“动力先行”，但目前的动力模式，包括涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机，都存在一定的不足，单一类型的动力模式无法满足空天飞行器快速、廉价、自由往返太空的多任务飞行需求。，组合式发动机应运而生。

组合式发动机通过热力循环、结构布局等将两种或两种以上单一类型的发动机有机地结合在一起。充分发挥不同类型发动机在各自工作范围内的技术优势，具有工作范围广、综合经济性好的特点。

美国、日本、欧盟、俄罗斯等传统航天强国都开展了组合发动机的研究工作，并取得了一定的成果。目前常见的组合动力类型有火箭基组合发动机RBCC、涡轮基发动机TBCC、空气涡轮-火箭组合发动机ATR、预冷组合发动机、三重组合发动机、基于爆震发动机的新型组合发动机等。

在克服动力困难的，世界各国继续对空天飞行器的关键技术进行攻关和验证，开展了一批研究项目。1986年，美国启动了NASP计划，掀起了世界范围内的空天飞行器研究 。美国的X-30单级轨道飞行器、X-43无人飞行器、英国的单级轨道可重复使用运载器霍托尔空天飞机和德国的桑格空天飞机项目是当时的“顶级明星”。但由于当时航天技术和资金的限制，这些计划和方案都未能实现。

德国太空飞行器的假想地图

2010年，美国X-37B飞机的成功发射推动了

了世界空天飞行器的研制全面升温。目前，俄罗斯的多用途空天系统计划、英国的云霄塔空天飞机项目、欧空局的空天飞机项目等正在如火如荼地开展，日本和印度也在积极布局，开展关键技术攻关。

美国的X-37B空天飞机

发展潜力不可估量

空天飞行器具有低成本、高可靠性的技术特征，能够满足未来廉价、自由进出空间的发展需求，商业和军事应用前景潜力巨大。

在商业上，发展空天飞行器可大幅降低空天运输费用，不仅可以向空间站等空间系统补充人员、物资、燃料，提供在轨服务，把空间站内制成的产品运回地球，还可以搭载乘客进行太空旅行，欣赏旖旎的太空风光，感受独特的太空体验。

近日，美国缩尺复合体公司和英国维珍银河公司的“太空船二号”，美国蓝色起源公司的“新谢泼德”空天飞行器先后完成自己的载人飞行首秀，引发了国内外媒体高度关注。

“新谢泼德”发射升空

在军事上，空天飞行器可以作为侦察监视与预警平台、空间武器发射平台、快速远距离运输系统，还可用于反卫星，充当战时空间预备指挥所。

搭载武器化身为航空航天轰炸机后，空天飞行器的作战区域将是整个地球乃至近地空间，实现1小时打遍全球。如果长期部署在太空，可以对敌方的卫星、宇宙飞船甚至空间站实施打击。

作为航天航空两大高技术领域的跨界产物，空天飞行器仍然面临巨大的技术挑战。气动外形与结构一体化设计技术、组合动力模态转换与匹配技术、超高温热防护技术、能量管理技术、宽域高动态强耦合飞行控制技术、地面和飞行试验技术都是横亘在世界各国面前的技术难关。

空天飞行器汇聚了大批具有前瞻性、先导性的高新技术，不仅能推动航空航天动力、飞行器设计、光电器件、先进材料与制造等众多技术的发展，还能对武器装备的发展起到重大引领作用。随着各项关键技术的日益成熟，空天飞行器正在掀起一轮新的研究热潮，值得各国高度关注。

（本文刊登于2021年7月24日的《中国航天报·飞天科普周刊》）

空天飞行器 空天飞行器中国