乘坐空天飛機去太空旅行

楊先碧

2033年的一天，在購買了數萬元一張的機票后，我們進入了一架外形與普通飛機有些差異的大飛機。經過一段快速爬升后，飛機很快飛到云朵之上，似乎和普通的飛行經歷沒有兩樣。然而，很快飛機加速了，我們的身體因超重而被緊緊壓在椅背上，有一種要被壓碎了的難受感。突然，壓迫感消失了，我們從座椅上漂移起來，失重了！現在，你明白為什么機票那么貴了吧？原來那很可能就是我們未來乘坐空天飛機所經歷的場景。

為什么要造空天飛機

什么是空天飛機？“空”是航空，“天”是航天。也就是說，空天飛機可以擔任起航空航天兩大任務。雖說是兩大任務，其實重點還是在“天”。空天飛機的目的地不是大氣層內，而是像火箭和航天飛機一樣在大氣層外的太空中。既然有了火箭和航天飛機這兩種航天飛行器，為什么還要發展空天飛機呢？這是因為火箭和航天飛機都具有明顯的不足之處。現在具有實用性的火箭都是“一次性航天用品”，造價幾百萬到幾千萬美元的火箭用一次就報廢了，十分浪費。

為了避免火箭的浪費，美國人從1969年開始研制航天飛機，前后制造了6架航天飛機，執行了135次航天飛行。雖然航天飛機內部有火箭發動機提供動力，但是因動力不足而不能直接飛向太空，升空時得靠外掛的火箭助推器發射升空，升空后助推器會脫落。雖然航天飛機比火箭具有可回收性，但是航天飛機單次載荷小，成本卻大幅上升，每架造價高達30億美元，每次10來天的太空飛行也需要幾億美元。此外，由于航天飛機是垂直發射升空，安全問題很突出。“挑戰者”號和“哥倫比亞”號航天飛機都是因發射故障而墜毀或爆炸解體。

為了彌補火箭與航天飛機的不足，美國科學家從1986年開始提出了空天飛機的設想，就是在航天飛機的基礎上更進一步。空天飛機是航空航天飛機的簡稱，從這個名字就可以看出它如同普通飛機和航天飛機的“混血兒”。空天飛機不僅安裝了較低功率的航空發動機，也安裝了較高功率的火箭發動機。這樣一來，空天飛機的起飛就不會那么驚心動魄了，它可以像普通飛機那樣“溫和”地在普通機場的跑道上通過助跑升空。在大氣層內，它可充分利用大氣層中的氧，減少了氧化劑的攜帶量，從而減輕起飛質量，每次太空旅行的成本也隨之降低。在飛到大氣層邊緣后，航空發動機暫停使用，火箭發動機啟動，空天飛機利用自身攜帶的氧化劑繼續飛行。

由于空天飛機不需要“猛烈”升空，省卻了發射設施，減輕了發射質量，成本隨之降低，安全性也大大提升。目前，空天飛機在技術上還有很多難題需要攻克，20年內進入實用階段的可能性不大。但是，在“亞特蘭蒂斯”號所執行的最后一次航天飛機之旅結束之后，空天飛機因有望接替航天飛機而受到多國航天機構的重視。除了用于太空運輸和科學探索外，各國軍方對空天飛機也很重視，因為空天飛機可以用于太空戰，從太空發射武器摧毀敵方軍用衛星和地面目標。它們還可以悄無聲息地在敵方上空偵察。空天飛機飛行高度高、速度快，可以在一兩小時內迅速抵達地球任何地方，被譽為未來最具威懾力的即時武器。

正在研制中的空天飛機

近年來，包括中國、美國、英國在內的多個國家正在進行空天飛機的研制。雖然目前已經研制出來的試驗機離真正實用還有很長一段距離，甚至還不能自主從地面飛到近地軌道，但是我們相信在各國科學家的努力下，一項項的空天飛行技術會不斷地被突破和更新。或許在20年后，我們真的可以像本文開頭那樣花費數萬元乘坐空天飛機，進行一次特別的太空之旅。接下來，就讓我們來了解一下3種正在研制中的空天飛機吧。

“神龍”號空天飛機

據國外多家媒體揣測，中國正在加緊推進空天飛機計劃。要發展空天飛機，首先要解決的是推力發動機的問題。傳統的火箭大多加注液體燃料和氧化劑，這樣不能發揮空天飛機靈活機動的特性。近年來，我國“神龍”號空天飛機已經安裝了最先進的兩級固體火箭發動機。這種發動機使用固體推進劑，不需在起飛前花幾小時加注燃料，隨時可以起飛，安全性更高，滿足了空天飛機對動力的基本需求。

新型“神龍”號作為一種大型空天飛機，既可搭載偵察設備，也可搭載武器系統，從而可對敵方的太空裝備發動攻擊。未來中國還可能考慮將高能激光器甚至小型導彈等武器部署到空天飛機上，使它變身為空天戰斗機，利用其機動能力穿梭于太空中，對敵方的軍用航天器實施打擊。另外，新型“神龍”空天飛機還可能配備較長的遙控機械臂，飛機通過機動飛行可向敵方衛星靠近，再利用機械臂破壞后者的關鍵設備，使其癱瘓，或者直接將敵方衛星“擒獲并帶回地面”。

X-37B空天飛機

2012年12月12日， X-37B空天飛機在美國一處空軍基地發射成功，這是該機第三次發射。X-37B速度很快，設計速度高達25馬赫，相當于每小時2.8萬千米，可以在1小時內飛往世界任何地方。由于X-37B速度超快，現有最先進的軍用雷達都難以對它進行監控。美國研制X-37B的主要目的是軍事用途，它被認為是未來太空戰斗機的雛形。它的成功試飛表明美軍“一小時全球即時作戰”計劃正由試驗構想逐步邁向實戰化應用。有關專家斷言，繼核武器、隱形武器之后，全球即時打擊武器的出現，或將成為新一輪國際軍備競賽的新起點。

X-37B升空后可利用自身攜帶的武器對敵國衛星和其他航天器采取控制、捕獵和摧毀等攻擊，甚至向敵方地面目標發起攻擊。盡管X-37B目前還屬于低軌道航天器，其直接的太空作戰能力有限，但軍事專家認為，X-37B可搭載導彈、激光發射器等先進武器實施遠程精確打擊，其作戰潛力不可低估。目前，美軍的航天偵察能力主要由國家偵察局負責，但存在作戰響應慢、費用昂貴等不足，因此美國國防部決定發展空天飛機以彌補美軍航天偵察能力的不足。 X-37B能夠搭載多種偵察設備，在高空對海陸空目標及外太空目標進行偵察，并將偵察信息實時傳遞給作戰單位。

“云霄塔”空天飛機

在英國，空天飛機的研發已近30年，目前正在進行研制的是“云霄塔”空天飛機。按照科學家的設計，未來投入使用的“云霄塔”長達90米，翼展25.4米，起飛質量345噸，可一次搭載30名乘客上太空。“云霄塔”同時裝載了噴氣式渦輪發動機和“佩刀”吸氣式火箭發動機。“佩刀”具有輕便高性能的熱交換機，可以提升熱動力循環效率，有助于空天飛機進行高速巡航。

由于空天飛機在大氣層中以超高速飛行，導致其前方的空氣被加熱到1000多攝氏度。如果不對機頭吸入的空氣進行冷卻，高熱的空氣可能令發動機迅速爆缸。為了克服這個難題，研究人員為“云霄塔”開發出現創新性冷卻技術，能在0.01秒內將氣流從1000攝氏度冷卻到零下150攝氏度。原來，“云霄塔”使用了一種特殊類型的預冷熱交換器，它能使大氣中的氧氣進入發動機之前先冷卻成液氧，然后進入燃燒室和液氫燃料進行混合燃燒，以此為飛機提供巨大動力。