未来的“空天飞机”

    航空和航天是两个不同的技术领域，但随着科学技术的进步，科学家们正在逐步把航空和航天飞行器朝着有机地结合成一体的方向推进。近年来，世界上出现了一种将航空和航天技术结合在一起的飞行器方案，这就是空天飞机。

    1986年2月4日，也就是“挑战者”号航天飞机失事一个星期后，美国宣布研制航空航天飞机“东方快车”，以逐步取代航天飞机。顾名思义，空天飞机是一种集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能航空又能航天的新型飞行器，其奥妙之处在于它的动力装置。这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合配置的动力装置。空天飞机安装有涡轮喷气发动机、冲压发动机和火箭发动机。涡轮喷气发动机可以使空天飞机水平起飞，当速度超过每小时2400公里时，就使用冲压发动机，使空天飞机在离地面6万米的大气层内以每小时3万公里的速度飞行；如果再用火箭发动机加速，空天飞机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入轨道。返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆。

    空天飞机作为一种高超音速运输机，具有推进效率高、耗油低、载重量大、飞行时间短等优点，是实现全球范围空运的一种经济而有效的工具。例如美国正在开发的新型空天飞机，在有人驾驶时，它能在普通机场水平起飞，然后在大气层内飞行。按照此时的飞行速度，从美国纽约飞往日本东京只需2小时；它还可以在地球大气层外的轨道飞行，飞行速度为25倍音速，仅需90分钟就能绕地球一周。除了用作常规的民航机外，这种空天飞机还可代替现有的航天飞机进行太空飞行。其起飞重量不到第一代航天飞机总重的1/5，也就是约500吨，而运载能力则提高了两倍多，可达60吨以上，这样就可大幅度降低航天运输费用。另外，空天飞机还具有重要的军事价值，可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用，这对进一步发挥战略空军的作用具有重要意义。

    据估计，在未来航天时代，为了开发和利用太空资源，世界各国向太空运送人员、物资和器材的任务每年将达到数千次之多，空天飞机一旦投入使用后将立即显现出其优势。

    航天飞机运送每公斤有效载荷进入地球轨道的费用达11607美元，而空天飞机的预计运输费用至少可降到目前航天飞机的1/10，甚至可降到1%。另外，空天飞机的发射费用也要比航天飞机低很多，这主要是因为它不需要专门的发射场，而且可以重复使用。预计第一代空天飞机可以重复使用200—500次，而且完成一次飞行任务后，经一周的维护就能再次起飞，能适应频繁发射的需要。

    空天飞机可能成为21世纪最先进、最经济、最有效的航天运载工具，它将代表着今后数十年内航天运载技术的发展方向。相信在不久的将来，人类就可以方便快捷地进入太空，到那个时候，“登天”就不再是难事了。

    知识链接

    目前设想的空天飞机有单级型和两级型这两类。单级型以英国的“霍托尔”为代表。它长162米，水平起落，发射费用为航天飞机的1/5。两级型空天飞机以德国研制的“桑格尔”为代表，它由驮运飞机和轨道器组成。发射时，驮运飞机飞30公里以后，轨道器上的火箭点火，速度加到更大。

    1969年7月，当3名美国宇航员乘坐“阿波罗”11号宇宙飞船实现具有历史意义的登月之旅时，20多米高的运载火箭共携带了2500吨燃料。为了摆脱庞大的运载工具，长期以来，人们一直设想开发一种以阳光为能源的航天器——“太阳帆”飞船。

    著名天文学家开普勒在400多年前就曾设想不需要携带任何能源，仅仅依靠太阳光能就可使宇宙飞船驰骋太空。20世纪初，几位科学幻想小说家曾写过有关用反射镜面推动宇宙飞船的故事。但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才明晰起来。1924年，苏联航天事业的先驱齐奥尔科夫斯基和同事灿德尔明确提出了利用太阳帆进行星际航行的设想。此后，许多科学家作了长期探索，直到70年代后期，美国和苏联才提出太空帆设计方案，开始考虑用光能推动航天器。

    我们知道，光是由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相应的作用力。因为在太空中运行的航天器处于失重状态，又无空气阻力，所以只要加少许力的作用，就会改变航天器的运行方向和速度。太阳帆接受光压的作用，不仅可以在需要时改变航天器的运行轨道，而且将以每秒约1毫米的加速度加速移动。如果把它当作真正的宇宙飞行器使用，那么按理论计算，在展开光帆1天后，它的时速将提高到160公里，100天后飞船的时速将达到16000公里，如果它能持续飞行3年，速度会被提升到每小时24万公里，这可是人类任何飞行器都没有达到过的速度，要比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍！如果用它来探测冥王星的话，可以在不到5年的时间里到达，而最快的传统飞船至少需要9年。

    1976年，美国喷气推进实验室的科学家提出建造一艘太阳帆飞船，与1986年返回太阳系的哈雷彗星相会。但美国宇航局认为这一方案面临的风险太大，并没有同意这个建议。1999年和2001年，俄罗斯也曾两次发射太阳能飞行器，但均以失败告终。

    但科学家们对太阳帆宇宙飞行器的研究并未终止。2005年6月22日，备受瞩目的全球第一个太阳帆宇宙飞行器——“宇宙”1号要进行一次全新的尝试了。当日凌晨4时46分，“宇宙”1号从位于巴伦支海的俄罗斯核潜艇上顺利升空，踏上了遨游太空之旅。在发射最初的6分钟，地面接收到的信号表明飞船一切正常。根据预定计划，“宇宙”1号在发射升空后，首先被送入距离地面824公里的轨道接受地面控制人员的各类测试；然后，它将历时101分钟环绕地球飞行一圈；此后，地面控制人员将发出无线指令，要求“宇宙”1号开始展开八面巨大而轻盈漂亮的太阳帆。就在人们还沉浸在喜悦的气氛中时，15分钟后突然传来一个不幸的消息：“宇宙”1号与地面失去了联系。

    2010年5月日本宇宙航空研究开发机构研发的“伊卡洛斯”号太空船升空，并于2011年1月完成全部实验项目。

    宇航专家们坚持认为，太阳帆飞船能靠阳光漫游太空，不需携带燃料并能一直加速，是未来唯一可以送人类到达遥远的太阳系外星系的航天器。

    知识链接

    宇航专家们预测，未来的太阳帆飞船将依靠绕地球轨道运行的一台强力激光器和一个置于土星和海王星间的巨型聚焦透镜提供能量，以1/10光速的速度飞行，在40年时间内到达距地球最近的阿尔法半人马座恒星。此后，借助另一颗恒星发出的光继续飞行。

聚合中文网 阅读好时光 www.juhezwn.com