乘坐空天飞机去太空旅行

杨先碧

2033年的一天，在购买了数万元一张的机票后，我们进入了一架外形与普通飞机有些差异的大飞机。经过一段快速爬升后，飞机很快飞到云朵之上，似乎和普通的飞行经历没有两样。然而，很快飞机加速了，我们的身体因超重而被紧紧压在椅背上，有一种要被压碎了的难受感。突然，压迫感消失了，我们从座椅上漂移起来，失重了！现在，你明白为什么机票那么贵了吧？原来那很可能就是我们未来乘坐空天飞机所经历的场景。

为什么要造空天飞机

什么是空天飞机？“空”是航空，“天”是航天。也就是说，空天飞机可以担任起航空航天两大任务。虽说是两大任务，其实重点还是在“天”。空天飞机的目的地不是大气层内，而是像火箭和航天飞机一样在大气层外的太空中。既然有了火箭和航天飞机这两种航天飞行器，为什么还要发展空天飞机呢？这是因为火箭和航天飞机都具有明显的不足之处。现在具有实用性的火箭都是“一次性航天用品”，造价几百万到几千万美元的火箭用一次就报废了，十分浪费。

为了避免火箭的浪费，美国人从1969年开始研制航天飞机，前后制造了6架航天飞机，执行了135次航天飞行。虽然航天飞机内部有火箭发动机提供动力，但是因动力不足而不能直接飞向太空，升空时得靠外挂的火箭助推器发射升空，升空后助推器会脱落。虽然航天飞机比火箭具有可回收性，但是航天飞机单次载荷小，成本却大幅上升，每架造价高达30亿美元，每次10来天的太空飞行也需要几亿美元。此外，由于航天飞机是垂直发射升空，安全问题很突出。“挑战者”号和“哥伦比亚”号航天飞机都是因发射故障而坠毁或爆炸解体。

为了弥补火箭与航天飞机的不足，美国科学家从1986年开始提出了空天飞机的设想，就是在航天飞机的基础上更进一步。空天飞机是航空航天飞机的简称，从这个名字就可以看出它如同普通飞机和航天飞机的“混血儿”。空天飞机不仅安装了较低功率的航空发动机，也安装了较高功率的火箭发动机。这样一来，空天飞机的起飞就不会那么惊心动魄了，它可以像普通飞机那样“温和”地在普通机场的跑道上通过助跑升空。在大气层内，它可充分利用大气层中的氧，减少了氧化剂的携带量，从而减轻起飞质量，每次太空旅行的成本也随之降低。在飞到大气层边缘后，航空发动机暂停使用，火箭发动机启动，空天飞机利用自身携带的氧化剂继续飞行。

由于空天飞机不需要“猛烈”升空，省却了发射设施，减轻了发射质量，成本随之降低，安全性也大大提升。目前，空天飞机在技术上还有很多难题需要攻克，20年内进入实用阶段的可能性不大。但是，在“亚特兰蒂斯”号所执行的最后一次航天飞机之旅结束之后，空天飞机因有望接替航天飞机而受到多国航天机构的重视。除了用于太空运输和科学探索外，各国军方对空天飞机也很重视，因为空天飞机可以用于太空战，从太空发射武器摧毁敌方军用卫星和地面目标。它们还可以悄无声息地在敌方上空侦察。空天飞机飞行高度高、速度快，可以在一两小时内迅速抵达地球任何地方，被誉为未来最具威慑力的即时武器。

正在研制中的空天飞机

近年来，包括中国、美国、英国在内的多个国家正在进行空天飞机的研制。虽然目前已经研制出来的试验机离真正实用还有很长一段距离，甚至还不能自主从地面飞到近地轨道，但是我们相信在各国科学家的努力下，一项项的空天飞行技术会不断地被突破和更新。或许在20年后，我们真的可以像本文开头那样花费数万元乘坐空天飞机，进行一次特别的太空之旅。接下来，就让我们来了解一下3种正在研制中的空天飞机吧。

“神龙”号空天飞机

据国外多家媒体揣测，中国正在加紧推进空天飞机计划。要发展空天飞机，首先要解决的是推力发动机的问题。传统的火箭大多加注液体燃料和氧化剂，这样不能发挥空天飞机灵活机动的特性。近年来，我国“神龙”号空天飞机已经安装了最先进的两级固体火箭发动机。这种发动机使用固体推进剂，不需在起飞前花几小时加注燃料，随时可以起飞，安全性更高，满足了空天飞机对动力的基本需求。

新型“神龙”号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，从而可对敌方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，对敌方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敌方卫星靠近，再利用机械臂破坏后者的关键设备，使其瘫痪，或者直接将敌方卫星“擒获并带回地面”。

X-37B空天飞机

2012年12月12日， X-37B空天飞机在美国一处空军基地发射成功，这是该机第三次发射。X-37B速度很快，设计速度高达25马赫，相当于每小时2.8万千米，可以在1小时内飞往世界任何地方。由于X-37B速度超快，现有最先进的军用雷达都难以对它进行监控。美国研制X-37B的主要目的是军事用途，它被认为是未来太空战斗机的雏形。它的成功试飞表明美军“一小时全球即时作战”计划正由试验构想逐步迈向实战化应用。有关专家断言，继核武器、隐形武器之后，全球即时打击武器的出现，或将成为新一轮国际军备竞赛的新起点。

X-37B升空后可利用自身携带的武器对敌国卫星和其他航天器采取控制、捕猎和摧毁等攻击，甚至向敌方地面目标发起攻击。尽管X-37B目前还属于低轨道航天器，其直接的太空作战能力有限，但军事专家认为，X-37B可搭载导弹、激光发射器等先进武器实施远程精确打击，其作战潜力不可低估。目前，美军的航天侦察能力主要由国家侦察局负责，但存在作战响应慢、费用昂贵等不足，因此美国国防部决定发展空天飞机以弥补美军航天侦察能力的不足。 X-37B能够搭载多种侦察设备，在高空对海陆空目标及外太空目标进行侦察，并将侦察信息实时传递给作战单位。

“云霄塔”空天飞机

在英国，空天飞机的研发已近30年，目前正在进行研制的是“云霄塔”空天飞机。按照科学家的设计，未来投入使用的“云霄塔”长达90米，翼展25.4米，起飞质量345吨，可一次搭载30名乘客上太空。“云霄塔”同时装载了喷气式涡轮发动机和“佩刀”吸气式火箭发动机。“佩刀”具有轻便高性能的热交换机，可以提升热动力循环效率，有助于空天飞机进行高速巡航。

由于空天飞机在大气层中以超高速飞行，导致其前方的空气被加热到1000多摄氏度。如果不对机头吸入的空气进行冷却，高热的空气可能令发动机迅速爆缸。为了克服这个难题，研究人员为“云霄塔”开发出现创新性冷却技术，能在0.01秒内将气流从1000摄氏度冷却到零下150摄氏度。原来，“云霄塔”使用了一种特殊类型的预冷热交换器，它能使大气中的氧气进入发动机之前先冷却成液氧，然后进入燃烧室和液氢燃料进行混合燃烧，以此为飞机提供巨大动力。