追梦者即将启航

刑天

2017年1月下旬，美国私人航天公司内华达山脉公司的“追梦者”空天飞行器被运往位于美军加利福尼亚州爱德华兹空军基地的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心进行系统测试。这个标志性的事件宣告了后航天飞机时代，一种类似小型航天飞机的设计开始回归。

罩在白色保护罩内的“追梦者”飞行器笼上了一层神秘感。那么，“追梦者”是怎样的一种飞行器？其总体设计理念甚至大量设计细节是如何得益于冷战时期的空天战斗机概念的？未来，这样的飞行器又会以什么样的方式影响我们的生活呢？

一张在1968年11月30日拍摄的唯美的照片记录下了那个精彩的瞬间。NASA的工程师约翰·里弗斯埋头检查HL-10飞行器的驾驶舱，而HL-10的试飞员戴纳则抬头向上看。此时，一架NASA的NB-52B试验用机恰好轰鸣着8台涡喷发动机呼啸而过。 

追梦者，追逐梦想

几十年的技术积累，给后来人提供了追逐梦想的有力支撑。多年来，来自当年爱德华兹空军基地的测试飞行报告中有关升力体飞行器的试验数据（升阻比、升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数）已经足以产生成熟的升力体空气动力学理论。与升力体相关的姿态控制算法已经在多款验证飞行器上得到了验证。而与之相关的先进材料，则早在X-20空天战斗机验证机上就得到了开发。

其中一种先进材料便是传说中的Rene 41超级合金。这种超级合金来源于X-20项目。为了防止再入大气的热量烧毁机身，X-20的机身框架采用了Rene 41超级合金包裹多层钼箔的方案。本质上说，Rene 41超级合金是一种镍铬合金。其中，主要成分为镍，另有20%的铬、10.5%的钼、12%的钴、5%的铁、3.3%的钛、1.8%的铝，还有少量的锰、铜、硅和硫。这种镍基合金能够在高达982℃的温度中保持结构强度。

随着2011年航天飞机的正式退役，升力体式空天飞行器终于等来了她的机会。与她的X-24A前辈一样，“追梦者”空天飞行器的机身也是在马丁公司的厂房中诞生的，不过此时的公司名，已经叫做洛克希德·马丁了。

“追梦者”空天飞行器的个头儿比较小，总长9米多，翼展7米，总重11吨，能够被一辆皮卡轻松拖动。不过，别看这个家伙个头儿小，它可是同样能够把7个人送入太空呢（與37.24米长的航天飞机的载客量相同）。

现在，“追梦者”空天飞行器已经在内华达山脉公司的车间完成了总装。在“追梦者”的尾部左右两侧，是两台火箭发动机的喷口。“追梦者”采用了先进的固液混合火箭发动机，其具体燃料为液态一氧化二氮与端羟基聚丁二烯HTPB。“追梦者”的尾部中间有个巨大的舱门。该舱门可连接标准对接口，用于在太空中进出货物和人员。

值得一提的是，“追梦者”不仅仅其名字本身有追逐梦想之意，连对其进行最终测试的地点也别有深意。当2017年1月下旬，一辆卡车载着“追梦者”来到爱德华兹空军基地时，一个升力体验证机的雕塑赫然在目，沉静又端庄地矗立在爱德华兹空军基地的测试基地的大门旁边。

如果有好事者离近一些细看的话，会发现，那原来是一架HL-10！爱德华兹空军基地用这样的方式来表达它的喜悦之情。“追梦者”的出现终于使得当年的一大堆验证机得来的数据有了继航天飞机之后的新的用武之地。另外，特别值得一提的是用于对“追梦者”空天飞行器进行上天前的最终测试的那座厂房就是当年“企业”号航天飞机进行测试的地方。“追梦者”的测试活动让该厂房在航天飞机退役后再次焕发了生机。

设想一下“追梦者”未来执行任务的场景：

“追梦者”空天飞行器被安置在“宇宙神”V运载火箭的顶端，准备发射（跟当年的X-20项目如出一辙）。然后，“宇宙神”V火箭点火，将“追梦者”送入高空。接着，“追梦者”的固液混合火箭发动机开始工作，将飞行器送入太空。“追梦者”通过遍布周身的多台姿控发动机来调整姿态。然后，“追梦者”尾部中间的对接口在太空完成对卫星、空间站等飞行器的自动对接。最后，完成任务的“追梦者”再入大气，按照升力体飞行原理，安全返回地面，降落在指定的机场跑道上。

在内华达山脉公司提供的“追梦者”空天飞行器与国际空间站对接的示意图上，调皮的艺术家让“追梦者”旁边恰好出现了一艘俄罗斯的“进步”号无人货运飞船。该飞船此时也正对接在空间站上，与“追梦者”形成了比较鲜明的对比。按照设计，“追梦者”可以一次给国际空间站运来5吨货物，这可比“进步”号的运载能力大多了。（俄罗斯的“进步”号货运飞船一次可运载2.35吨货物。）

“追梦者”带着X-20、米格-105、BOR-3、BOR-4、HL-10、X-24、HL-20等大量验证飞行器的梦想，继承了几十年来人类对升力体和空天飞行器的研究成果，即将开启追逐商业航天、个人航天与全球星际探索的梦想。未来美国私人航天空天运输系统的三大主力将会是这样的：波音公司的CST-100飞船、内华达山脉公司的“追梦者”和SpaceX公司的“龙”飞船+“猎鹰”火箭组合。

冷战时代的大胆设想

为了追本溯源，找到“追梦者”飞行器的技术来源，我将和你一同回到那个太空探索刚刚萌芽但却又充满激情的冷战时代。

1957年10月24日，美国空军和波音公司正式提出了X-20空天战斗机的计划。该计划要研制一种由洲际弹道导弹以垂直的姿态发射到太空，并且能够在太空执行完侦察、战斗、维护或者摧毁卫星、拦截空间飞行器等任务后，安全返回地面，水平降落在军用机场跑道上的飞行器。这种飞行器能够在大气层外执行任务，而其本身具有的高超声速飞行的特点使其在大气层内极难被传统战斗机所拦截，而且能滑翔很远的距离。听起来很像是二战期间，德国设计的名为“银鸟”的超远程轰炸机的概念。

实际上，空天战斗机计划背后还真的有德国工程师在力推。其中一个重要的工程师就是瓦尔特·多恩伯格。他与冯·布劳恩等德国工程师在二战末期一同被盟军俘虏。在那张著名的历史照片中，头戴礼帽，左手拿烟，右手插兜，淡定微笑的多恩伯格与左手打着石膏的冯·布劳恩一起，给人们留下了深刻的印象，同时也预示了战后德国工程技术人员开始大量向英国和美国输送的现实。

瓦尔特·多恩伯格是现代火箭武器的开拓者之一。他毕业于柏林工业大学，后来进入库默斯多夫实验室研制火箭。二战期间被调入佩内明德，成为V-1导弹和V-2导弹的核心研发人员。1945年，被盟军俘虏后，囚禁在英国监狱。1947年，美国设法将其从英国带出，并直接带到美国空军的实验室参与研究工作。1950年起，开始担任贝尔公司高级顾问，后任X-20空天战斗机验证机首席科学家。后来，他得以返回德国老家。

在多恩伯格以及其他工程师的呼吁下，冷战时期，美国空军与波音公司共同提出了用大力神洲际弹道弹道导弹与X-20空天战斗机相结合的运载方案。波音的团队对X-20飞行器做亚轨道飞行甚至是在近地轨道上执行任务都显得信心满满。

在铁幕的另一面，苏联对空天战斗机的概念也进行了大量研究。在被苏联人尊称为“暴风雪航天飞机之父”的洛季诺-洛津斯基博士的组织下，苏联进行了BOR系列项目。这些项目大部分不太为人所知，不过有两大型号一定能够引起很多人的回忆：“螺旋”空天战斗机与“暴风雪”号航天飞机。

不过，有些令人惋惜的是，苏联的BOR项目和代号为“螺旋”的米格-105空天战斗机项目随着重大事件的爆发而逐渐被历史的尘埃所掩埋。如今，米格-105原型机静静地停放在莫斯特东郊的莫尼诺机场附近的空军博物馆（这个博物馆距离莫斯科市区40公里，是目前世界上最大的飞行器博物馆。）

美国空军与波音合作的X-20空天战斗机验证机项目则早在1963年就因为要给双子座载人飞船项目腾挪人力和物力而在花费了相当于今天的51.6亿美元的经费后，戛然而止。

升力体技术日趋成熟

虽然X-20项目在1963年中止了，但是其相关技术依然在发展，并未受到实质影响。存放正在波音公司的总装厂房内的X-20原型机依然在诉说着人类对空天飞行器进行早期探索的那些故事。

就在美国空军中止了X-20项目的同一年，美国宇航局NASA开始认真提出升力体的概念，并且开始做出比X-20验证机更加大胆的设计。升力体的基本设计理念就是飞翼的另一个极端：飞翼为了追求亚声速飞行状态下的阻力最小化，采用了省略尾翼并且把机身的主要部分隐藏在厚厚的机翼内的设计。而升力体的设计则针对高超声速的飞行状态。此时足够高的速度使得机身本身可以产生足够的升力，因此干脆就不用机翼了（或者机翼退化为机身向外延伸的稳定翼）。不过，受技术条件的限制，当年的升力体验证机大多飞行在亚声速状态。如何在不同飞行状态下进行气动数据的验证，则是后话了。

愛德华兹空军基地，一座HL-10的雕塑傲然挺立，诉说着过去的荣耀。

1963年至1966年，NASA的M2-F1升力体验证飞行器进行了大量测试飞行。1963年8月16日M2-F1升力体首飞成功。一架C-47运输机通过缆绳拖拽着这架升力体晃晃悠悠地飞上了天空。M2-F1飞行器没有一点点机翼，完全靠机身来产生升力。该机的机身就像是刚刚过完年的大家一样，拥有鼓胀饱满的肚子。圆润的机身曲线、短小的稳定翼再加上“凭空消失”的机翼，很多人很难想象这个东西能飞。不过，NASA还是凭借着一份执着心（当然也不能忽视那架老C-47立下的汗马功劳），让升力体由纸上的概念变为了真实存在的飞行器。

另外，秉承“不能把所有的鸡蛋放在同一个篮子里”的理念，精明且一心要把事情做成的NASA在X-20项目中止的同一年（1963年），又开始委托诺斯罗普公司为其生产HL-10飞行器。3年后，到了1966年12月22日，HL-10飞行器就实现了在大气层内的首飞。

一张在1968年11月30日拍摄的唯美的照片记录下了那个精彩的瞬间。NASA的工程师约翰·里弗斯埋头检查HL-10飞行器的驾驶舱，而HL-10的试飞员戴纳则抬头向上看。此时，一架NASA的NB-52B试验用机恰好轰鸣着8台涡喷发动机呼啸而过。而这架飞机正是HL-10飞行器的母机。这是一个不错的隐喻，望向天空甚至是太空的试飞员，与HL-10飞行器一起，看到了升力体式空天飞行器的未来。

截止到1970年7月17日，HL-10飞行器共进行了37次飞行，积累了大量珍贵的数据。

到了上世纪70年代初，NASA又与诺斯罗普一起，合作研制了M2-F3升力体验证机。

同一时期，NASA与马丁·玛丽埃塔公司（该公司在1995年与洛克希德公司合并，成为了今天广为人知的洛克希德·马丁公司）合作，研发了X-24验证机，同样也是升力体布局。X-24升力体验证由火箭发动机推动，在B-52母机释放后，从其下方呼啸飞行向前。

在1969年至1975年间，X-24验证机的大量试飞活动也积累了不少数据。就这样，从上世纪60年代到上世纪70年代，升力体的气动研究日渐成熟。常驻爱德华兹空军基地的3款验证机：马丁·玛丽埃塔公司的X-24A、诺斯罗普公司的M2-F3和HL-10为升力体飞行器的工程化奠定了较为坚实的基础。

冲出大气层！

上世纪80年代，苏联抢先发力，其BOR-4空天验证飞行器在1980年12月5日实现了升力体飞行器的首次亚轨道飞行。1982年6月4日，BOR-4空天飞行器进行了漂亮的轨道飞行之后，溅落在印度洋预定海域，执行了升力体飞行器的首次在轨任务。1983年3月15日，BOR-4空天飞行器又完成了一次轨道飞行，同样以升力体形式返回，并溅落在印度洋海域。1983年12月27日和1984年12月19日，BOR-4又各自完成了一次轨道飞行任务，并溅落在黑海海域。

不甘落后的NASA则推出了HL-20升力体空天飞行器的计划，并赶在1990年10月造出了原理样机（长得和BOR-4很像）。不过，该计划最终还是中止了，没能像苏联那样真正到太空飞一飞。

结束语

如果顺利的话（追梦者在2019年前具备执行任务条件），那么在2024年之前，它会拥有至少6次为国际空间站运送货物的机会。按照原设计，“追梦者”不仅能用宇宙神火箭发射，还能够搭乘“阿丽亚娜”5、“猎鹰”重型火箭进入太空，这样，多次往返太空的空天飞行器将进一步减轻对单一火箭型号的依赖。另外，“追梦者”有折叠翼设计概念。通过这种设计，它可以把自己蜷缩到一个直径为5米的标准整流罩中。这样，会有更多的运载火箭能够与之匹配成功。

这样的飞行器能否将热爱太空的我们也送上去看一看呢？今后，如果空天飞行器能够得到广泛应用，那么大家进入太空的成本有望大幅降低，会有更多的人有机会体验在太空飞行的感觉。

在“追梦者”即将启航之际，祝福热爱太空探索的人们都能快乐且坚定地奔跑在追逐梦想的路上！

责任编辑：邢强