空中发射的“大鹏”：同温层发射系统

文/张雪松

▲ 最终的发射构型：“大鹏”挂载三枚飞马座火箭

在我们的印象中，运载火箭基本是地面发射场发射的，比如我国为了发射长征五号和长征七号专门建设了文昌发射场。然而，也有些运载火箭是海上甚至空中发射的，比如联合发射联盟的海射系统，以及空射的飞马座火箭。火箭空射方式不仅规避了落区问题，射向更加灵活，而且飞机本身带有初速和高度，相当于给火箭加了一个助推器，提高了火箭运力。此外空射还规避了地面发射场不利天气的干扰，使用上具有更多的灵活性。

空射火箭的历史

空射火箭最早的尝试是美国的飞马座运载火箭，1990年4月5日美国使用B-52轰炸机携带一枚飞马座火箭试射成功，后来轨道·ATK公司购买了一架洛·马公司的L-1011“三星”大型客机作为飞马座火箭的载机。自1990年以来飞马座空射火箭已经进行了43次发射，其中3次失败2次部分失败，其成功率虽然偏低，但考虑到它是第一种空射火箭外加空射方式灵活性的优势，仍然是相当可圈可点的。飞马座空射火箭的成功，让投资者对空射火箭兴趣大增，且不说维珍银河公司那个空射亚轨道旅游的太空船二号飞船，维珍银河公司还在研制发射载具一号空射运载火箭，而美国大富翁保罗·艾伦更是投资建立了同温层发射公司，要将空射运载火箭的水平提高到前所未有的高度。

▲ “大鹏”飞机在莫哈维机场准备测试

▲ 同温层发射的大飞机：“大鹏”（Roc）

空射火箭的载机

提起大飞机，我们会想到美国C-5、波音747，“发射载具一号”空射火箭就打算使用波音-747改装机发射。地球的另一边，安东诺夫设计局还研制了安-124尤其是安-225运输机，“安-225”是当今世界最大的飞机，然而它的地位已经受到了挑战，挑战者就是同温层发射系统的载机，绰号“大鹏”（Roc）的大型飞机。2011年保罗·艾伦创建了同温层发射公司，其宗旨就是通过空射方式降低入轨成本，提供更方便和可靠的航天发射能力，推动航天商业化的发展。保罗·艾伦财大气粗，他并不满足于L-1011客机加飞马座火箭这样的小型卫星发射能力，而是要跻身中型火箭发射市场。运载火箭从起飞升空到飞到万米高空，初期加速慢，耗用燃料多，再加上低空稠密大气阻力更大等因素，节省的燃料还是相当可观的。然而，空射方式虽然提高了火箭的运力，但L-1011载机释放高度约12.4公里，速度也只是亚音速，火箭释放分离时的高度和速度距离入轨相去甚远，绝大部分的速度增量仍是火箭提供的。简而言之，空射火箭的运载系数提高相当有限，所以要发射中型卫星，空射的火箭还得是百吨级的中型火箭，这就需要重量尤其是尺寸前所未有的大型飞机！

▲ 同温层发射的飞行轨迹

超级“大鹏”出世

同温层发射的“大鹏”载机由著名的比例复合材料公司设计，这家公司是不加油环球飞行的旅行者号的设计者，也是太空船一号和二号载机的研制者，“大鹏”载机同样使用了他们轻车熟路的双机身设计。“大鹏”到底有多大呢，我们来看看具体数据：这架飞机翼展385英尺（117.35米），比当年休斯造的H-4水上飞机和当今最大的安-225（翼展88米）都大了约20米；“大鹏”载机的长度为238英尺（72.54米），垂尾高度为50英尺（15.24米），这些数据比之“安-225”就有些逊色了；“大鹏”载机使用6台普惠公司的PW4056大推力涡扇发动机，单发推力25.75吨，为了降低研制成本，这些发动机是从波音747-400客机上拆下来的。事实上，为了制造“大鹏”他们专门购买了两架波音747-400客机，除了6台发动机外，航电和起落架也都是从两架波音客机上拆下来的，当然双机身设计以及机身机翼这些核心部分是比例复合材料公司制造的，“大鹏”也一跃成为世界上最大的复合材料飞机！

▲ “大鹏”和空射猎鹰9号中型火箭

“大鹏”载机空重226.8吨，不外挂火箭时起飞质量340.2吨，最大起飞质量可达589.68吨，或者说外挂能力可达250吨，足以挂载典型的200吨级中型火箭，这也是它专门采用双机身设计的根本原因。为了实现更灵活的发射能力，“大鹏”载机的航程也相当可观，它的典型飞行半径可达1000海里（1852公里），从加州莫哈维机场出发飞到东太平洋上空发射，可以满足不同轨道和射向的发射需要。2017年5月31日“大鹏”从莫哈维机场下线，开始进行地面测试和发动机测试，同年12月进行了45公里/小时的低速滑跑试验，今年2月“大鹏”又进行了74公里/小时的低速滑跑试验，按照预定计划“大鹏”将在2019年进行首次试飞！

总而言之，保罗·艾伦投资的“大鹏”载机和安东诺夫设计局的安-225运输机性能各有千秋，虽然“大鹏”的最大起飞质量低于安-225运输机，但这是它外挂火箭的独特设计所致，以美国航空工业的技术积淀，造一架全面超越“安-225”的超级飞机并无难度。

前途迷茫的“大鹏”

保罗·艾伦的“大鹏”大型载机已经横空出世，双身巨兽让人耳目一新，但同温层空射的“大鹏”能否大获成功呢？从目前的趋势看还真不乐观，“大鹏”已出，但空射运载火箭却拖了后腿。

2011年空射概念正是火爆的时候，保罗·艾伦提出了同温层发射系统和“大鹏”飞机，而火箭则瞄准了SpaceX公司，打算联合研制一种名为空射猎鹰9号（Falcon 9 Air）的中型火箭，这种火箭只用4台梅林1D发动机，近地轨道运力可达6.1吨，同步转移轨道运力也有2.3吨，大致相当于印度现在GSLV MK II火箭的运力。一旦空射猎鹰9号成功，后续还将研制载人版空射火箭！然而计划没有变化快，同温层空射公司和SpaceX公司对空射火箭的设计出现分歧，两家公司最终分道扬镳，好在美国航天工业实力雄厚，2012年保罗·艾伦又找到轨道·ATK公司合作，打算研制飞马座II空射火箭。

飞马座II空射火箭可比飞马座火箭大多了，它前两级使用轨道·ATK公司的大型固体火箭，第三级原计划使用氢氧低温发动机。当然，对于空射系统来说，复杂和昂贵的低温上面级太难用了，2014年它还是被两级固体火箭发动机取而代之。飞马座II火箭同样有6.1吨的近地轨道运力，同步转移轨道运力可达2吨，当然它的发射质量也高达211吨。2014年同温层发射公司还发布视频，打算用飞马座II火箭发射追梦者小型航天飞机入轨，缩比的追梦者飞机可载2-3人，看来保罗·艾伦对载人航天始终念念不忘。然而天有不测风云，2015年飞马座II火箭的研制进度不尽人意，同时同温层发射公司尴尬的发现，空射中型火箭的市场前景不妙，只好搁置了飞马座II火箭的方案，转而研究其他的空射火箭方案。

同温层发射公司研究了70多种不同的空射方案。最终选中了小型火箭并联发射方案。具体地说，“大鹏”将一次任务将挂载三枚飞马座火箭，用于发射市场需求旺盛的微小卫星。上文提到飞马座火箭是第一种空射火箭，现在保罗·艾伦绕了一个大圈，花了上亿美元造了超级“大鹏”飞机，最后又回到飞马座火箭上来，这实在让人哭笑不得。如果不空射中型火箭，何必要研制这么大的“大鹏”呢？要知道飞马座火箭的质量只有23吨而已，三枚火箭也只有69吨重，最大外挂能力250吨的“大鹏”并联挂载飞马座实在是大材小用。“大鹏”飞机如此巨大，且不说研制费用，使用费用也要比L-1011等客机高得多，“大鹏”这个同温层发射的双身巨兽虽大，但能否鹏程万里还真是未知数呢。