“胎死腹中”的MG-19核动力空天飞机

文/王凯欣

空天飞机是航空技术与航天技术高度结合的飞行器，它的诞生把宇宙空间开发推向了一个新的阶段。在空天飞行器的研究上，20世纪的苏联可以说是位于领先地位，其提出的“螺旋计划”也是人类最早的“空天飞机”计划之一。

大胆的设计方案

1976年2月17日，苏共中央委员会及苏联部长会议通过了第132-51号决议，决定建立多次使用航天系统，这也是苏联航天飞机项目以文件形式确定下来的最早的源头。决议中批准了暴风雪号航天飞机和黎明号运载火箭（后来改称能源号运载火箭）的设计工作，苏联人希望用这种既能航空也能航天的飞机，对外太空的敌方卫星进行打击，以此来终结美苏之间的太空竞赛。

基于特定的时代背景，苏联研究人员在空天飞机的构想上做了很多种方案，如米高扬设计局提出的米格-105空天飞机、图波列夫设计局提出的OOS空天飞机以及安东诺夫设计局提出的MAKS空天飞机等等，这其中还存在着更为大胆、也更具科幻性的设计方案，就是由米亚西舍夫提出的MG-19核动力空天飞机方案。

1974年，米亚西舍夫开展了采用液氢作为燃料的空天飞机的方案研究，方案代号19，为了解决当时空天飞机运载效率低的问题，需要在动力系统的研制上形成一个全新的、颠覆性的方案，而他所想到的，就是使用核反应堆发动机作为空天飞机的推进装置，空天飞机也因此被命名为MG-19，M代表米亚西舍夫，G则代表了当时在第50中央科学研究所领导这方面工作的古尔科。

按照米亚西舍夫的设计，MG-19空天飞机长69米、翼展50米、高15.2米，货舱容积320立方米，最大载荷40吨、飞机结构重量125吨、液氢燃料重220吨，起飞质量500吨，可搭乘3～7名航天员。

MG-19空天飞机在动力方面采用了10台吸气式组合动力发动机（涡喷发动机+超燃冲压发动机），外加1台液体核动力火箭发动机。单台吸气式组合动力发动机的推力约250千牛，而液体核火箭发动机的推力可高达3200千牛。

米格-105空天飞机

外形酷似航天飞机的MAKS空天飞机

复杂的飞行模式

MG-19空天飞机需要从长度不小于4千米的跑道起飞，首先由吸气式组合动力发动机产生推力，同时，以液氢作为反应堆的载热剂，将热量导向10台涡喷发动机。随着空天飞机的飞行速度和高度的进一步提高，液氢通过管路输送至涡喷发动机的加力燃烧室参与燃烧，再被输送至冲压发动机。最后，空天飞机达到50千米高度及16马赫以上的飞行速度时，启动核火箭发动机，携带着40吨的有效载荷，前往高度185千米的基准空间轨道。

MG-19空天飞机执行完任务后，可通过核火箭发动机实现有动力返回，且最大横向机动范围可达4500千米，这样可以更为灵活地规划行动方案，甚至可以在大气层内进行机动后再度借助核动力发动机返回空间轨道。根据载荷设计方案，MG-19甚至有抵达月球轨道的可能。

从总体方案可以看出，MG-19核动力空天飞机是一种采用组合动力的单级入轨飞行器。

丰富的技术积累

苏联的冲压发动机技术发展在当时处于绝对领先地位。其国内有大量的科研院所长期开展高超声速技术基础理论、超燃冲压发动机、超燃冲压发动机用燃料、耐高温材料、数值模拟技术等多维度的关键技术，并从中安排了4项飞行试验，以对其技术发展进行验证：

米亚西舍夫与MG-19核动力空天飞机模型

10台吸气式组合动力发动机与液体核动力火箭发动机布局示意图

液体核动力火箭发动机结构示意图

“冷”计划

“冷”计划是苏联启动最早的高超声速飞行试验。该计划由巴拉诺夫中央航空发动机研究院与茹科夫斯基中央空气流体动力研究院等多家单位联合进行研究，该项目主要对轴对称型超燃冲压发动机进行研究，燃料采用液氢。经过了长时间的研究论证，“冷”计划在1991年至1998年共开展了5次飞行试验，取得了最大飞行速度6.5马赫、最长工作时间77秒的成果。

“鹰”计划

“鹰”计划同样由巴拉诺夫中央航空发动机研究院与茹科夫斯基中央空气流体动力研究院牵头开展研究。该计划主要研究的是升力体构型的高超声速飞行器，其超燃冲压发动机依然采用液氢为燃料，并结合液氢的再生冷却以期实现长时间飞行。“鹰”计划在前期开展了大量的地面试验和风洞吹风试验，取得了大量的研究成果，但由于资金问题并未开展飞行试验就宣布了计划的终止。

“彩虹-D2”计划

“彩虹-D2”计划由苏联中央空气流体动力研究院与彩虹设计局联合开展，具体分工为由苏联中央空气流体动力研究院负责超燃冲压发动机的研制，彩虹设计局负责飞行器的研制。该计划超燃冲压发动机进气道采用三级斜面设计，试飞器设计由机载平台发射，与“鹰”计划的结果相似，在开展了大量的地面试验后并未最终开展飞行试验。

“鹰-31”计划

“鹰-31”计划由图拉耶夫联盟设计局、火炬设计局、米格和莫斯科飞机生产联合企业联合进行，由联盟设计局研制发动机，火炬设计局设计飞行器，并最终在米格-31战斗机上进行飞行试验。其超燃冲压发动机为二维双模态超燃冲压发动机，燃料采用氢与煤油，设计飞行速度5～6马赫，由于采用了大量的成熟设备，技术风险较小，成本较低，因此得到了较好的发展。

通过多个渠道开展超燃冲压发动机发动机技术的研究，苏联在超燃冲压发动机技术方面取得了大量的技术积累，这些技术都可以支撑MG-19核动力空天飞机的研制。

核动力火箭发动机方面，苏联于1950年就开始研发核热火箭推进技术，从1970年到1988年，苏联共进行过30次核热火箭发动机的模拟试验，均取得了成功，研制了推力3.5吨的RD-0410和70吨的RD-0411两种核发动机。

核火箭发动机是1965年至1980年代开发的使用液氢推进剂的核热火箭发动机。采用开式膨胀循环，发动机高3.5米、直径1.6米，重2吨，推力3.5吨，真空比冲达到910秒。

从性能上看，当时苏联的核火箭发动机也具备了一定的成熟度，足以支撑核动力空天飞机的发展。为了避免空天飞机意外坠落而造成核污染，根据设计指标，核反应堆壳体能够承受住以每秒300米的速度与地面撞击，且不发生核泄漏。米亚西舍夫又选择了不会被“传染”放射性的液氢作为反应堆载热剂和核火箭发动机工质，进一步降低了核事故隐患。

RD-0410核火箭发动机

暴风雪号航天飞机

苏联时期的“冷”计划项目

无奈的最终结局

在设计策划上，MG-19核动力空天飞机计划于1980年制造出技术模型，1982年制订各类技术要求，1981-1988年进行数值计算模拟，从1986年起陆续制造3架样机，并于1982-1986年开展相应的地面试验，于1986年起陆续进行飞行试验。

按照这样的计划，批量生产出的MG-19空天飞机就已经能够满足苏联数十年的空间站货物运输需要，直至21世纪中期为止。

尽管米亚西舍夫提出了可行的设计方案与策划，但由于核动力空天飞机需要攻克的技术难关太多，包括小型核动力火箭发动机、应用低温推进剂的吸气式发动机以及与之匹配的飞行器和结构热防护材料等，预计耗费的资金和时间都非常可观，而苏联同期研发的暴风雪号航天飞机只需克服较少的技术难题，就能达到近似的效果，这也注定了MG-19核动力空天飞机无奈的结局……