世界主要空天飛行器研製情況及未來發展趨勢（上）

空天飛行器（Aerospace Vehicle）是航空航天飛行器的簡稱。美國國家航空航天局（NASA）航空航天技術術語詞典和麥格勞-希爾科學與技術術語詞典對空天飛行器的解釋為「在可感大氣層內外都可以飛行的一類飛行器」，即既能航空又能航天的飛行器。

本文從商業和軍事兩方面闡述了空天飛行器的研究意義，介紹了空天飛行器研發所必須要突破的關鍵技術和世界代表性空天飛行器項目的研製情況，並對空天飛行器的未來發展趨勢做出了預測。

1 研究意義

商業意義

發展空天飛行器可以大幅降低空天之間的運輸費用。據估計，空天飛行器的運輸費用至少可以降到太空梭的1/5，甚至可降到1%，其實現途徑有三點：

一是充分利用大氣層中的氧，以減少飛行器攜帶的氧化劑，從而減輕起飛質量；

二是整個飛行器全部重複使用，除消耗推進劑外不拋棄任何部件；

三是水平起飛，水平降落，簡化起飛（發射）和降落（返回）所需的場地設施和操作程序，不受發射窗口限制，減少維修費用和管理調度成本。

空天飛行器不僅可以向空間站等空間系統補充人員、物資、燃料，提供在軌服務，把空間站內製成的產品運回地球，還可以搭載乘客進行太空旅行，方便快捷地到達世界的任何地方。此外，空天飛行器還可以對自然災害進行快速響應。

軍事意義

在軍事上，空天飛行器可以在大氣層內外自由飛行，如果將它發展成一種全新的航空航天轟炸機、戰鬥機和運輸機，其作戰區域將是整個地球乃至近地空間。它能在1～2h內突破任何地面防禦系統，從空間對陸、海、空目標實施精確打擊，即具備了全球快速打擊能力。而且，空天飛行器可以長期在太空部署，可以對敵方的衛星、宇宙飛船，甚至太空站實施打擊。只要裝備簡單的機械手，空天飛行器就能將敵方衛星俘獲；裝備導彈後，空天飛行器就能成為標準的太空戰機。

2 關鍵技術

空天飛行器研製主要有以下關鍵技術。

1）氣動設計分析技術。空天飛行器的最大問題之一就是其空氣動力學性能。空天飛行器的飛行範圍是從大氣層內到大氣層外，速度從0到馬赫數25。由於如此大的空間、速度跨度和工作環境變化，飛行器設計必須要滿足幾個相互矛盾的要求。

2）推進系統研發技術。空天飛行器所面對的大空間、速度跨度和工作環境變化是現有的所有單一類型發動機都不可能勝任的，所以全新的推進系統也是空天飛行器研發的關鍵技術之一。設想的空天飛行器的推進系統一般採用超燃衝壓發動機與火箭發動機，或渦輪噴氣發動機、衝壓噴氣發動機與火箭發動機的組合動力方式。

3）材料與結構設計技術。空天飛行器需要多次出入大氣層，每次都會由於與空氣的劇烈摩擦而產生大量氣動加熱。除此之外，空天飛行器在起飛上升階段要經受發動機的衝擊力、振動、空氣動力等作用，在返回再入階段要經受顫振、抖振、起落架擺振等作用。在多種工況複合作用下，熱防護系統既要保持良好的氣動外形，又要能夠長期重複使用，維護方便，所以其設計具有相當的技術難度。

4）一體化設計技術。空天飛行器除起飛加速階段外，其他階段的飛行速度都很高，當其以馬赫數超過6的速度在大氣層內飛行時，空氣阻力將急劇上升，所以其外形必須高度流線化，這就需要實現發動機與機身一體化。在一體化設計中，最複雜的是要使進氣道與排氣噴管的幾何形狀能夠隨著飛行速度的變化而變化，以便調節進氣量，使發動機在低速時能產生額定推力，而在高速時又可降低耗油量，還要保證進氣道有足夠的剛度和耐高溫性能，以使它在再入大氣層的過程中能夠經受住高速氣流和氣動加熱的作用。（待續）

（中國運載火箭技術研究院唐紹鋒 張靜）

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