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    欧空局开发可重复使用的太空飞机:发射时纵火箭内部

    种别:社会新闻发布人:联迪发布时间:2017-04⑴9

    在航天飞机退役以后,人类就1直缺少能履行屡次任务的宇宙飞船。欧洲空间局的“太空骑士”(Space Rider)是否是能弥补这1空缺呢?

    ▲太空骑士最早可能在2020年到达地球轨道

    宇宙飞船的造价非常高昂。它们需要数10年时间进行设计、测试和建造。然后,在船员舱载着宇航员返回地面以后,宇宙飞船就永久失落在无垠的宇宙中。它们的第1次任务也是最后1次任务。

    ▲NASA的航天飞机在2011年退役,至今还没有新的可重复使用的太空飞机

    为甚么不使用1种返回地球以后还能继续履行屡次任务的飞船呢?类似飞机的宇宙飞船概念,最早是由德国科学家欧根·桑格(Eugene S?nger)在1933年提出的。几10年以后,太空飞机的研究和开发转移到了美国。1959年和20世纪60年代的大部份时间,美国航空航天局(NASA)和美国空军(USAF)在桑格的工作基础上,发射了实验机型“X⑴5”。X⑴5的起飞既不像火箭,也不像飞机——它是从美国空军的B⑸2轰炸机上丢下去的。1旦脱离轰炸机,X⑴5就会启动火箭发动机,飞到美国空军所决定的太空高度——80。4千米——之上。

    X⑴5并没有到达地球轨道,它本身只是1个实验品。不过,它是自20世纪30年代以后最接近太空飞机的航天器,直到1981年被NASA发射的航天飞机所取代。1971年,时任美国总统理查德·尼克松(Richard Nixon)宣布了建造航天飞机的计划。这类新型的飞船能像飞机1样降落,但起飞时需要借助火箭。固然,人们梦想中的太空飞机是能像大型客机1样方便、快捷地起飞和降落。在NASA的航天飞机编队于2011年退役以后,这个梦想又变得缥缈起来。前苏联也有10分类似美国航天飞机的设计——狂风雪号航天飞机(Buran)。不过,狂风雪号只进行了1次无人驾驶的测试任务,并未将宇航员送入地球轨道。

    遭到NASA在20世纪80年代发射的航天飞机启发,欧洲空间局(ESA)也开始设计自己的“赫尔墨斯太空飞机”(Hermes spaceplane)。这类太空飞机重量为21吨,能搭载3名宇航员,并运送3.3吨的货物前往海拔800千米的轨道上。欧洲空间局最新的太空飞机计划“太空骑士”(Space Rider)则不像“赫尔墨斯”这么有野心,它只能载重800公斤,能到达的高度只有400千米。但是,“太空骑士”的意义在于,它表明了可重复使用的太空飞机设计并没有随航天飞机的退役而终结。

    无独有偶,总部位于伦敦的跨国军火工业和航空设备公司英国宇航系统(BAE Systems)——前身是英国宇航(British Aerospace)——当年也推出了“霍特尔”(Hotol)太空飞机的概念。“Hotol”是“Horizontal Take-Off and Landing”的缩写,意为“水平起飞和着陆”。顾名思义,“霍特尔”可以像1架普通飞机1样在跑道上起飞和降落。相比之下,“赫尔墨斯”需要搭在欧洲空间局的新型火箭——阿丽亚娜5(Ariane 5)运载火箭——上进行发射。

    “赫尔墨斯”和“霍特尔”终究都没有成为现实,但在某种程度上,它们又都继续存在着。欧洲空间局最新的太空飞机计划“太空骑士”也将使用1枚欧洲的火箭——织女星(Vega)运载火箭——进行发射。

    与欧空局研制的迷你无人航天飞机IXV(Intermediate eXperimental Vehicle,IXV;中文译为过渡实验飞行器或太空计程车)1样,太空骑士也将在法属圭亚那进行发射。不过与IXV和赫尔墨斯不同,太空骑士将作为1个轨道自动化实验室,可用于材料的测试。届时,太空骑士的载荷舱将打开,暴露在太空环境中。

    欧洲空间局太空骑士和织女星火箭开发项目负责人乔治·图米诺(Giorgio Tumino)说:“(太空骑士)第1个主要任务是在轨道上进行1系列技术的演示,包括地球观测、自动化探索和微重力实验等。”

    在图米诺及其团队研究、开发IXV和太空骑士的同时,欧洲其他国家也提出了自己的假想。英国“喷气发动机”(Reaction Engines)公司正在研发1种被称为“云霄塔”(Skylon)的无人驾驶太空飞机,可用于发射卫星。德国航空航天中心(DLR)则提出了“太空班机”(SpaceLiner)的概念,可以用于载人亚轨道飞行。但是,不论是云霄塔还是太空班机,短时间内都还没法看到它们出现在地球轨道上,最少不会在太空骑士之前。

    ▲许多太空飞机,包括美国的X⑶4,都对无人驾驶的设计进行了探索

    太空骑士可能会在2020年或2021年到达地球轨道,这得益于去年12月时,欧洲空间局的27个成员国批准了对该项目的设计拨款。这笔钱将确保欧洲空间局与意大利航空航天研究中心(CIRA)、泰雷兹阿莱尼亚宇航公司(Thales Alenia Space)和洛克希德马丁公司(Lockheed Martin)的合作顺利进行,在2019年时完成太空飞机的设计。目前该项目由意大利航空航天研究中心负责管理。

    不过,太空骑士的首次飞行很可能不会脱离地球大气层。该飞行器的全尺寸模型将于2019年通过大气气球或直升机进行投放,以测试其着陆效果。设计中采取了1个翼伞系统,可以帮助太空骑士减速。图米诺称,这些飞行和着陆测试将在两个地点进行,多是圣玛利亚岛,也多是瑞典的S-range飞行测试场。

    大气气球可以用来测试太空骑士的全程降落飞行,翼伞系统可以引导太空骑士着陆,而直升机可以投下太空骑士,进行接近跑道和终究着地的测试。20世纪60年代,NASA曾使用翼伞进行过双子座载人飞船的跑道着陆引导实验,接着在20世纪90年代初的SpaceWedge项目和2000年的X⑶8实验机(后来被取消)测试中也使用过翼伞。

    此前,在IXV项目中也进行过这类着陆测试,测试地点包括美国亚利桑那州和地中海的撒丁岛。IXV的唯逐1次飞行是在2015年,当时它以每秒7。5千米的速度进行了100分钟的亚轨道飞行。在降落到太平洋之前,IXV总共飞行了25000千米。

    太空骑士将降落在葡萄牙圣玛利亚岛的1条跑道上。圣玛利亚岛位于大西洋,是亚速尔群岛的1部份。图米诺表示,该岛位于大海当中,很合适在太空骑士投入运行后作为返回地球的着陆点。

    在IXV以后,欧洲空间局曾提出过1项名为“欧洲可重复使用在轨验证器项目-创新太空飞行器”(Programme for Reusable In-orbit Demonstrator for Europe–Innovative Space Vehicle,Pride-ISV)的计划。“太空骑士”正是Pride-ISV项目的新名字,只是在设计上略有不同。

    图米诺解释称,太空骑士将比IXV稍微大1些,后者长度为4。4米。他相信太空骑士将会成功,由于它是基于已成功飞行的IXV开发的。“我们没有很多未知的问题,我们只需要把1切整合在1起,使其最有益于任务目标的实现,”他说,“1切都已证实是可行的,而且很容易实行。”

    虽然太空骑士是降落在跑道上,但它的起飞却不是在跑道上。与NASA的航天飞机相比,太空骑士的体积小了很多,但一样也需要借助火箭进行垂直发射。狂风雪号航天飞机和NASA的航天飞机与搭载它们的火箭推动器是并排而立的,而太空骑士将被放置在织女星-C运载火箭的顶部。作为织女星运载火箭中体量最大的成员,织女星-C将在2019年发射。

    ▲太空骑士的体积相对较小,在发射时能够被密封在火箭的整流罩内

    不过,太空骑士并非以这类方式发射的第1台太空飞机。2010年,美国空军首次使用阿特拉斯⑸型运载火箭发射了无人太空飞机X⑶7B轨道实验飞行器(Orbital Test Vehicle,OTV)。这台飞行器由参与过航天飞机项目的波音公司研发,体积比太空骑士大很多。它的长度到达9米,能在轨道上运行最少270天。在第4次任务中,X⑶7B实现了轨道飞行。美国空军在去年宣称,他们将使用X⑶7B测试电力推动技术。

    太空骑士是1款民用太空飞机,它未来的任务时间只有几个月。在发射期间,太空骑士和X⑶7B都将被密封在火箭整流罩内。整流罩是火箭的突出部份,由两片子弹头形状的半壳组成,使火箭能切开低层的大气。1旦到达大气层顶端,这两片半壳就会从火箭上分离,坠落到地面。

    X⑶7B和太空骑士还有另1个共同点:它们都装有太阳能板,可以在轨道飞行时为自己供能,从而延长任务时间。太空飞机在重新使用时都需要进行翻新,太空骑士也不例外。固然,最重要的是,我们终究又有机会面到新的太空飞船在地面和太空之间来回穿梭了。