美國推未來空天飛機方案:2018首飛

  據美國國家地理網站報道,空天飛機是一種擁有機翼的航天器,它代表著航天時代永恆的夢想。空天飛機進入太空,還可以像飛機那樣滑翔降落返回地球,這一點即便是在阿波羅載人登月的年代聽上去也像是天方夜譚。

  而儘管經歷了一度輝煌的美國航天飛機時代,2011年美國宇航局的航天飛機機隊終於黯然退役,這種帶有機翼的航天器的前景似乎已經變得暗淡無光。然而,在近日曝光的美國政府乃至私營航天企業的規劃中,人們卻再次看到了帶有機翼的空天飛機的身影。

  美國國防部高級研究計劃局(DARPA)是美國國防部下屬一個專門專注於未來先進武器技術研發的部門。就在本月初,該機構提出一項價值1400萬美元的計劃,名為“XS-1”項目。這種新型飛行器將可以在軌道上釋放重達4000磅(1800公斤)的衛星。

  藝術想像圖:未來空天飛機方案“XS-1”

       而其每次發射的費用將不超過500萬美元,這一數字比現役的傳統火箭或是美國私營軌道科學公司的米諾陶-4型火箭的單次發射成本要低10倍。根據計劃,美國政府的這款新型空天飛行器將於2018年執行首次發射。

  從科幻電影到航天飛機

  華盛頓史密松國家航空航天博物館科學史專家羅傑·萊納斯(Roger Launius)表示,空天飛機的一直存在於人們的夢想之中,從最早期的巴克·羅傑斯(編譯者註:Buck Rogers,是第一部太空探險題材的流行文化作品,當年在美國家喻戶曉)到美國的航天飛機。

  DARPA在一份聲明中指出,該局正尋求一種“完全可重複使用,且可以像飛機那樣進入太空的無人飛行器”方案,並且其應當可以在10天之內連續執行10次飛行任務。

  然而也有一些航天專家指出,設計帶有機翼的航天器可能只是滿足了工程師們對於希望與夢想的追求。

  羅傑·萊納斯問道:“為什麼航天飛機必須要求機翼,它們其實並不需要這樣。這一點體現了我們的技術是如何受到觀念和文化的影響的。”

航天飛機

  火箭與機翼之間的聯繫最早可以追溯到1920年代的早期科幻作品之中,當時飛機才剛剛問世不久。萊納斯在其作品中寫道:“於是帶有機翼的火箭便成了航天飛行的一種象徵。”這一點明顯的體現在了1928年首次上演的科幻英雄人物巴克·羅傑斯的身上。此後這股浪潮還接連引申出了一系列的漫畫,廣播劇以及電影作品。

  奧地利航天設計師艾根·桑格爾(Eugen S?nger)在1938年設計推出了“銀鳥”(Silbervogel)空天飛機方案,這一設計也對後來的工程師們產生了重要影響。事實上,正是當時在美國加州理工學院做的有關這一設計的一次報告,引發了美國在隨後於加州組建後來聞名於世的噴氣推進實驗室(JPL)。

  萊納斯表示,實際上直到1957年蘇聯人使用火箭將第一顆人造地球衛星送入太空,在此之前,對於航天迷們而言,進入太空的首選方案仍然是某種“帶有機翼的空天飛機”。

  現實的困境

  然而截止1961年,美國政府意識到,只有依靠發展高性能的火箭技術才有可能最終贏得與蘇聯的月球競賽。於是美國開始全力發展火箭技術,並從水星計劃開始進行以飛船形式的載人航天飛行。

  1963年,一項設想以火箭發射的空天飛機設計方案——X-20“動力滑翔飛行器,Dyna-Soar”被國防部取消。萊納斯表示:“毫無疑問,這項承載著無數夢想的飛行器從未能真正實現起飛。”

航天飛機

  然而在阿波羅時代過去之後,美國宇航局很快便決定拋棄笨重的土星5號火箭,並轉而研製航天飛機。作為一種較保守版本的空天飛機,美國宇航局設計了一種雖然以火箭形式發射,但可以像飛機那樣滑翔著陸的飛行器,希望其可以實現可重複的快速發射。

  航天飛機的失望

  起先美國宇航局的預算部門向美國國會許諾的方案是,航天飛機將可以更低廉且更可靠的方式將載荷送入軌道。當時給出的具體數字是:以1972年價值計算,每次發射費用約1004萬美元。

  但這一點從未能做到過。實際上,航天飛機的每次發射都超過了這一數字,平均值大約是15億美元。而快速發射的期望也沒有達到預期,即便在發射最頻繁的1985年,航天飛機也只從肯尼迪航天中心發射了9次。然而就在第二年,美國挑戰者號航天飛機的失事給了美國宇航局沉重的打擊,它證明了,即便是在這樣不算高的發射頻次下,航天飛機仍然不經濟,並且不安全。

  於是到了2011年,在完成了133次飛行並經歷兩次重大災難性事故之後,美國宇航局終於下定決心讓其航天飛機機隊退役。在那兩次航天飛機事故中,共有14名宇航員遇難。

  這項讓航天飛機全部退役的決定充滿爭議,其很大程度上來源於事後對2003年哥倫比亞航天飛機事故的調查報告。但不管如何,這項決定看起來再次讓空天飛機的夢想折戟。美國宇航局在規劃美國未來的載人航天時已經再次回歸到了火箭+飛船的組合上來。

航天飛機

  萊納斯表示:“但帶有機翼的空天飛機的夢想不會這樣輕易死去。這可能並不是一件壞事。如果你回顧歷史就會發現,那些瘋狂的想法中99%最後都不會實現,但只要那1%的部分最終得以實現,那就已經足夠了。”

  另一方面,萊納斯也注意到一個非常有趣的現象,那就是最迷戀帶有“翅膀”的空天飛機方案的主要是工程師們,他們喜歡空天飛機,僅僅是因為它是“進入太空更加優雅的方式”。

  在一項研究是,萊納斯詳細論述了空天飛機的想法如何反覆出現在工程師們的腦海之中。他們設想著這樣的情景:一名軍官駕駛著一架空天飛機在跑道上降落,然後輕輕鬆鬆地去了軍官俱樂部,就像剛剛經歷了一次非常普通的飛行。而相比下之下,乘坐像罐子那樣封閉的飛船從天上直愣愣的掉下來,濺落在海面上,還得等待海軍把你從飛船裡弄出來,那樣顯然不是一種體面的返回方式。萊納斯說:“這一點顯示了人們的觀念在工程設計實際中的影響力。”

  經濟上的不確定性

  但不管你有多麼中意某個方案,經濟才是決定一切的。而很多批評人士也正是出於這一目的,認為應當發展航天飛機或空天飛機。

  喬治華盛頓大學空間政策研究院經濟學家亨利·赫茲菲爾德(Henry Hertzfeld)表示:“在這一切的背後的關鍵點就在於如何能以更低的成本進入太空。”他說:“我不認為我們現在已經擁有了這樣的方案,並且我也不認為我已經看到這樣的方案即將出現。”

  從理論上來說,可重複使用的空天飛機將會比一次性使用的火箭要更加經濟。因為它只需要重新加注燃料即可,並且它還不需要海軍來進行海上搜救行動。

  這樣的想法的確非常具有吸引力。於是美國一家私營航天公司便推出了一款名為“山貓”(Lynx)的空天飛行器方案,而美國宇航局也正在資助研發一款名為“追夢者”(Dream Chaser)的空天飛行器,其主體將是可重複使用的,非常類似微縮版本的航天飛機。而美國空軍在今年來也已經連續進行了3次保密性質的空天飛機發射。他們的這款空天飛機代號為“X-37B”,似乎也是一種類似微型航天飛機的設計。

航天飛機

  不過最終,正如赫茲菲爾德表示,現在的空天飛機方案中仍然需要依靠火箭的推力來將其送入太空。因此赫茲菲爾德指出,至少在目前空天飛機還並不是進入太空最便宜的方式。他表示,只要火箭借助的化學推進力仍然是進入太空的唯一手段,那麼火箭將仍然是我們進入太空的最經濟手段。

  而至於空天飛機的前景,赫茲菲爾德則表示:“我想,作為一個社會,我希望我們能繼續開展這方面的研究並最終建造一架樣機,無論如何這樣做至少可以說服我們自己,我們至少的確擁有一架空天飛機——儘管從本質上來說這仍然只是‘化了妝’的火箭。”

  DARPA的想法或許與之類似。這個國防技術開發主管部門儘管全力支持飛船技術的發展而不是空天飛機技術,但仍然提出了像XS-1這樣的空天飛機方案。DARPA的傑斯·斯旁那波(Jess Sponable)表示:“至於這款飛行器將如何設計,它如何起飛,又如何降落,一切都可以討論。我們需要的是最具創新性但又具有實用性的方案。”




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