像火箭一樣起飛,，如飛機一樣降落

　　我國可重復(fù)使用航天運載器預(yù)計2020年首飛

　　廉價、便捷地往返天地,，一直是航天技術(shù)發(fā)展的目標(biāo),。近年大出風(fēng)頭的美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)，正是憑借獵鷹九號火箭的回收和重復(fù)使用,，在降低航天成本方面邁出了跨越性的一步?？萍既請笥浾呷涨皬闹袊教炜萍技瘓F公司一院獲悉,，該院正聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢機構(gòu)共同合作研制可重復(fù)使用運載器,，并計劃于2020年左右首飛,。其最終目標(biāo)不僅能將單位有效載荷的運輸成本降低至現(xiàn)有一次性運載火箭的十分之一,，還能大幅縮短發(fā)射準(zhǔn)備時間，有望像飛機一樣實現(xiàn)航班化的天地往返運輸,。

　　一級“背”著二級,，一天能飛一次

　　一院研發(fā)中心總體室主任陳洪波在接受科技日報專訪時介紹,，可重復(fù)使用運載器，指能利用自身動力攜帶人員或有效載荷進(jìn)入預(yù)定軌道,，并可從軌道返回地面，可以多次重復(fù)使用的航天運輸工具,。

　　根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn),，重復(fù)使用運載器有多種分類,。按照重復(fù)使用的比率，可分為部分重復(fù)使用和完全重復(fù)使用(例如航天飛機,、獵鷹九號火箭等屬于部分重復(fù)使用,，英國正在研制的“云霄塔”空天飛行器屬于完全重復(fù)使用)；按主動力形式分為火箭動力和吸氣式組合動力,；按級數(shù)分為單級入軌和多級入軌(一般以兩級入軌為主),；按起降方式分為垂直起飛/垂直降落、垂直起飛/水平降落以及水平起降,。

　　陳洪波表示,，我國正在研制的重復(fù)使用運載器兼具航天器和航空飛行器的特點,。與傳統(tǒng)一次性火箭相比，我國正基于目前的火箭發(fā)動機,，通過技術(shù)改進(jìn)讓其實現(xiàn)重復(fù)使用。2020年左右完成首飛后,，還將連續(xù)進(jìn)行數(shù)次飛行,，驗證其快速再次發(fā)射和重復(fù)使用能力。美國國防高級研究計劃局主導(dǎo)的XS-1(試驗性太空飛機,，采用垂直發(fā)射、水平著陸模式)也計劃在2020年完成飛行試驗,，可以說,，中美兩國的可重復(fù)使用運載器研發(fā)是“比肩的”。

　　與獵鷹九號相比,，該運載器的組合和回收方式有所不同,。陳洪波說，獵鷹九號以及傳統(tǒng)火箭,，各子級是采用串聯(lián)方式,。該運載器的起飛方式與傳統(tǒng)火箭一樣，都是垂直發(fā)射,，但優(yōu)選方案是讓一二級并聯(lián)組合在一起,，一級“背”著二級，二級機身設(shè)置著有效載荷艙,?；厥諘r，獵鷹九號一級是垂直降落于海上平臺或陸地回收區(qū)域,，目前暫未實現(xiàn)第二級的回收,。而可重復(fù)使用運載器的一二級在完成各自任務(wù)后,，將分別返回著陸場,，像飛機一樣水平降落在跑道上,。

　　SpaceX曾宣稱,，憑借獵鷹九號一級回收，未來可將航天發(fā)射成本降低80%,。我國重復(fù)使用運載器的目標(biāo)與其近似。陳洪波說,，該運載器的設(shè)計重復(fù)使用次數(shù)在20次以上,，初期目標(biāo)是將單位有效載荷運輸成本降至目前的五分之一,，未來則有望降至十分之一,。

　　除了降低發(fā)射成本,，該運載器的發(fā)射周期也將大大縮短,。科技日報記者了解到,，傳統(tǒng)火箭的發(fā)射準(zhǔn)備時間往往長達(dá)數(shù)月,，即使是國內(nèi)以快著稱的小型火箭“快舟”系列，準(zhǔn)備時間也需一周左右,。而陳洪波透露,，該運載器將引入航空領(lǐng)域的快速檢測理念和技術(shù)，力求具備一天一次飛行的能力,。

　　不過,，可重復(fù)使用航天器的終極目標(biāo),，仍是能像飛機一樣水平起降,、可單級入軌的“空天飛機”,。其為了提高在大氣層內(nèi)的飛行效率,，需要用渦輪發(fā)動機,、沖壓發(fā)動機與火箭形成組合動力,?？萍既請笥浾吡私獾?，目前國內(nèi)已經(jīng)開展相關(guān)研究,。但陳洪波表示,，該技術(shù)難度極大,，預(yù)計還需要15年左右才能有所突破,，具備工程應(yīng)用能力。而火箭動力形式目前已經(jīng)比較成熟,。

　　空間站航天員無需擔(dān)心“斷糧”

　　從外觀來看,，我國在研的重復(fù)使用運載器與傳統(tǒng)火箭最顯著的區(qū)別,，就是其一二級均帶有飛機一樣的“翅膀”,。

　　陳洪波表示,，為了實現(xiàn)水平降落回收，一二級需要有航空器的機翼,，為其在跑道水平著陸時提供足夠的升力,。為此,，一院與北京航空航天大學(xué)航空學(xué)院簽訂協(xié)議,，雙方將在帶翼航天器彈性載荷設(shè)計和疲勞載荷譜設(shè)計方面開展深度合作,。

　　載荷設(shè)計的優(yōu)劣將決定運載器的技術(shù)先進(jìn)性和承載能力,。陳洪波說,，此載荷指的是飛行器在任務(wù)過程中受力的情況,。如果載荷設(shè)計過于保守，會導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)過重,，損失運載能力,；過于冒進(jìn)則可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)骨架設(shè)計薄弱,，影響飛行安全。為滿足該運載器重復(fù)使用,、高頻次發(fā)射的需求,，必須吸納航空飛行器載荷設(shè)計的技術(shù)方法,。

　　十九大報告中指出：“要瞄準(zhǔn)世界科技前沿,，強化基礎(chǔ)研究,，實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破,?！庇浾吡私獾剑芍貜?fù)使用運載器技術(shù)代表著世界科技前沿,，可帶動先進(jìn)材料、先進(jìn)制造,、控制,、氣動等學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。同時其應(yīng)用前景極為廣闊,。據(jù)介紹,，我國預(yù)計在2030年前全部完成可重復(fù)使用運載器的研發(fā)及相關(guān)飛行試驗,，屆時有望成為全世界首個實現(xiàn)完全重復(fù)使用運載器研制的國家。

　　陳洪波說,，該運載器主要面向300至500公里高度的軌道,，可滿足未來“快速、可靠,、廉價”的航天運輸需求,。例如能承擔(dān)未來我國空間站的人員,、物資運輸任務(wù)，也能滿足軍民兩用的有效載荷發(fā)射需求,，還能開發(fā)太空旅游等民用產(chǎn)業(yè),。

　　可以想象，未來生活在空間站的航天員再也不用擔(dān)心“斷糧”了,，更多人也能有機會前往太空一覽美景,。(本報記者 付毅飛)

　　(科技日報北京10月30日電)