航天科普
基础知识
太空探索
卫星及应用
运载与发射
载人航天
航天词库
您当前的位置: 首页  >>  航天社区  >>  航天科普  >>  运载与发射 >> 正文
“追梦者”:美国新一代航天飞机将现身
来源:中国航天报·飞天科普周刊     日期:2017/09/22    字体:【】【】【

前世:多年攻关“奇葩”外形

像“追梦者”这样的升力体飞行器虽然外形有些“奇葩”,但这种设计可消除机身等部件所产生的附加阻力和机翼与机身间的干扰,而且它的降落方式与普通飞机一样。

在上世纪50年代,美国宇航局的工程师就已经开始探索机身与机翼相融合的飞行器。

上世纪60~70年代,美国就已经进行了一系列升力体的研究。其中,美国宇航局联合诺斯罗普公司研制了美国最早的升力体验证机M2-F2,它两片巨大的垂尾位于机身后方,几乎没有机翼结构,机身提供主要升力。这在当时被认为是思想超前的飞行器验证机。

此后,美国空军开始以升力体技术制造更先进的验证机,比如X-24被外界形容为“外形圆胖,如同一只会飞的熨斗”。

1986年后,由于挑战者号航天飞机发生机毁人亡的重大事故,美国迫切需要一种运营成本低、飞行安全性高、适合空间站应用的“乘员运载系统”。于是美国宇航局开始以升力体构型为基础,研发HL-20升力体验证机,并进行了大量风洞试验,但是没有生产样机和开展飞行试验。

1999年,美国宇航局、欧空局等共同研制的X-38升力体飞行器完成首飞。它被定位为空间站的应急救援飞行器,可搭载7名航天员和少量货物,完成快速进入轨道以及紧急撤离返回地面的任务。然而这个听起来还挺靠谱的计划却在2002年中止了。

苏联同样也开展了升力体飞行器的研制。上世纪70年代,苏联开始探索可载人的天地往返系统,研制了米格-105飞行器。到了上世纪80年代初,苏联的BOR-4升力体飞行器进行了试飞,甚至完成了亚轨道飞行试验。BOR-4升力体飞行器的风洞试验结果表明,它在高超声速至低亚声速的整个飞行速度范围内,都具有良好的气动特性。

今生:“追梦者”重新起航

2005年,美国SpaceDev公司宣布建造一种类似航天飞机的新型航天飞行器,它能把航天员和货物送入轨道,飞船命名为“追梦者”。

2006年,SpaceDev公司决定在HL-20升力体构形的基础上研制“追梦者”,并参加美国宇航局“商业轨道运输服务”项目的竞标。虽然梦想未能成真,但仍然得到了与美国宇航局继续合作研究该方案的机会。

2008年,内华达山脉公司收购了SpaceDev公司。2011年,美国宇航局宣布了“第二轮商业乘员开发项目”,研制可替代航天飞机的天地往返运输系统。内华达山脉公司的“追梦者”方案获资助,而波音公司的CTS-100飞船、SpaceX公司的龙飞船和蓝源公司的垂直起降方案也分别获得了数额不同的资助。

在这之后,“追梦者”又陆续获得了一些资助。2016年1月14日,美国宇航局宣布:内华达山公司、轨道·ATK公司、SpaceX公司赢得第二轮国际空间站商业货运任务合同,将在2019~2024年期间至少执行6次国际空间站货运任务。外界普遍认为,“追梦者”这次中标的关键,在于它采用的是美国宇航局多年积累的技术。

与航天飞机相似,“追梦者”的飞行方式也是垂直起飞,水平着陆,但它不是采用助推火箭和外储箱与轨道器并联的方案,而是改成装在运载火箭的顶部来发射,升力体的机翼可折叠,安放在5米直径的整流罩内,返回时则与航天飞机类似,再入大气层后滑翔降落。

时尚度满满的“追梦者”分为货运版和载人版,分别可以携带6吨左右的货物或供7名航天员搭乘。可以说,“追梦者”体现了美国新一代航天飞机的基本特征。

在2013年10月的首次无动力飞行试验中,“追梦者”工程样机显示了非常高的稳定性,但在降落时左起落架未能展开,并导致机体滑出跑道。这也导致其没能在2014年签下美国宇航局关于商业载人项目的合同。但内华达山脉公司并没有因此而放弃,决定在发展载人的航天飞机之前,优先发展货运版“追梦者”。

今年8月30日,吊挂在直升机下方的“追梦者”工程样机从基地起飞,历时1小时40分钟后降落。试飞中采集了飞行器性能数据,涉及雷达高度计、大气数据探针和无法在地面测试的其他系统的工作情况。这无疑是“追梦者”又一次里程碑式的“成长”。

未来:路漫漫其修远

“追梦者”工程试验机的第二次系挂飞行预计在今年年内进行。届时,将有直升机携带其到高空投放,并在跑道上降落。

“追梦者”的自身优势相当明显。它具备在国际空间站停靠和对接的能力,不但可以方便快速地交付货物和重新装载,达到美国宇航局向国际空间站送货的要求,而且还能在普通机场着陆,重复使用能力非常强大,预计可进行重复使用不少于15次,这一点明显优于波音公司和SpaceX公司的方案。

此外,相较于飞船,“追梦者”在低轨道具有更好的机动性,所以它的任务规划更加灵活多变,可以进行应急性的运送货物、卫星维修,甚至是空间碎片垃圾的清理等工作。

与三角翼的航天飞机相比,“追梦者”的外形结构具有发射成本低、逃生速度快等优点。但研制像飞机一样着陆的飞行器比落入大气层后通过降落伞着陆的飞行器要更复杂,所以“追梦者”在外形设计、气动性能、结构材料等方面还需要通过多次飞行测试。

而如何避免像航天飞机一样,设计过于复杂、预算超支、高昂的维护检测成本,同时还需要具备可靠的安全设计和逃逸系统,都将是“追梦者”需要达到的目标。

“追梦者”的主要竞争对手是波音公司的CTS-100飞船和SpaceX公司的龙飞船,尤其龙飞船这个“劲敌”不可小觑。

此外,欧洲正在测试的过渡实验飞行器、美国轨道·ATK公司的天鹅座飞船等也是潜在的竞争对手。

显然“追梦者”的老板——内华达山脉公司对其已经有了一个非常明朗的全盘规划。今年7月,内华达山脉公司与联合发射联盟公司签订了“追梦者”前两次任务的发射合同。同时,该公司还与美国宇航局签署了协议,将在无经费支持的条件下把他们的“商业载人综合能力”协议延续5年,以支持今后很有可能开展的载人型“追梦者”航天飞行器的研制。

2014年9月,波音公司、SpaceX公司分别获得了美国宇航局的合同,承担飞往国际空间站的载人运输任务。如果内华达山脉公司能顺利完成“追梦者”航天飞机的货运任务,也将会加入到载人任务的竞争中来。

内华达山脉公司太空系统部副总裁马克·西兰杰洛说:“用不了多久,全世界将再次看到美国的有翼航天器从太空返回,降落到跑道上。”(许元男)

分享到:
联系我们
电话:010-68767492
传真:010-68372291
地址:北京市海淀区阜成路16号
邮编:100048
信访邮箱:xinfang@spacechina.com
监事会邮箱:jianshihui@spacechina.com
京ICP备13027524号 | 京公网安备:11040102100209号 中国航天科技集团公司版权所有