飞行276天后,中国空天飞机回来了,性能不比美国X37B差

前言:在航空航天领域,中国一直稳步前进,近日中国官方突然发布了一条“字少事大”的消息,即可重复使用实验航天器在轨飞行276天后成功返航。要知道,过去很长时间里,“可重复使用航天器”与“在轨飞行”这类词,通常都只用在美军身上,可如今,美国能做到的事情,中国也做到了。本文将对中国可重复使用航天器性能展开分析,并与美国X-37B进行多角度对比,最后探寻出其将对中国产生怎样的影响。
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(图解:电影《太空牛仔》中的“剑鱼2号”空天飞机手办图)
1、中国绝密航天器:“过于先进不宜展示”
电影《太空牛仔》中,曾出现过一款名为“剑鱼号”的空天飞机,其极具科幻性,可以在大气层与太空之间自由移动,而且还配备了强大武器。事实上,空天飞机并不是第一次出现在艺术作品中,这也从侧面反映出人类对其抱有的高度期待。
那么,现实生活中是否有空天飞机原型?答案是肯定的,我们通常将其称为“可重复使用航天器”,属于空天飞机的二级,二者有着高度相似性,所以大多数人都会将其画上等号。只不过,可重复使用航天器涵盖了比空天飞机更广阔的范围,如地球轨道或者近地轨道上的航天器。
我们最为熟知的便是可重复使用火箭。
众所周知,常规运载火箭建造技术复杂,成本高昂,几乎每发射一次都要耗费上亿美元,如美国宇宙神5,发射报价已经达到1.5亿美元,德尔塔4火箭更是达到3.5亿美元。尽管如此,太空丰富的资源还是时刻吸引着各国人员,所以,如何降低发射成本,便成为全球各国都亟待解决的共同问题
可想而知,当可重复使用火箭成为现实后,未来航天器便能更安全、更快速地进出空间。中国这些年来,一直在积极研制可重复使用航天器,令不少国人欣喜的是,中国近期已经在该领域获得重大突破。
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(图解:央视新闻报道截图,我国可重复使用试验航天器成功着陆)
央视新闻报道称,酒泉卫星发射中心此前运用长征23号F运载火箭,发射了一型可重复使用试验航天器,当其在轨飞行276天后,成功返回预定着陆场
要知道,过去不管是“可重复使用航天器”还是“在轨飞行”等词语,大多都是用来描述美国航天器的,而如今中国终于也做到了。可以说,中国可重复使用航天器首次在轨飞行就达到如此成果,足以说明其性能与设计的成功。
有心人士发现,各方报道均有一个共同点,那就是没有官方配图,最多是一些想象图或者经过脱密处理的论文,大概,这就是所谓的“过于先进不宜展示”吧。正因如此,我们将根据现有同类装备X-37B与长征2FT火箭,对中国可重复使用航天器性能展开分析和推断。
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(图解:美国组建太空军,X-37B的首次太空之行开始于2010年4月22日)
2、美军战略构想的唯一武器:X-37B
其实,不管是空天飞机还是可重复使用航天器,其概念的出现,都离不开美国最初的一个战略构想。随着对太空领域的不断探索,美国特地成立太空军与相应的太空轨道战部队,并将此部队命名为“太空三角洲9队”,主要负责挫败各种轨道威胁的太空任务,我们熟知的天基空间监视系统、天基监视卫星,便是该作战部队的组成部分之一。
分析人士认为,美国之所以组建太空部队,目的就是为了尽快达成“两小时内攻击地球上任意一个目标的快速全球打击”战略构想,著名的X-37B可重复使用轨道飞行器,便是其为了实现该构想而特地研发的成果,同时也被美国视为实现该构想的唯一武器。
美国是世界上第一个对空天飞机展开探索性试验的国家,只不过,那时一直被称为“跨大气层飞行器”,直到后来X-33验证机出现,美国才正式将项目名称更改为“空天飞机”,按照预想,X-33将兼具垂直发射和水平降落的能力,无需外挂燃料便能自行进入轨道,只可惜,最终还是因为技术限制而宣告破产。
后来,NASA提出Future-X计划,也就是第二代空天飞机X-37计划,美方原计划是使用航天飞机将其送入太空,届时,X-37就能成为全球首架同时具备在地球卫星轨道上飞行和再入大气层能力的航天器,飞行速度达到25倍音速。2010年美国空军启动X-37B首次试飞工作,并将其送入轨道飞行。这次成功对美国来说意义重大。
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(图解:由美国军方主导的X-37B空天飞机,累计在轨时间908天)
2011年,美国再次发射X-37B轨道试验飞行器,且一口气在轨运行225天。美军表示,X-37B将能够在升空后自主运行,不需要地面人员远程遥控。到2014年,该空天飞机在轨时间达到671天,至2022年11月12日,X-37B结束任务重返地球,累计在轨时间908天,打破自身纪录。
最重要的是,其完成任务后还能够自主返回地面,由于飞行速度过快,地面雷达根本无法捕捉,所以不管安全性还是可靠性,都得到了保证,为此,X-37B被公认为未来太空战机的雏形。甚至有专家认为,X-37B不仅具备部署卫星、太空科学试验等功能,或许还可以搭载激光武器或其他导弹对目标展开远程打击,作战潜力不容低估
3、美国X-37B能做到的,我国也能做到
根据上述报道可以知道,除了美国外,中国也已经在可重复使用航天器技术领域获得突破,那么,中国现在已经进行到哪一阶段了?其性能如何?
虽然中国在该领域的发展要比美国晚很多年,但也在上世纪80年代进入研究阶段,1992年“神舟一号”无人飞船成功升空后,中国航天脚步加速,陆续发射多颗载人和无人航天器,并在2016年时,成功试飞了可重复使用空间实验室模型。不难看出,中国在该领域已经积累了不少技术经验,如今得以再获突破完全在预料之中。
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(图解:曾公开亮相珠海航展的中国“腾云工程”的新型航天器)
从性能角度分析,中国版“X-37B”与真正的X-37B有何区别?对于该问题,环球网给出了很详细的数据。
其中,二者最大区别就是在轨时间,美国发射时间远远早于中国,所以X-37B已经进行过6次太空任务,累计在轨时间达到908天,而中国由于起步晚了十几年,所以在轨时间只有276天,约等于对方的四分之一。不过,我们能在第一次在轨飞行时就达到如此长的时间,已经非常了不起了,甚至这个数据还超过了X-37B的第一次在轨运行时间225天,所以,相信以现有速度发展下去,中国可重复使用航天器打破美国X-37B纪录指日可待。
除了在轨时间外,中国可重复使用航天器还具备一些不亚于X-37B的性能优势。通常情况下,空天飞机会衍生出各种武器装备,其中,一级为高超音速客机、高超音速侦察机、亚轨道轰炸机等,二级则是轨道轰炸机、太空母舰等航天器,像可重复使用航天器,就相当于空天飞机的二级,此外,中国研制的另一款空天飞机“腾云”也属于二级范畴。
对于这一武器来说,其最基本的优势就是可重复使用。当然,它还具备超高能效比、无需建设发射塔、独立可控性、适应力强、成本效益等优势。
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(图解:我国可重复使用航天器CG图)
提及可重复使用航天器,就不得不说一下空天运输飞行器。中国航天技术专家黄志澄表示,之所以对可重复使用试验飞行器展开大量研究和实验,主要就是为了给实现远程空天运输系统打下坚实技术基础。
所谓空天运输飞行器,其实就是可重复使用的航天运输系统,显著特点为可重复使用,其不仅能满足民用天地运输需求,还可以用来执行军事任务,或者是用于太空站的物资补给与维修工作,所以,空天运输飞行器将是未来大规模空间开发的一大方向,重要性丝毫不亚于可重复使用航天器。美国曾在20世纪80年代就启动研究工程,并将其命名为“史波克号”,如今,中国也在加速研究这种技术,并计划在未来进行实验和试飞。
4、不光能反导拦截!连航母都躲不掉
可重复使用航天器不光与空天运输飞行器、空天飞机有着密切联系,很可能还要和中段反导技术建立关系。表面看起来,前者主要用于运输人员、物资到轨道上,而后再自主返回地面,后者则是用于导弹防御,旨在拦截远程导弹,二者从应用领域到技术范畴都大相径庭。
可若是换种角度去分析,可重复使用飞行器的快速变轨能力,和中段反导有着脱离不了的联系。此前外媒曾报道称,中国可重复使用试验飞行器在运行过程中突然变轨,从624.5公里降低到342.5公里,要知道,该高度是弹道导弹能达到的高度,所以,外媒猜测,此举与中国同时期进行的中段反导试验有关,毕竟,机动变轨能力越强,就说明其更不容易被击毁。反过来看,可重复使用航天器也不是没有可能化身超级洲际轰炸机,从大气层向目标发起打击,对于该设想,我国其实已经在去年完成了相关对地打击,具备一定技术条件,此外,美国也的确将其列入X-37B发展目标名单中,到那时,或许远程打击航母也不是问题。
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(图解:东风17乘波体弹头飞行轨迹示意图)
只不过,快速机动变轨很容易在短时间内加大航天器燃料的消耗,所以未来要想在轨道上作战,就必须找到在节省燃料的同时还能实现变轨的最佳办法。
实际上,针对该问题,我国东风-17导弹给予了一个良好的思路。换句话说,倘若可重复使用航天器想要在轨道上躲避导弹攻击,便可以效仿东风-17导弹“乘波体”设计进行跳跃飞行,这样一来,该航天器仅需正常情况下百分之一的燃料就能实现快速变轨。所以说,这无疑为未来的可重复航天器发展指明技术路线。
当然,就目前而言,我国还没有没有进行过相关跳跃飞行试验,此外,现有技术水平也还无法将东风-17上的“乘波体”气动外形,搬到可重复使用飞行器上。
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(图解:可重复使用技术可用于研制重复使用航天运输系统)
5、对中国而言,可重复使用航天器必不可少
总的来说,不管是可重复使用航天器还是功能相近的空天飞机,都表明其相较于“星舰”等武器来说更加值得我们关注,而其未来也必然是一款不可或缺的武器。那么,这种武器的实现,对中国来说将意味着什么?
首先我们要明确的是,可重复使用航天器技术已经成为航天领域创新高地以及未来各国的竞争热点,所以,中国此次的成功,第一个意义就是为未来建设更先进、更经济的可重复使用航天系统奠定技术基础
此外,这一次的试验也展露出更多细节内容,如姿态控制、轨道变换、通信导航、载荷运行等,可以说是我国在该领域进行过难度最高的试验,所以,其也将为之后的建设提供大量可靠的数据依据。或许,此次试验所涉及的技术未来还能运用在可重复使用运载火箭、高超音速武器领域。
正因如此,就连著名的哈佛-史密森天体物理学中心研究人员麦克道威尔,都给予中国可重复使用航天器性能高度评价,他称,其将是一款高度自动化的航天飞机,用途与美国X-37B空天飞机相近。
其次,可重复使用航天器的成功试验,也表明中国成为了全球极少数可拥有此类先进航天技术的国家,满足了中国战略需求,意义重大
同时,中国的成功试验,也直接打破了美国该领域的技术垄断地位,我们知道,美国在很久以前一直占据着可重复使用航天器及其相关联的高超音速武器、弹道导弹防御系统技术优势,尤其是后者,更是占据绝对领先地位。而现在不同了,中国陆续在高超音速导弹、陆基中段反导等核心技术上的突破,有效削弱了美国的技术优势。
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(图解:中欧空间科技合作对话,签署了“龙计划合作协议”)
除去会对国家发展产生重要作用,可重复使用航天器的突破,也将给民众带去不少好处,换句话说,该技术还能运用在很多领域,加速推进科学研究和探索进程,改善人民生活、发展经济,甚至是让众人期待的太空旅行变为现实。
文章开头就介绍过,可重复使用航天器可以往返于大气层与地球轨道,所以,随着航天技术的不断进步,中国之后很可能会进一步缩短发射准备时间,让天地往返运输实现航班化,届时,载人或无人航天器便能自由进入空间。
6、打破垄断,中国未来如何发展
当然,中国可重复使用航天器也面临着不少关键技术困难,如高温、高速下材料的性能和机构稳定性问题、燃烧室与发动机技术问题、航空电子设备抗干扰性问题、降落与回收过程中如何才能精准控制以确保安全的问题,这些都将是我国接下来需要突破和解决的主要问题。
此外,中国也应当明确,未来空天飞机和可重复使用技术该朝着哪一方向前进?其一便是对外合作与竞争,毕竟中国已经与欧洲空间局签署合作协议,共同研发可重复使用空间交通系统,所以,为了加快技术发展,我们仍需要积极推进国际间的交流和合作。
结语:对于中美空天飞机的发展,大家还有什么了解的吗?欢迎在评论区留下您的看法和故事。