欧空局开发可重复使用太空飞机:射时放火箭内部(图)

Daphane · 发表于 2017-4-20 13:41:52

來源: 新浪科技

太空骑士最早可能在2020年到达地球轨道

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

许多太空飞机，包括美国的X-34，都对无人驾驶的设计进行了探索

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。

　　新浪科技讯北京时间4月19日消息，据国外媒体报道，在航天飞机退役之后，人类就一直缺少能执行多次任务的宇宙飞船。欧洲空间局的“太空骑士”（Space Rider）是否能填补这一空缺呢？

　　宇宙飞船的造价非常高昂。它们需要数十年时间进行设计、测试和建造。然后，在船员舱载着宇航员返回地面之后，宇宙飞船就永远失落在无垠的宇宙中。它们的第一次任务也是最后一次任务。

　　为什么不使用一种返回地球之后还能继续执行多次任务的飞船呢？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。几十年之后，太空飞机的研究和开发转移到了美国。1959年以及20世纪60年代的大部分时间，美国航空航天局（NASA）和美国空军（USAF）在桑格的工作基础上，发射了试验机型“X-15”。X-15的起飞既不像火箭，也不像飞机——它是从美国空军的B-52轰炸机上丢下去的。一旦脱离轰炸机，X-15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。

　　X-15并没有到达地球轨道，它本身只是一个试验品。不过，它是自20世纪30年代之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。这种新型的飞船能像飞机一样降落，但起飞时需要借助火箭。当然，人们梦想中的太空飞机是能像大型客机一样方便、快捷地起飞和降落。在NASA的航天飞机编队于2011年退役之后，这个梦想又变得缥缈起来。前苏联也有十分类似美国航天飞机的设计——暴风雪号航天飞机（Buran）。不过，暴风雪号只进行了一次无人驾驶的测试任务，并没有将宇航员送入地球轨道。

　　受到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）。这种太空飞机重量为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800千克，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”可以像一架普通飞机一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”最终都没有成为现实，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”也将使用一枚欧洲的火箭——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；中文译为过渡试验飞行器或太空计程车）一样，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，太空骑士将作为一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）第一个主要任务是在轨道上进行一系列技术的演示，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设想。英国“喷气发动机”（Reaction Engines）公司正在研发一种被称为“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。然而，无论是云霄塔还是太空班机，短时间内都还无法看到它们出现在地球轨道上，至少不会在太空骑士之前。

　　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。设计中采用了一个翼伞系统，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，可能是圣玛利亚岛，也可能是瑞典的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，进行接近跑道和最终着地的测试。20世纪60年代，NASA曾经使用翼伞进行过双子座载人飞船的跑道着陆引导试验，接着在20世纪90年代初的SpaceWedge项目和2000年的X-38试验机（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的唯一一次飞行是在2015年，当时它以每秒7.5公里的速度进行了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公里。

　　太空骑士将降落在葡萄牙圣玛利亚岛的一条跑道上。圣玛利亚岛位于大西洋，是亚速尔群岛的一部分。图米诺表示，该岛位于大海当中，很适合在太空骑士投入运行后作为返回地球的着陆点。

　　在IXV之后，欧洲空间局曾经提出过一项名为“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稍微大一些，后者长度为4.4米。他相信太空骑士将会成功，因为它是基于已经成功飞行的IXV开发的。“我们没有很多未知的问题，我们只需要把一切整合在一起，使其最有利于任务目标的实现，”他说，“一切都已经证实是可行的，而且很容易实施。”

　　尽管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，但同样也需要借助火箭进行垂直发射。暴风雪号航天飞机和NASA的航天飞机与搭载它们的火箭推进器是并排而立的，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。

　　不过，太空骑士并非以这种方式发射的第一台太空飞机。2010年，美国空军首次使用阿特拉斯-5型运载火箭发射了无人太空飞机X-37B轨道试验飞行器（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。它的长度达到9米，能在轨道上运行至少270天。在第4次任务中，X-37B实现了轨道飞行。美国空军在去年宣称，他们将使用X-37B测试电力推进技术。

　　太空骑士是一款民用太空飞机，它未来的任务时间只有几个月。在发射期间，太空骑士和X-37B都将被密封在火箭整流罩内。整流罩是火箭的突出部分，由两片子弹头形状的半壳组成，使火箭能切开低层的大气。一旦到达大气层顶端，这两片半壳就会从火箭上分离，坠落到地面。

　　X-37B和太空骑士还有另一个共同点：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。当然，最重要的是，我们终于又有机会见到新的太空飞船在地面和太空之间往返穿梭了。

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