未來的空天飛機(jī)發(fā)展趨勢

未來的空天飛機(jī)發(fā)展趨勢

隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，宇宙已經(jīng)成為未來戰(zhàn)爭的主要戰(zhàn)場。世界各國紛紛發(fā)展航天技術(shù),力爭在太空戰(zhàn)場中占有一席之地。航空和航天技術(shù)有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的空天飛機(jī)成為一種新型的作戰(zhàn)平臺,美軍“FALCON”計劃就是這種平臺的初步嘗試?？绱髿鈱涌仗祜w機(jī)具有反應(yīng)速度快,生存能力強(qiáng),用途廣泛,能對作戰(zhàn)對象進(jìn)行遠(yuǎn)程戰(zhàn)略打擊的優(yōu)點(diǎn)成為奪取制天權(quán)武器的首選。目前,空天飛機(jī)雖然還處于探索研究階段,但它將成為未來控制空間、爭奪制天權(quán)的關(guān)鍵武器裝備之一。一、空天飛機(jī)/空射機(jī)目前就其結(jié)構(gòu)而言,空天飛機(jī)可分為兩種類型,一種是單機(jī)型,即把航空發(fā)動機(jī)和航天發(fā)動機(jī)均裝在一個飛行器里,其典型代表是美國國家空天飛機(jī)。另一種是雙級型,即把航空發(fā)動機(jī)和航天發(fā)動機(jī)分別裝在兩個飛行器里,其典型代表是德國“桑格爾”空天飛機(jī)。雙機(jī)型空天飛機(jī)類似于空射航天飛機(jī),技術(shù)比單機(jī)簡單,而且不需要極其復(fù)雜的綜合推進(jìn)系統(tǒng),風(fēng)險較低;在飛入軌道之前可以丟掉不必要的重量,與現(xiàn)代客機(jī)通用性較大。因此,預(yù)計這種類型較前推出。但由于單機(jī)空天飛機(jī)使用方便,是未來的發(fā)展趨勢?？仗祜w機(jī)作為軍事變革的先鋒,就其作戰(zhàn)運(yùn)用而言,目前預(yù)計主要有空天轟炸機(jī)和空天偵察機(jī)兩種類型。一種是可能在2025年或其后部署的空天轟炸機(jī)。預(yù)計它能在2小時以內(nèi)飛行1.6萬千米、攜帶約5.4噸炸彈或巡航導(dǎo)彈,從一方本土出發(fā)轟炸全球任何一個地方的敵對目標(biāo)。另一種是空天偵察或反偵察機(jī),它能夠在太空攻擊敵方衛(wèi)星及其他航天飛行器、維修本國衛(wèi)星,或者把無人駕駛偵察機(jī)投放到敵方領(lǐng)空。二、空天飛機(jī)的特點(diǎn)1、先進(jìn)的發(fā)動機(jī)和集成系統(tǒng)(1)可以重復(fù)使用。未來的空天飛機(jī)與今天靠一次性使用的運(yùn)載火箭助推發(fā)射的航天飛機(jī)不一樣,它是可以重復(fù)使用的,這就大大降低了使用成本。其與普通轟炸機(jī)一樣,都需要多次的試飛,以提高飛行的安全性。(2)高超音速巡航能力。空天飛機(jī)是飛入大氣層外的近地軌道之后,以10倍超音速飛行,然后到達(dá)目標(biāo)上空進(jìn)行轟炸的。它采用的是獨(dú)特的超音速燃燒沖壓噴氣(SCRAMJET)發(fā)動機(jī),且發(fā)動機(jī)與機(jī)身一體化。這些措施都極大地提升了轟炸機(jī)的速度。(3)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。擯棄了傳統(tǒng)的冷結(jié)構(gòu)設(shè)計,采用防熱結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)一體化的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計,部分的高溫區(qū)還可采用主動冷卻技術(shù)。采用熱結(jié)構(gòu)不僅減輕了機(jī)體重量,而且提高了熱防護(hù)系統(tǒng)的可靠性和耐久性。(4)水平起降。未來的空天飛機(jī)可以在普通飛機(jī)跑道上起降,大大降低地勤服務(wù)。另外,水平起飛還可以利用空氣的升力而不是單靠火箭的推力,這樣可以大量節(jié)省燃料的消耗。而且,起飛后即使發(fā)現(xiàn)故障,立馬可以返回修理,提高了安全性。(5)吸氣式的發(fā)動機(jī)。未來空天飛機(jī)應(yīng)采用吸氣發(fā)動機(jī),吸氣概念可以提高發(fā)動機(jī)的使用性能和運(yùn)載有效載荷能力,減輕了飛機(jī)的重量。2、空天飛機(jī)的特點(diǎn)(1)反應(yīng)速度快,作戰(zhàn)更易達(dá)到突然性?？仗祜w機(jī)可以從一方本土起飛后兩個小時內(nèi)就可抵達(dá)地球上任何一個地方遂行作戰(zhàn)任務(wù)。能對全球范圍發(fā)生的地區(qū)沖突迅速作出反應(yīng),或?qū)撤桨l(fā)動突然襲擊。因而,未來作戰(zhàn)中使空襲將變得更加突然,空中遠(yuǎn)程奔襲運(yùn)用更為明顯。(2)作戰(zhàn)用途廣泛?？仗祜w機(jī)不僅可用作全球打擊和空間激光反彈道導(dǎo)彈的平臺,而且還可用作部署空間衛(wèi)星和在全球范圍內(nèi)快速運(yùn)送軍事物資和人員的平臺。(3)使用靈活性強(qiáng)。由于航天飛機(jī)在大氣層外飛行,航程又遠(yuǎn),在目前國際社會對空間的界定尚未確定的情況下,對敵方目標(biāo)實(shí)施全球打擊時,不存在侵犯別國領(lǐng)空的問題,這樣可避免向有關(guān)國家申請過境飛行和要求提供前沿基地等麻煩事,從而提高空軍的戰(zhàn)略反應(yīng)能力。(4)生存能力強(qiáng)?？仗祜w機(jī)將能在任何防空火力范圍之外飛行,最大地減少傷亡,符合各國都崇尚的“零傷亡”的思想;同時可以給另一方的國民造成巨大的心理壓力。(5)空戰(zhàn)和太空戰(zhàn)融于一體?？仗祜w機(jī)具有航空與航天的雙重功能和在兩個空間層次作戰(zhàn)的能力,必將成為溝通空中與太空戰(zhàn)場、將空中斗爭與太空斗爭融為一體的新型高技術(shù)裝備。它裝備有各種先進(jìn)太空武器以及大氣層內(nèi)遠(yuǎn)距離攻擊武器,可根據(jù)作戰(zhàn)需要,尋找并擊毀外層空間的軍用衛(wèi)星、空間站等太空目標(biāo)及大氣層內(nèi)的各種航空器。(6)機(jī)動能力強(qiáng),易發(fā)射。空天飛機(jī)能將航天器送上任何軌道,并可以向任何方向發(fā)射,發(fā)射時機(jī)亦不受軌道要求的限制;在從軌道返回時,可進(jìn)行橫向和縱向的廣泛機(jī)動。同時,它可以像普通飛機(jī)一樣在大氣層內(nèi)飛行,也可進(jìn)入外層空間,對敵方衛(wèi)星或其他太空武器進(jìn)行跟蹤和干擾,使其失靈或?qū)⑵浯輾?或?qū)⑵洳东@,竊取其已獲得的情報;或?qū)⑵渌腿脲e誤軌道;或?qū)⑵鋷Щ氐孛妗?7)增強(qiáng)情報信息的時效性?？仗祜w機(jī)可利用攜帶的照相偵察、電子偵察等設(shè)備對陸、海、空、天目標(biāo)進(jìn)行偵察與監(jiān)視,對導(dǎo)彈發(fā)射進(jìn)行預(yù)警。與各種偵察衛(wèi)星相比,空天飛機(jī)具有更大的靈活機(jī)動性,它既可以像軍用衛(wèi)星一樣在太空軌道運(yùn)行的過程中獲取敵方情報信息資料,也可脫離軌道反復(fù)在目標(biāo)區(qū)的外層空間飛行,隨時掌握作戰(zhàn)地區(qū)敵情變化,綜合各種偵察信息,提供更及時、更準(zhǔn)確地戰(zhàn)場信息。三、年—空天飛機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展空天飛機(jī)設(shè)想于20世紀(jì)30年代,但由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的限制,空天飛機(jī)的發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)80年代初,美蘇爭奪太空的競爭愈演愈烈。在1986年2月5日,美國總統(tǒng)在國情咨文講話中,把航空航天飛機(jī)稱為新的“東方快車”,曾計劃在20世紀(jì)末投入使用。蘇聯(lián)(俄國)也針鋒相對地提出了“螺旋”計劃、“布拉風(fēng)”試驗(yàn)機(jī)計劃和“暴風(fēng)雪”號航天飛機(jī)等一系列的空天飛機(jī)研制計劃。此后,英國提出代號為“霍托爾”(HOTOL)空天飛機(jī)計劃。與此同時,德國提出代號為“桑格爾”的空天飛機(jī)計劃。20世紀(jì)80年代興起的空天飛機(jī)計劃(NASP)是以解決天地往返運(yùn)輸、軍用跨大氣層飛行器和民用高超音運(yùn)輸機(jī)為背景的。美國進(jìn)行了三種方案的研究工作。一是單級入軌空天飛機(jī);二是以火箭為動力的單級入軌機(jī);三是第二級為火箭動力的兩級入軌空天飛機(jī)。第一種是遠(yuǎn)期目標(biāo)。第二種為麥道提出的三角快帆,這種充分利用了火箭技術(shù)的成就的航天運(yùn)載器預(yù)計運(yùn)載成本可降到1100美元/千克。第三種是由波音提出的兩級入軌方案,這種方案充分利用了美國NASP研究中已取得的成績,并為其服務(wù)。NASP計劃的原定目標(biāo)是通過研制可在地球低軌道飛行、像正常飛機(jī)一樣在跑道上起降的高超音速技術(shù)試驗(yàn)機(jī)X—30,掌握發(fā)展空天飛機(jī)的主要技術(shù),然后研制高超音速軍用機(jī)、民用機(jī)和天地往返運(yùn)載機(jī)。飛行速度將達(dá)到M5—25。所選定的X—30機(jī)體是小機(jī)翼、雙安定面和雙人機(jī)組艙,飛機(jī)的機(jī)身長50~65米。起飛總重約為113—136噸。推進(jìn)系統(tǒng)將采用3—5臺超燃沖壓發(fā)動機(jī)和一臺推力為222.5—311.5KN的火箭發(fā)動機(jī)。X—30將像普通飛機(jī)一樣起飛和進(jìn)行有動力的著陸。冷戰(zhàn)結(jié)束,美國的國防預(yù)算大幅度地縮減,又由于缺少在高馬赫下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),而無法進(jìn)行昂貴的全尺寸設(shè)計。取而代之的是以實(shí)施一個6年期的技術(shù)上“風(fēng)險縮減”的計劃。此計劃主要是進(jìn)行高超音速的研究,這期間曾打算使用冷戰(zhàn)結(jié)束后變得多余的軍用火箭助推器,進(jìn)行高超聲速飛行試驗(yàn)(HYFLITE)。目的是利用這些飛行器探索高馬赫數(shù)的噴氣發(fā)動機(jī)和超聲速沖壓噴氣發(fā)動機(jī)的性能。盡管如此,但美國空軍仍關(guān)注X-系列空天飛機(jī)的發(fā)展,并給NASA注入資金,例如,X-37空天飛機(jī)就從空軍得到資金1600萬美元。而且,X-33也給美國空軍構(gòu)造了建立亞軌道天軍的藍(lán)圖。X-33系列飛機(jī)因流線型阻力小而倍受美空軍的青睞,而且X-33在1999年的多次實(shí)驗(yàn)中進(jìn)展順利,進(jìn)行了一系列亞軌道跳躍、飛機(jī)入軌和著陸的試驗(yàn)。但在2000年壓力試驗(yàn)中由于裝有液態(tài)氫燃料的復(fù)合材料層外殼破裂,NASA暫停X-33計劃。美國空軍雄心勃勃,計劃要在太空戰(zhàn)斗和機(jī)動飛行器方面取得明顯進(jìn)展。太空飛行器將是能夠發(fā)射低軌道單節(jié)軌道飛行器或使用第二級將有效載荷送到中介軌道或者更高的軌道。太空戰(zhàn)略飛行器將是能重復(fù)使用的發(fā)射器,能進(jìn)入太空執(zhí)行任務(wù)。早在20世紀(jì)60年代初期,蘇聯(lián)米高揚(yáng)設(shè)計局就提出了兩級有翼的可重復(fù)使用的空天飛機(jī)設(shè)想。由于蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人認(rèn)為時間太長和經(jīng)費(fèi)過多而于1969年終止了這項(xiàng)計劃。但“螺旋”計劃、“布拉風(fēng)”試驗(yàn)機(jī)計劃和“暴風(fēng)雪”號航天飛機(jī)升空都為設(shè)計者積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。1993年9月初,莫斯利航空航天部門舉辦了一次展覽以及朱可夫斯基沙龍會議。在這次展覽會上,俄國提出的“國際重復(fù)使用的空天運(yùn)輸系統(tǒng)”是一個很靈活的、具有多種功能的兩級入軌方案,可用于生態(tài)問題、空間供應(yīng)和緊急救援等,運(yùn)輸量范圍廣(1~18噸,)。該方案的核心是使用安—225重型載機(jī)。典型參數(shù)為:第—級起飛重量620噸,分離向度10千米,M0.8。第二級帶外油箱275噸,負(fù)載6.6噸,傾角為,高度為400千米軌道。俄同時還在研制更重型的MAKS型系統(tǒng),其運(yùn)載能力可達(dá)18噸。該系統(tǒng)第二級有三種變體,即MARKS-OS、MARKS-T和MARKS-M,即載人型、一次性使用型和無人貨運(yùn)型。英國是研究空天飛機(jī)起步比較早的國家。美國、前蘇聯(lián)、法國、日本都有一個航天飛機(jī)的發(fā)展階段,然而英國一開始就提出了水平起降單級入軌的“霍托爾”(HO-TOL)空天飛機(jī)方案,因而引人注目。20世紀(jì)80年代初,英國政府和工業(yè)界各投資一半開展為期兩年的概念驗(yàn)證計劃,確認(rèn)“霍托爾”方案的可行性。但在“霍托爾”的核心技術(shù)“吸氣式秘密發(fā)動機(jī)”取得了重大突破時,英國政府因無法籌集50億英鎊的經(jīng)費(fèi),該計劃被迫擱淺,目前只有6人堅守“陣地”?！盎敉袪枴笨仗祜w機(jī)設(shè)計出發(fā)點(diǎn)就很注重航天運(yùn)輸系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,其要求載人和載貨分開,而且載貨采用無人駕駛。每次起飛需要人力為250人。德國在火箭技術(shù)發(fā)展上曾經(jīng)處于領(lǐng)先地位。但由于二次世界大戰(zhàn)的影響,德國不得不在長期內(nèi)放棄了發(fā)展空天飛機(jī)的計劃。直到20世紀(jì)80年代中期,德國才提出了名為“桑格爾”的空天飛機(jī)方案。方案的基本設(shè)想是第一級為載機(jī),可以在普通跑道起飛,馱著軌道飛行器飛至25千米的高度,速度達(dá)M6~7。載機(jī)是一架裝有航空發(fā)動機(jī)的高超音速運(yùn)輸機(jī)。第二級即軌道飛行器利用火箭發(fā)動機(jī)繼續(xù)上升加速直到進(jìn)入軌道,軌道飛行器分為載入和載貨兩種。“桑格爾”空天飛機(jī)的總體已經(jīng)多次優(yōu)化修改目前,此方案采用兩級背負(fù)式,水平起飛和降落。任何階段都可安全返回,軌道463千米463千米,28.5,也可轉(zhuǎn)入同步軌道。第一級長86.43米,負(fù)載115噸,5臺可變?nèi)肟?、噴管喉?渦輪沖壓雙模式發(fā)動機(jī),模式轉(zhuǎn)換在M3.3~3.8之間。每臺推力1300千牛(M1.2)。液氫用量134噸,2人駕駛,總重(含第二級)435噸,分離高度35千米,M6.6。第二級長32.45米,負(fù)荷7噸,一臺火箭發(fā)動機(jī),推力1500千牛,液氫液氧83噸,重115噸,無人或5人駕駛。由于研究經(jīng)費(fèi)的巨大,德國目前也在尋求國際合作伙伴。日本由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長,在空間領(lǐng)域表現(xiàn)出很大的興趣,并積極投入巨大的財力和人力進(jìn)行研究。進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后,日本把航空航天工業(yè)定為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)。到1990年底,日本已成功地發(fā)射了多個航天飛行器。1990年3月又成功地發(fā)射了“繆斯A”月球衛(wèi)星,標(biāo)志著日本的航天技術(shù)水平進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。日本國家宇航實(shí)驗(yàn)室(NAL)制定的宇宙飛機(jī)研究與發(fā)展計劃旨在定義概念“宇宙飛機(jī)系統(tǒng)”和發(fā)展相關(guān)的高超聲速技術(shù)基礎(chǔ)。日本空天飛機(jī)是單級人軌、水平起降的方案,某些設(shè)計思想類似英國的“霍托爾”。除了遠(yuǎn)期的單級入軌方案外,還提出了一個近期兩級入軌方案。其共同點(diǎn)在于使用LACE(液化空氣循環(huán)發(fā)動機(jī))作為低速段的推動方案。四、falcon,新的地面輔助手段空天飛機(jī)對于奪取制天權(quán)是必不可少的,而且超音速在5-10年就會更新一次。目前高音速正處