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我国“组合动力飞行器”开始研制

时间:2016年08月01日 信息来源:央视网 点击: 【字体:


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浩瀚的宇宙太空对于普通人而言是可望而不可及的,但现在我国研制的一项新技术有望改变这个现状。来自中国航天科技集团的消息,我国“组合动力飞行器”项目已经开始研制,这就意味着,普通人上太空的成本和门槛,未来将有望大大降低。

我国正在进行研制的“组合动力飞行器”,是一种集成涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机等多种动力的飞行器。根据设计,它在起飞时,会使用普通飞机所配备的涡轮发动机,当飞行器达到一定速度后,再使用适应高速飞行的冲压发动机进行冲刺,最后在大气稀薄的地方点燃火箭发动机,实现入轨。

航天科技集团一院研发中心副总研究师 张永:组合动力和传统的火箭动力相比较而言,它是一种新型动力,广义上来讲,就是把不同的动力形式组合到一起,它就叫组合动力。组合动力现在实际上是以冲压发动机为基础发展起来的一种动力类型,主要体现在使用空气中的氧作为氧化剂,这是它的最主要的核心。

通过多种发动机“各司其职”,在距离地面几十公里的大气层以内,组合动力飞行器利用氧气就可以完成飞行,进入太空之后,再使用不依赖空气的火箭发动机,这样就大大降低了进入太空的成本,未来它将主要应用于距离地球几十公里到几百公里的太空飞行。

航天科技集团一院研发中心副总研究师 张永:我们做了一个长远的发展规划,大概利用3到5年的时间,掌握相应的关键技术;第二个就是解决它的应用过程当中,对动力的形式和这个飞行器的性能保持一个很大的跃升。在2030年左右,实现这个应用的目的,真正能够达到亚轨道应用和入轨应用这种模式。

张永所提到的两种模式,其实就是目前太空旅行最为常见的两种。亚轨道飞行是指飞行器达到距离地面约100公里,也就是国际公认的地球与太空的边界高度,这时乘客能短时间体验失重的感觉,但由于还没有达到能够稳定运行的轨道高度,因此只是短时间的体验。而入轨应用是指飞行器加速继续上升,抵达距离地面约400公里左右的轨道高度,这时候重力将和飞行器绕地球飞行的离心力平衡,乘客们将可以像航天员在空间站里一样,体验太空飞行的乐趣。

可重复使用 不需携带大量氧化剂

研究人员告诉我们,未来的“组合动力飞行器”可以回收利用,实现可重复的天地往返航天运输。那么您可能会好奇,这个飞行器靠什么进行燃料补给呢?它的安全性又靠什么来保障?

“组合动力飞行器”可以像飞机一样,在普通机场水平起降,既能让航天发射不再需要精挑细选发射场的条件,又能为飞行器的可重复使用和未来实现航班化奠定基础,让进入太空的成本大大降低。

不仅如此,“组合动力飞行器”中使用的涡轮发动机和冲压发动机,都不需要像传统的火箭一样携带大量的氧化剂,它的动力来源很大一部分来自于空气中的氧气,因此它起飞时可以轻装上阵。

当飞行高度越来越高,空气中的氧就会越来越稀薄,这时候,就需要利用自己携带氧化剂的火箭发动机,实现太空中的最后飞行。而经过了这样从低速到高速的缓冲,这种飞行器的安全性也会大大提高。

此外,缓冲加速的组合动力飞行器,也可以告别传统火箭“开弓没有回头箭”的悲壮,即便加速时出现问题,也可以稳稳地飞回来,这样就让载人航天活动的安全性得到保障。

减少“过载”实现普通人的“飞天梦”

目前,除了我国正在研制的“组合动力飞行器”之外,世界各国也都在紧锣密鼓地研制和测试可以让普通人去太空遨游的航天器。那么,他们都是通过什么样的手段,来尝试实现普通人的“飞天梦”呢?

目前,各国开展载人航天活动使用的都是单一的火箭动力。火箭的“力气”大,速度快,技术相对成熟。但也正是因为加速太快,航天员的身体要承受超过体重数倍的负荷,也就是“过载”。

简单地说,这就是意味着战斗机飞行员要承受自身5到6倍重量的负荷,这也是未经过专业训练的普通人无法轻松实现“飞天梦”的重要原因。因此,航天员大多选自身体素质极好的飞行员,并通过复杂系统的训练,才能胜任航天飞行。但是在未来,“组合动力飞行器”有望彻底改变这个现状。

航天科技集团一院研发中心副总研究师 张永:未来这个组合动力飞行器,它能够像飞机一样,飞机的最大过载我们客机的标准就是2个G之内,这样的话我们普通旅客乘坐的时候才能有舒适感。

能够将飞行器设计成像飞机一样舒适,要归功于“组合动力飞行器”自身多种发动机的配合工作。这样就变火箭发动机的“单手搏击”为多种动力的“组团太极”,缓慢加速,从而使过载降低到普通人也能承受的范围。

神奇的太空旅游项目

目前,包括美国、俄罗斯等多个国家正在努力研制和验证各类太空飞行神器,并且推出了层出不穷的太空旅游项目,让我们先睹为快。

目前,实现太空旅游的方式有四种:第一种就是您现在看到的——轨道飞行,这是真正意义上的太空旅游,要抵达距离地球400公里的国际空间站进行近地轨道的飞行,价格最为昂贵,但也最能深刻感受太空旅游的魅力。目前全世界只有7名游客通过自费方式参与其中。

除了这种动辄上千万美元的太空旅游,有没有更“接地气”的平价项目呢?答案是肯定的!目前还有三种“准太空旅游”,分别是抛物线飞行,接近太空的高空飞行和亚轨道飞行。

抛物线飞行能让游客体会到太空失重的感觉;接近太空的高空飞行并不是货真价实的太空旅游,但它能让游客体验身处极高空才有的感觉;亚轨道飞行是目前最受热捧和期待的准太空旅游方式。美国私营载人飞船“宇宙飞船一号”是从事这种飞行的典型代表,它们可以在火箭发动机熄火和再入大气层期间产生几分钟的失重。这是最接近真正太空旅游的项目,我国正在研制的“组合动力飞行器”其中一项应用就是在亚轨道飞行。

除此之外,还有许多更为廉价的太空旅游项目正在积极推进。比如氦气球旅游项目,可以将游客送往距离地球30公里的高空俯瞰地球美景。与此同时,太空天梯技术也是未来值得期待的新型旅游方式。

航天科技集团一院研发中心副总研究师 张永:太空天梯这项技术也是现在国内外的研究热点。直观理解,实际上就是我们在地球和太空之间搭一个梯子,人或者货物可以沿着梯子进入太空,这是现在的一个设想,也是将来可以实现低成本的,普通民众可以接受的这种经济负担的模式。

回收降低成本 是热点也是难题

看完这么多太空旅游的方式,您一定跟我一样心向往之。实际上咱们老百姓看中的还是“性价比”这三个字,因此,如何能够降低成本、实现反复利用,已经成为整个产业关注的焦点,甚至也是国际的热点和难题。

太空旅游被称为未来的蓝海产业。如今,越来越多科研机构和商业公司开始探索如何能够降低太空活动成本、实现反复利用。美国政府就曾开启了一项商业轨道运输服务计划,俗称“太空的士”,著名的SpaceX公司就是参与方之一。2012年10月,SpaceX龙飞船将货物送到国际空间站,开启私营航天的新时代。就在前不久,美国SpaceX公司实现了第二次陆上回收火箭,此前它曾三次在海上实现火箭回收,与我国“组合动力飞行器”不同,SpaceX实现的是多级火箭中第一级的回收,也就是部分回收。

除此之外,美国蓝色起源公司也多次实现了火箭的回收。今年年初,他们宣布预计在2018年搭载付费乘客飞行。值得注意的是,与SpaceX公司致力于轨道飞行输送货物和人员不同,蓝色起源公司主要侧重于亚轨道失重体验的商业太空旅游项目。不过二者也有很多相同点。

航天科技集团一院研发中心副总研究师 张永:它俩回收的技术都是一样的,都是垂直回收,用的动力形式都是传统的火箭动力形式,就是传统火箭的形式,不是组合动力的形式。

我国正在研制的“组合动力飞行器”,是区别于其他国家正在研制的太空商业轨道的运输方式,它比起传统火箭的动力形式,集成度高,技术难度更大,所以实现飞行尚需时日。但或许在不久的将来,我们这些没有受过专业训练的普通人也能乘坐中国的“组合动力飞行器”飞向太空。

神奇的太空飞行神器

飞向太空,的确让人向往。这几年热映的《星际穿越》、《火星救援》等电影,体现了人们对太空的向往,或许有一天,这些先进的太空飞行神器能变为现实呢?接下来,让我们跟随镜头,一起穿越到未来。

提到脑洞大开,不得不提到神奇的塔迪斯飞船,这个出现在《神秘博士》里的神器,可以让人实现时空的穿梭,它自带的变色龙系统可以让它同周围环境融为一体。或许听上去像是天方夜谭,但是下面这一个,就接近现实得多。

《火星救援》里的赫尔墨斯号地火往返飞船,它常年在地球与火星轨道上稳定运行,可以为人类往返火星的各类任务提供运输、中转停靠等功能,据推测,它的动力系统是等离子引擎,虽然推力小,但是可以借助引力弹弓以及长时间的小推力运行,维持稳定运行。

《阿凡达》里的“创业之星号”,它是一艘往返于地球和潘多拉星球之间的星际旅行飞船。创业之星的动力系统是反物质和核聚变的混合动力,在它长达1.6公里的舰体中拥有一个长达264米的巨大反应堆。而在现实生活中,核动力推进也的确成为了世界各国航天领域研究的热点。

航天科技集团一院研发中心副总研究师 张永:对核反应堆,如果能够进行有效控制的话,完全可以用于火箭发动机这种动力形式之一,所以这种核热技术未来是很重要的一个进入太空的形式,未来火星旅行或者更远的旅行,需要加快旅行速度的时候,更需要更大的推力,核热动力就是很重要的动力系统之一。

再来看看《星际穿越》吧!为了拯救地球乘坐“坚韧”号飞船飞出了太阳系,“坚韧号”飞船通过旋转产生人造重力,可以避免船员因微重力导致骨骼退化,此外,它还拥有异常强大的推进力,这大概也只有在电影里能够实现吧。

勇敢的太空游客

看完这些科幻作品的飞行神器,想必您也一定想早日体验一把飞上太空的感觉吧。其实,迄今为止世界上仅有少数人体验过太空之旅。他们中,除了受过专业训练的宇航员,也有普通人,甚至还有大家熟知的著名物理学家史蒂芬·霍金先生。

2001年4月28日,年届六十的美国人丹尼斯•蒂托成为全世界第一位太空游客。这位游客搭乘俄罗斯“联盟-Y”火箭抵达他旅途的终点——距离地球400公里的国际空间站,在太空绕地球128次。

丹尼斯•蒂托:我在地球上度过了60个年头,在太空度过了8天。在我看来,这是截然不同的两种生活,地球上的生活与太空生活完全不一样。

丹尼斯作为非职业宇航员,在花甲之年成功实现少年梦想,这无疑为热爱太空的普通人开启了希望之门。

2007年4月27日,著名物理学家史蒂芬·霍金应邀在大西洋上空的飞机中体验失重飞行,模拟太空体验。这是一种准太空旅行。在体验零重力飞行之后,面对蜂拥而至的记者,霍金通过特有的电脑合成声表达了他的兴奋之情。

英国物理学家 史蒂芬·霍金:这次经历非常棒,失重的感觉十分美妙,我体会了许多次。太空,我来了!

实际上,霍金的理想远比这次失重飞行更加“高远”。终生都在研究重力和黑洞的霍金相信,人类必须挺进太空,以寻找生存空间。


(作者:佚名)
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