美国研发低成本空天飞机:10倍音速飞行(转帖,为了抛砖 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 12:48:47
http://news.mydrivers.com/1/276/276557.htm

美国型号为X-51A的高超音速飞行器于今年5月初成功试飞,其最高速度达到了5倍音速。不过,这一令常人吃惊不已的速度似乎依旧不能满足美国国防部的需要。
据国外媒体报道,美国防部高级研究计划局试图再次启动高超音速空天飞机计划,其目的在于获得一种可以10马赫以上速度进行飞行的飞行器,飞行高度至少在亚轨道之上,可进一步发展成两级入轨的空天飞机,将有效载荷送入近地轨道。
文末图中显示的就是这种有翼空天飞机的想象图,其研发代号为XS-1,是实验性质的空天飞行器,设计师认为XS-1突出了高空超高速飞行性能,为无人驾驶的可重复使用飞行器,并促进了ALASA计划的发展。
据了解,XS-1的单次发射费用约为500万美元,可将1000磅至4000磅(大约为0.45至1.8吨)载荷送入亚轨道。而ALASA计划则主要侧重于推出一款小型低成本航天器,一次发射费用只要100万美元,升空时间计划在2015年至2016年,后续可推出成系列的型号。
目前各国都有空天飞机发展计划,其涉及多个学科领域,是航空与航天领域的结合,XS-1实验飞行器的目标是在10天内进行10次试飞,高强度的试飞可以验证飞行器的可靠性,其速度将达到10倍音速,当然这个速度显然无法突破大气层进入近地轨道,因此XS-1实验飞行器并不是单级入轨的飞行器,而是对亚轨道高超音速飞行技术进行验证的飞行器,在对高超音速进行测试后,将开发其航天飞行性能,最终将有效载荷送入近地轨道。目前美国防部高级研究计划局正在为该型飞行器的研制进行准备,未来一个月左右将有公告发布。
洛克希德·马丁公司高级技术中心副总裁肯尼思·华盛顿参与了小组讨论,他认为空天飞行器的研制难点在于特种涂料的开发,XS-1项目的推出就意味着特种涂料应该有所突破,在传统重大技术挑战领域已经有了成熟的发展,无人高超音速飞行器的研制可以大幅度降低卫星发射的成本,其建立在10倍音速的亚轨道平台之上。为了能降低发射成本,XS-1必然是一种可重复使用的飞行器,美国防部高级研究计划局试图将XS-1项目嵌入一个有翼的助推级,第一级将可重复使用,飞行速度至少要达到3马赫以上,由于该飞行器是无人驾驶,因此在一定程度上会降低设计难度,能够进行高重力加速度动作。
XS-1的研制代表这空间发射领域将发生一场革命性的变化,通过单级或者两级可重复使用平台将有效载荷送入轨道,与传统的火箭发射相比,其费用将大大降低,发射准备时间也很短,不需要传统的航天发射场,普通的机场就能进行起飞,具有很强的隐蔽性和突然性,甚至在进入近地轨道后进行机动并停留,等待合适的时机发动攻击。http://news.mydrivers.com/1/276/276557.htm

美国型号为X-51A的高超音速飞行器于今年5月初成功试飞,其最高速度达到了5倍音速。不过,这一令常人吃惊不已的速度似乎依旧不能满足美国国防部的需要。
据国外媒体报道,美国防部高级研究计划局试图再次启动高超音速空天飞机计划,其目的在于获得一种可以10马赫以上速度进行飞行的飞行器,飞行高度至少在亚轨道之上,可进一步发展成两级入轨的空天飞机,将有效载荷送入近地轨道。
文末图中显示的就是这种有翼空天飞机的想象图,其研发代号为XS-1,是实验性质的空天飞行器,设计师认为XS-1突出了高空超高速飞行性能,为无人驾驶的可重复使用飞行器,并促进了ALASA计划的发展。
据了解,XS-1的单次发射费用约为500万美元,可将1000磅至4000磅(大约为0.45至1.8吨)载荷送入亚轨道。而ALASA计划则主要侧重于推出一款小型低成本航天器,一次发射费用只要100万美元,升空时间计划在2015年至2016年,后续可推出成系列的型号。
目前各国都有空天飞机发展计划,其涉及多个学科领域,是航空与航天领域的结合,XS-1实验飞行器的目标是在10天内进行10次试飞,高强度的试飞可以验证飞行器的可靠性,其速度将达到10倍音速,当然这个速度显然无法突破大气层进入近地轨道,因此XS-1实验飞行器并不是单级入轨的飞行器,而是对亚轨道高超音速飞行技术进行验证的飞行器,在对高超音速进行测试后,将开发其航天飞行性能,最终将有效载荷送入近地轨道。目前美国防部高级研究计划局正在为该型飞行器的研制进行准备,未来一个月左右将有公告发布。
洛克希德·马丁公司高级技术中心副总裁肯尼思·华盛顿参与了小组讨论,他认为空天飞行器的研制难点在于特种涂料的开发,XS-1项目的推出就意味着特种涂料应该有所突破,在传统重大技术挑战领域已经有了成熟的发展,无人高超音速飞行器的研制可以大幅度降低卫星发射的成本,其建立在10倍音速的亚轨道平台之上。为了能降低发射成本,XS-1必然是一种可重复使用的飞行器,美国防部高级研究计划局试图将XS-1项目嵌入一个有翼的助推级,第一级将可重复使用,飞行速度至少要达到3马赫以上,由于该飞行器是无人驾驶,因此在一定程度上会降低设计难度,能够进行高重力加速度动作。
XS-1的研制代表这空间发射领域将发生一场革命性的变化,通过单级或者两级可重复使用平台将有效载荷送入轨道,与传统的火箭发射相比,其费用将大大降低,发射准备时间也很短,不需要传统的航天发射场,普通的机场就能进行起飞,具有很强的隐蔽性和突然性,甚至在进入近地轨道后进行机动并停留,等待合适的时机发动攻击。


这是上面这篇文章配的图,也就是XS1的想象图。
我现在还没找到其他关于XS1的报道,所以有个疑问:在图中那架大型火箭飞机(就让我这么称呼吧)的背上背的那个小圆筒是什么?还带着喷嘴,最有可能是第二级或上面级,不过也太小了吧(或者,下面的火箭飞机相当大?);如果是燃料箱,已经飞了这么高早该抛掉了吧?

这是上面这篇文章配的图,也就是XS1的想象图。
我现在还没找到其他关于XS1的报道,所以有个疑问:在图中那架大型火箭飞机(就让我这么称呼吧)的背上背的那个小圆筒是什么?还带着喷嘴,最有可能是第二级或上面级,不过也太小了吧(或者,下面的火箭飞机相当大?);如果是燃料箱,已经飞了这么高早该抛掉了吧?
好了,百度到另外一篇文章了。上面的小圆筒应该是上面级了。

http://www.uux.cn/viewnews-54287.html

美国国防部未来空天飞机方案“XS-1”

神秘的地球uux.cn)据新浪环球地理:美国国家地理网站报道,空天飞机是一种拥有机翼的航天器,它代表着航天时代永恒的梦想。空天飞机进入太空,还可以像飞机那样滑翔降落返回地球,这一点即便是在阿波罗载人登月的年代听上去也像是天方夜谭。
而尽管经历了一度辉煌的美国航天飞机时代,2011年美国宇航局的航天飞机机队终于黯然退役,这种带有机翼的航天器的前景似乎已经变得暗淡无光。然而,在近日曝光的美国政府乃至私营航天企业的规划中,人们却再次看到了带有机翼的空天飞机的身影。
美国国防部高级研究计划局(DARPA)是美国国防部下属一个专门专注于未来先进武器技术研发的部门。就在本月初,该机构提出一项价值1400万美元的计划,名为“XS-1”项目。这种新型飞行器将可以在轨道上释放重达4000磅(1800公斤)的卫星,而其每次发射的费用将不超过500万美元,这一数字比现役的传统火箭或是美国私营轨道科学公司的米诺陶-4型火箭的单次发射成本要低10倍。根据计划,美国政府的这款新型空天飞行器将于2018年执行首次发射。
从科幻电影到航天飞机
华盛顿史密松国家航空航天博物馆科学史专家罗杰·莱纳斯(Roger Launius)表示,空天飞机的一直存在于人们的梦想之中,从最早期的巴克·罗杰斯(编译者注:Buck Rogers,是第一部太空探险题材的流行文化作品,当年在美国家喻户晓)到美国的航天飞机。
DARPA在一份声明中指出,该局正寻求一种“完全可重复使用,且可以像飞机那样进入太空的无人飞行器”方案,并且其应当可以在10天之内连续执行10次飞行任务。
然而也有一些航天专家指出,设计带有机翼的航天器可能只是满足了工程师们对于希望与梦想的追求。
罗杰·莱纳斯问道:“为什么航天飞机必须要求机翼,它们其实并不需要这样。这一点体现了我们的技术是如何受到观念和文化的影响的。”
火箭与机翼之间的联系最早可以追溯到1920年代的早期科幻作品之中,当时飞机才刚刚问世不久。莱纳斯在其作品中写道:“于是带有机翼的火箭便成了航天飞行的一种象征。”这一点明显的体现在了1928年首次上演的科幻英雄人物巴克·罗杰斯的身上。此后这股浪潮还接连引申出了一系列的漫画,广播剧以及电影作品。
奥地利航天设计师艾根·桑格尔(Eugen Sänger)在1938年设计推出了“银鸟”(Silbervogel)空天飞机方案,这一设计也对后来的工程师们产生了重要影响。事实上,正是当时在美国加州理工学院做的有关这一设计的一次报告,引发了美国在随后于加州组建后来闻名于世的喷气推进实验室(JPL)。
莱纳斯表示,实际上直到1957年苏联人使用火箭将第一颗人造地球卫星送入太空,在此之前,对于航天迷们而言,进入太空的首选方案仍然是某种“带有机翼的空天飞机”。
现实的困境
然而截止1961年,美国政府意识到,只有依靠发展高性能的火箭技术才有可能最终赢得与苏联的月球竞赛。于是美国开始全力发展火箭技术,并从水星计划开始进行以飞船形式的载人航天飞行。
1963年,一项设想以火箭发射的空天飞机设计方案——X-20“动力滑翔飞行器,Dyna-Soar”被国防部取消。莱纳斯表示:“毫无疑问,这项承载着无数梦想的飞行器从未能真正实现起飞。”
然而在阿波罗时代过去之后,美国宇航局很快便决定抛弃笨重的土星5号火箭,并转而研制航天飞机。作为一种较保守版本的空天飞机,美国宇航局设计了一种虽然以火箭形式发射,但可以像飞机那样滑翔着陆的飞行器,希望其可以实现可重复的快速发射。
航天飞机的失望
起先美国宇航局的预算部门向美国国会许诺的方案是,航天飞机将可以更低廉且更可靠的方式将载荷送入轨道。当时给出的具体数字是:以1972年价值计算,每次发射费用约1004万美元。
但这一点从未能做到过。实际上,航天飞机的每次发射都超过了这一数字,平均值大约是15亿美元。而快速发射的期望也没有达到预期,即便在发射最频繁的1985年,航天飞机也只从肯尼迪航天中心发射了9次。然而就在第二年,美国挑战者号航天飞机的失事给了美国宇航局沉重的打击,它证明了,即便是在这样不算高的发射频次下,航天飞机仍然不经济,并且不安全。
于是到了2011年,在完成了133次飞行并经历两次重大灾难性事故之后,美国宇航局终于下定决心让其航天飞机机队退役。在那两次航天飞机事故中,共有14名宇航员遇难。
这项让航天飞机全部退役的决定充满争议,其很大程度上来源于事后对2003年哥伦比亚航天飞机事故的调查报告。但不管如何,这项决定看起来再次让空天飞机的梦想折戟。美国宇航局在规划美国未来的载人航天时已经再次回归到了火箭+飞船的组合上来。
莱纳斯表示:“但带有机翼的空天飞机的梦想不会这样轻易死去。这可能并不是一件坏事。如果你回顾历史就会发现,那些疯狂的想法中99%最后都不会实现,但只要那1%的部分最终得以实现,那就已经足够了。”
另一方面,莱纳斯也注意到一个非常有趣的现象,那就是最迷恋带有“翅膀”的空天飞机方案的主要是工程师们,他们喜欢空天飞机,仅仅是因为它是“进入太空更加优雅的方式”。
在一项研究是,莱纳斯详细论述了空天飞机的想法如何反复出现在工程师们的脑海之中。他们设想着这样的情景:一名军官驾驶着一架空天飞机在跑道上降落,然后轻轻松松地去了军官俱乐部,就像刚刚经历了一次非常普通的飞行。而相比下之下,乘坐像罐子那样封闭的飞船从天上直愣愣的掉下来,溅落在海面上,还得等待海军把你从飞船里弄出来,那样显然不是一种体面的返回方式。莱纳斯说:“这一点显示了人们的观念在工程设计实际中的影响力。”
经济上的不确定性
但不管你有多么中意某个方案,经济才是决定一切的。而很多批评人士也正是出于这一目的,认为应当发展航天飞机或空天飞机。
乔治华盛顿大学空间政策研究院经济学家亨利·赫兹菲尔德(Henry Hertzfeld)表示:“在这一切的背后的关键点就在于如何能以更低的成本进入太空。”他说:“我不认为我们现在已经拥有了这样的方案,并且我也不认为我已经看到这样的方案即将出现。”
从理论上来说,可重复使用的空天飞机将会比一次性使用的火箭要更加经济。因为它只需要重新加注燃料即可,并且它还不需要海军来进行海上搜救行动。
这样的想法的确非常具有吸引力。于是美国一家私营航天公司便推出了一款名为“山猫”(Lynx)的空天飞行器方案,而美国宇航局也正在资助研发一款名为“追梦者”(Dream Chaser)的空天飞行器,其主体将是可重复使用的,非常类似微缩版本的航天飞机。而美国空军在今年来也已经连续进行了3次保密性质的空天飞机发射。他们的这款空天飞机代号为“X-37B”,似乎也是一种类似微型航天飞机的设计。
不过最终,正如赫兹菲尔德表示,现在的空天飞机方案中仍然需要依靠火箭的推力来将其送入太空。因此赫兹菲尔德指出,至少在目前空天飞机还并不是进入太空最便宜的方式。他表示,只要火箭借助的化学推进力仍然是进入太空的唯一手段,那么火箭将仍然是我们进入太空的最经济手段。
而至于空天飞机的前景,赫兹菲尔德则表示:“我想,作为一个社会,我希望我们能继续开展这方面的研究并最终建造一架样机,无论如何这样做至少可以说服我们自己,我们至少的确拥有一架空天飞机——尽管从本质上来说这仍然只是‘化了妆’的火箭。”
DARPA的想法或许与之类似。这个国防技术开发主管部门尽管全力支持飞船技术的发展而不是空天飞机技术,但仍然提出了像XS-1这样的空天飞机方案。DARPA的杰斯·斯旁那波(Jess Sponable)表示:“至于这款飞行器将如何设计,它如何起飞,又如何降落,一切都可以讨论。我们需要的是最具创新性但又具有实用性的方案。”
这是第二篇文章所附的图,描述的比较清楚了,我说的"小圆筒“就是负责把“重达4000磅(1800公斤)”的载荷放出去的。
楠宫大大等有没有进一步的资料?图中只描述了这种火箭飞机可以飞到接近入轨(不正规的用法,请原谅),然后完全返回,水平着陆。但它起飞是什么样的?单级还是二级?我没看到资料,不过我猜测以美国人的疯狂劲,很可能是垂直起飞,单级入轨。
小儿科 发表于 2014-6-7 16:09
这是上面这篇文章配的图,也就是XS1的想象图。
我现在还没找到其他关于XS1的报道,所以有个疑问:在图中那 ...
翅膀好大,腚也好大。
小儿科 发表于 2014-6-7 16:15
好了,百度到另外一篇文章了。上面的小圆筒应该是上面级了。

http://www.uux.cn/viewnews-54287.html
我们至少的确拥有一架空天飞机——尽管从本质上来说这仍然只是‘化了妆’的火箭。”


虽然距离真正的空天飞机还有点距离,但也是人类目前最大的进步。
小儿科 发表于 2014-6-7 16:09
这是上面这篇文章配的图,也就是XS1的想象图。
我现在还没找到其他关于XS1的报道,所以有个疑问:在图中那 ...
就是上面级,单级入轨难度太高,目前低成本模式下根本搞不定。
美版611航天飞机?
我能不能说一次,我们“被山寨了”的话?不会被人群嘲吧?
这是上面这篇文章配的图,也就是XS1的想象图。
我现在还没找到其他关于XS1的报道,所以有个疑问:在图中那 ...
XS1发动机是梅林2,也就是猎鹰9的发动机。起飞推力120吨,起飞质量100吨左右。一级工作近300秒,关机速度10倍音速,二级是个小型固体上面级。
XS1发动机是梅林2,也就是猎鹰9的发动机。起飞推力120吨,起飞质量100吨左右。一级工作近300秒,关机速度 ...
看来,确实那架大型火箭飞机是不入轨的。我们611的起飞级是不是也是类似的概念?
就是上面级,单级入轨难度太高,目前低成本模式下根本搞不定。
其实我也是倾向于单级入轨难度太大了!不过,只额外加个上面级,只能算一级半吧?
小儿科 发表于 2014-6-7 18:58
其实我也是倾向于单级入轨难度太大了!不过,只额外加个上面级,只能算一级半吧?
这是两级。一级半入轨是有专门所指的,是中途抛弃助推器,芯级一直工作到入轨为止,典型的就是航天飞机。
这是两级。一级半入轨是有专门所指的,是中途抛弃助推器,芯级一直工作到入轨为止,典型的就是航天飞机。
谢谢,受教了!
看来,确实那架大型火箭飞机是不入轨的。我们611的起飞级是不是也是类似的概念?
本来就是一个概念的结果,只不过611那个大点,二级也可以复用。
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 19:49
本来就是一个概念的结果,只不过611那个大点,二级也可以复用。
请问611的那个到什么程度了?打听到的只有山寨X-37。
本来就是一个概念的结果,只不过611那个大点,二级也可以复用。
明白了,谢谢指教!
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 19:49
本来就是一个概念的结果,只不过611那个大点,二级也可以复用。
611完全复用方案是第二步。先弄的就是鳖版XS-1,起飞级复用、二级一次性,总体指标也差不多。
论坛游侠 发表于 2014-6-7 21:31
611完全复用方案是第二步。先弄的就是鳖版XS-1,起飞级复用、二级一次性,总体指标也差不多。
指标差很多吧,611的这个起飞级关机速度按论文中的数据才7倍音速……
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 21:53
指标差很多吧,611的这个起飞级关机速度按论文中的数据才7倍音速……
分离速度低可以降低难度呗。鳖版又不是百分百复刻,概念接近而已。
XS1的二级似乎是小固体发动机,这本身就需要起飞级提供更高的dV,分离速度也必须更高。611这个入门方案背上驮的二级,不出意外,可能就是单发YF115。虽然YF115的性能一直为人诟病,但比起小固推还是给力多了。这样起飞级分离速度较低,在防热、结构重量控制上降低难度,作为入门还是不错的。
论坛游侠 发表于 2014-6-7 22:05
分离速度低可以降低难度呗。鳖版又不是百分百复刻,概念接近而已。
XS1的二级似乎是小固体发动机,这本 ...
611的这个方案二级推力120吨,可能是YF77双机或者YF100单机。
一次性上面级也不会这么低的推力与质量,很有可能会很接近长征7二子级。至少YF115四机并联。
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 22:21
611的这个方案二级推力120吨,可能是YF77双机或者YF100单机。
一次性上面级也不会这么低的推力与质量, ...
我说的是611入门方案,起飞级(复用)一台YF100、二级一台YF115(一次性),LEO约1吨的小玩意儿。这个概念很接近XS1.
至于二级完全复用,起飞级6台发动机的,那是再下一步的工作。
论坛游侠 发表于 2014-6-7 22:26
我说的是611入门方案,起飞级(复用)一台YF100、二级一台YF115(一次性),LEO约1吨的小玩意儿。这个概 ...
那个起飞级一台YF100加一次性二子级的是八院的
XS1发动机是梅林2,也就是猎鹰9的发动机。起飞推力120吨,起飞质量100吨左右。一级工作近300秒,关机速度 ...
你不是说,611的方案中,起飞推力有720吨吗?那可比XS1大多啦!
小儿科 发表于 2014-6-7 22:31
你不是说,611的方案中,起飞推力有720吨吗?那可比XS1大多啦!
起飞推力大又如何?只能说明起飞质量大。总冲低没办法……就是相对于发动机推力和比冲,燃料加注量低。
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 22:27
那个起飞级一台YF100加一次性二子级的是八院的
有出处吗?如有请共享一下。那篇论文一直没找到,只看到个图。没有看到说明这是八院的方案。
一院当初的RLV设计起飞级就回避了有翼构型,以八院目前的技术基础,个人觉得不太可能。如果确定一次性的二级是八院搞的,很有可能就是CZ6二级改出来的,但这不能排除起飞级是611搞的。没准是两家合作。
起飞推力大又如何?只能说明起飞质量大。总冲低没办法……就是相对于发动机推力和比冲,燃料加注量低。
那是不是说,燃料加注量低,所以发动机工作时间短,所以能达到的速度和高度就小,所以携带的二子级需要装更大的发动机更多的燃料才能入轨,所以最终能送入轨道的载荷反而大不了多少?
这是我作为外行的推理,对不对?
论坛游侠 发表于 2014-6-7 22:34
有出处吗?如有请共享一下。那篇论文一直没找到,只看到个图。没有看到说明这是八院的方案。
一院当初的 ...
这整个都是八院的,不仅仅是二子级。
一院的基本就是照抄八院921工程选型时的天骄一号,八院这方面一向比较能闯。而且现在这个体积小很多。
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 22:41
这整个都是八院的,不仅仅是二子级。
一院的基本就是照抄八院921工程选型时的天骄一号,八院这方面一向 ...
还请提供一下出处,八院虽然门类齐全,但能力是比较有限的。
小儿科 发表于 2014-6-7 22:40
那是不是说,燃料加注量低,所以发动机工作时间短,所以能达到的速度和高度就小,所以携带的二子级需要装 ...
上面级不需要太大推力,推重比0.7左右就可以。而且上面级越小越好,最终上面级是要随着载荷入轨的。
所以一级关机速度越大越好,像宇宙神5、德尔塔4一级工作时间都高达300秒,长征5、阿里安5、航天飞机、能源芯级工作时间都高达500秒。
天朝这个选择纯粹是为了降低研发难度。
论坛游侠 发表于 2014-6-7 22:34
有出处吗?如有请共享一下。那篇论文一直没找到,只看到个图。没有看到说明这是八院的方案。
一院当初的 ...
坛子里曾经有个超级高楼,论文都是松鼠扒来的。
包括八院这个以及611那个。
原来的消息就只有老王是个好人没头没脑的一句话,也就是那个帖子开头那一句。
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 22:46
坛子里曾经有个超级高楼,论文都是松鼠扒来的。
包括八院这个以及611那个。
原来的消息就只有老王是个 ...
松鼠那个楼,以及老王的原贴我都是看过的,通篇没有提八院啊。。。
论坛游侠 发表于 2014-6-7 22:52
松鼠那个楼,以及老王的原贴我都是看过的,通篇没有提八院啊。。。
论文
http://wenku.baidu.com/link?url= ... r-mfmpFKxXe3l9ZWz3C
楠宫萧vn 发表于 2014-6-7 22:54
论文
http://wenku.baidu.com/link?url=mi08SBYY8ERfHKThst5GX0SGxd33mwScnylazO-CgirpYWNl-5PqS72nEGNw ...
这里头的起飞级明明是2台发动机,跟单台YF100构型不是同一个啊。。。
另外,这论文里面通篇也没有什么“八院”的蛛丝马迹。作者龚春林是西工大教授,西工大倒是跟611合作比较紧密些。。。
上面级不需要太大推力,推重比0.7左右就可以。而且上面级越小越好,最终上面级是要随着载荷入轨的。
所 ...
明白了,燃料加注量是人为选择的结果,目的是通过控制发动机工作时间来控制关机速度。比如在现有这个方案中,就选择了较小的关机速度,以减少总体设计难度。