军事专稿:《天军的梦想》(一)

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/01 04:30:02
Tom

时值“神舟5号”腾飞,中国第一名宇航员载誉归来之际,对中国军事航天未来的憧憬不可避免的跃上我们心头。欢呼之余,看看这篇航天先驱国家之一对“天军的梦想”,也许能让我们一窥中国天军未来跨越式发展的端倪。



天军的梦想——美国空军40年来的太空飞机计划


  Taskforce Legionarius 刘小龙


  太空飞机计划是40年来美国空军长远发展规划的重要组成部分。该计划的拥护者认为可再用的太空飞机能够将目前太空货运每磅1万美元的高昂价格降至每磅1千美元,而且能够在空军执行维修卫星或其他任务时赋予空军更大的灵活性。此外,太空飞机还能赋予空军最高级别的突防能力:太空飞机能在轨道高度以25马赫的高速飞行,在其重返地球并到达目标之前,几乎不可能对其进行拦截。


  但是至今,仍然没有一架“太空飞机”列入发展计划之中。有几种实验型的飞行器试图论证太空飞机的技术需求。2000年12月美国空军的科学顾问委员会指出:“如果美国空军想全面控制与开发航天领域,那就必须拥有一个全面的高超音速计划”。迄今美国空军在寻求华盛顿将太空飞机作为国家需求,以及获得研究计划所需的巨额资金支持方面仍处境堪忧,而这些条件却是将概念变成现实的必须要求。最近失败的X-33计划又一次证明,太空飞机计划仍面临着较高的技术障碍以及理想与资金之间的巨大鸿沟。


  太空飞机的构想可追述至德国人在二战前开展的火箭研究。在美国空军中,可再用的太空飞机构想在美国空军全面控制与开发航空与航天的长远发展规划中也有长期的历史可寻。


  斯科韦弗将军的理想


  1962年,美国空军伯纳德·A·斯科韦弗上将指出:完整的太空能力应具备进入轨道、太空机动、太空对接、脱离轨道、再入大气层和在普通基地降落的能力。但是至今为止,美国空军还得至少需要10年,在获得了可再用的太空飞机后才能具备将军所指出的这种能力。


  技术障碍仍是太空飞机计划的核心问题。高超音速飞行的定义是飞行速度要大于5马赫,50年代的航空工程师们曾认为这是不可能的。早期所取得的一个成功是北美X-15试验机,它在1960年的试验飞行中速度超过了6.7马赫。但是在大多数情况下,太空飞机计划在高超音速和可再入太空飞行方面只取得了有限的进展。波音公司的X-20“戴娜-翱翔”,一种被设计成载人轨道飞机的火箭助推—滑翔飞行器就是这样的例子。空军在1957年开始资助该项目,但国防部长罗伯特·S·麦克纳马拉在1963年取消了X-20计划,高超音速太空飞机时代的第一阶段就这样结束了。


      “戴娜-翱翔”和其他一些研究为载人航天飞机计划做出了贡献。美国宇航局的航天飞机在1981年4月进行了首次飞行,至今已成功完成了100多次任务,有时每月都进行飞行。但是,这些航天飞机仍然需要可抛弃的助推器帮助他们到达轨道高度,而且每次飞行都要付出的高昂代价也与真正的太空飞机概念不符。更好的进入太空方式仍然是一个迫切的问题。


  1986年,里根总统为类似再入大气层的太空飞机构想注入了新的活力。1986年,他发起了“新东方快车”计划,计划在90年代末,使“从杜勒斯机场起飞的飞机能加速到25倍音速”。在里根的概念中再入大气层飞机要能到达地球低轨道高度或是飞行于大气层中,“从美国飞到东京只需2个小时”。


  隐藏在里根总统轰动性宣传后面的原因,是对实用高超音速技术能够取得突破的期望。在国防高级研究计划局资助的被称作“铜峡谷”的秘密计划中,研究人员试图通过积极进行热能管理来提高超音速冲压式喷气发动机的推力。为了跨越达到8马赫时所遇到的热障,与大气层磨擦所产生的热能将被变成加热用于注入发动机氢燃料加热系统的一部分。这项技术能使太空飞机通过控制磨擦产生的热能而得以跨越热障,同时还能使这种磨擦热能提高发动机的推力。


  如果实用的高超音速技术得以实现,国家航天飞机就能取得革命性的进展:再入大气层飞行器不仅能提供廉价的太空发射手段,还能为军事目的提供开发太空的能力。该计划被称作NASP(即国家航天飞机计划的缩写),一项以单级飞行器就能够到达地球低轨道高度并能在10万至35万英尺高度的范围内,以12马赫到25马赫速度巡航的计划。


  随着NASP计划的出现,太空飞机概念出现了两种用途:


  首先,可再用的太空飞机有能力取代现有的航天飞机作为携带重型商务载苛的发射平台,为类似向NASP计划提供重要资金支持的“星球大战”计划组织类顾客提供太空发射能力。NASP计划的主管、空军准将肯尼思·E·斯坦在1986年指出, NASP有能力以“航天飞机发射成本的1%到25%”向太空轨道发射商务载苛。


  其次,对空军而言,NASP也可作为快如闪电的轰炸力量。1985年空军系统司令部的指挥官,空军上将劳伦斯·A·斯甘茨指出“NASP结合了洲际弹道导弹的反应速度和常规轰炸力量的灵活性与可靠性,这种集多种优点于一身的飞机能够紧急起飞并进入轨道,而且能以改变轨道高度的方式使苏联人无法准确击中他们”。作为卫星运载工具和打击平台,太空飞机将是一种革命性的进步。


  没有任务需求的年代


  但是,有关NASP的研究却因无法满足性能要求而出现了拖延。90年代早期,研究人员认为NASP计划的实现得到10年以后,而且需要5倍的预算。科学顾问委员会称NASP“完全能进行高超音速飞行”,但是却无法达到轨道速度。先进高超音速技术问题还是没有解决。委员会认为:“在现有知识的基础上,难以为以前国防部的NASP计划继续进行寻求理由”。著名的兰德公司也在其1989年的报告中指出:“NASP没有任务需求。”国防预算的削减和冷战结束决定了NASP的命运,该计划在1994年取消。当时负责太空作战的空军副部长马丁·菲革评价说:“那是个刺激的构想,但还没有准备好实施”。


  早在NASP计划结束以前,研究人员就已开始寻求更谨慎的分别解决高超音速飞行和可再用系统的技术障碍。此后的“太空飞机实验”是一个提高军方和申请研究太空飞机商业机构希望的早期成功。麦道公司在1991年获得了建造被称为DC-X “三角剪”的合同。这是由“星球大战” 计划对能以合理价格在轨道高度投放“智能卵石”(一种弹道导弹防御系统的组成部分)、单级可再用飞行器的需求发展而来的。虽然该项计划由美国宇航局管理,DC-X还是再次引发了空军对太空飞机构想的怀念。DC-X计划所具有的商业潜力和简单特性,揭示出以商业发展需求资助太空飞机计划技术研究时代的到来。


       “三角剪”是一种应用了先进轻型材料和方向控制技术的单级火箭,而没有采用超音速冲压式喷气发动机。它的特点是具有垂直起飞着陆能力和可控制的火箭动力飞行。在它的完整概念中,它是一种能由小规模地面控制组在同一地点发射和回收的可再用飞行器。高效率的可维护性使其在将商务载苛发射至轨道的过程中只需较低的操作和维护成本。该飞行器的小比例验证与先进型—DC-XA,于1993至1996年期间,在美国新墨西哥州白沙导弹靶场完成了一系列试验飞行,证明了控制和机动性能。

DC-X “三角剪”的小比例验证与先进型—DC-XA


  但是随后却出现了不幸的事故。在1996年7月31日的一次着陆期间,一根着陆支柱未能伸出。“三角剪”翻倒,液氧箱发生了爆炸。爆炸造成的大火毁掉了飞行器。麦道公司对此发表的评论是:“象任何优秀的实验飞行器一样,DC-XA一直飞到了生命的尽头。我们将永远记住这个小火箭带给我们的教训。”


[ 谁能称霸太空,谁就能称霸人类世界 ]




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时值“神舟5号”腾飞,中国第一名宇航员载誉归来之际,对中国军事航天未来的憧憬不可避免的跃上我们心头。欢呼之余,看看这篇航天先驱国家之一对“天军的梦想”,也许能让我们一窥中国天军未来跨越式发展的端倪。



天军的梦想——美国空军40年来的太空飞机计划


  Taskforce Legionarius 刘小龙


  太空飞机计划是40年来美国空军长远发展规划的重要组成部分。该计划的拥护者认为可再用的太空飞机能够将目前太空货运每磅1万美元的高昂价格降至每磅1千美元,而且能够在空军执行维修卫星或其他任务时赋予空军更大的灵活性。此外,太空飞机还能赋予空军最高级别的突防能力:太空飞机能在轨道高度以25马赫的高速飞行,在其重返地球并到达目标之前,几乎不可能对其进行拦截。


  但是至今,仍然没有一架“太空飞机”列入发展计划之中。有几种实验型的飞行器试图论证太空飞机的技术需求。2000年12月美国空军的科学顾问委员会指出:“如果美国空军想全面控制与开发航天领域,那就必须拥有一个全面的高超音速计划”。迄今美国空军在寻求华盛顿将太空飞机作为国家需求,以及获得研究计划所需的巨额资金支持方面仍处境堪忧,而这些条件却是将概念变成现实的必须要求。最近失败的X-33计划又一次证明,太空飞机计划仍面临着较高的技术障碍以及理想与资金之间的巨大鸿沟。


  太空飞机的构想可追述至德国人在二战前开展的火箭研究。在美国空军中,可再用的太空飞机构想在美国空军全面控制与开发航空与航天的长远发展规划中也有长期的历史可寻。


  斯科韦弗将军的理想


  1962年,美国空军伯纳德·A·斯科韦弗上将指出:完整的太空能力应具备进入轨道、太空机动、太空对接、脱离轨道、再入大气层和在普通基地降落的能力。但是至今为止,美国空军还得至少需要10年,在获得了可再用的太空飞机后才能具备将军所指出的这种能力。


  技术障碍仍是太空飞机计划的核心问题。高超音速飞行的定义是飞行速度要大于5马赫,50年代的航空工程师们曾认为这是不可能的。早期所取得的一个成功是北美X-15试验机,它在1960年的试验飞行中速度超过了6.7马赫。但是在大多数情况下,太空飞机计划在高超音速和可再入太空飞行方面只取得了有限的进展。波音公司的X-20“戴娜-翱翔”,一种被设计成载人轨道飞机的火箭助推—滑翔飞行器就是这样的例子。空军在1957年开始资助该项目,但国防部长罗伯特·S·麦克纳马拉在1963年取消了X-20计划,高超音速太空飞机时代的第一阶段就这样结束了。


      “戴娜-翱翔”和其他一些研究为载人航天飞机计划做出了贡献。美国宇航局的航天飞机在1981年4月进行了首次飞行,至今已成功完成了100多次任务,有时每月都进行飞行。但是,这些航天飞机仍然需要可抛弃的助推器帮助他们到达轨道高度,而且每次飞行都要付出的高昂代价也与真正的太空飞机概念不符。更好的进入太空方式仍然是一个迫切的问题。


  1986年,里根总统为类似再入大气层的太空飞机构想注入了新的活力。1986年,他发起了“新东方快车”计划,计划在90年代末,使“从杜勒斯机场起飞的飞机能加速到25倍音速”。在里根的概念中再入大气层飞机要能到达地球低轨道高度或是飞行于大气层中,“从美国飞到东京只需2个小时”。


  隐藏在里根总统轰动性宣传后面的原因,是对实用高超音速技术能够取得突破的期望。在国防高级研究计划局资助的被称作“铜峡谷”的秘密计划中,研究人员试图通过积极进行热能管理来提高超音速冲压式喷气发动机的推力。为了跨越达到8马赫时所遇到的热障,与大气层磨擦所产生的热能将被变成加热用于注入发动机氢燃料加热系统的一部分。这项技术能使太空飞机通过控制磨擦产生的热能而得以跨越热障,同时还能使这种磨擦热能提高发动机的推力。


  如果实用的高超音速技术得以实现,国家航天飞机就能取得革命性的进展:再入大气层飞行器不仅能提供廉价的太空发射手段,还能为军事目的提供开发太空的能力。该计划被称作NASP(即国家航天飞机计划的缩写),一项以单级飞行器就能够到达地球低轨道高度并能在10万至35万英尺高度的范围内,以12马赫到25马赫速度巡航的计划。


  随着NASP计划的出现,太空飞机概念出现了两种用途:


  首先,可再用的太空飞机有能力取代现有的航天飞机作为携带重型商务载苛的发射平台,为类似向NASP计划提供重要资金支持的“星球大战”计划组织类顾客提供太空发射能力。NASP计划的主管、空军准将肯尼思·E·斯坦在1986年指出, NASP有能力以“航天飞机发射成本的1%到25%”向太空轨道发射商务载苛。


  其次,对空军而言,NASP也可作为快如闪电的轰炸力量。1985年空军系统司令部的指挥官,空军上将劳伦斯·A·斯甘茨指出“NASP结合了洲际弹道导弹的反应速度和常规轰炸力量的灵活性与可靠性,这种集多种优点于一身的飞机能够紧急起飞并进入轨道,而且能以改变轨道高度的方式使苏联人无法准确击中他们”。作为卫星运载工具和打击平台,太空飞机将是一种革命性的进步。


  没有任务需求的年代


  但是,有关NASP的研究却因无法满足性能要求而出现了拖延。90年代早期,研究人员认为NASP计划的实现得到10年以后,而且需要5倍的预算。科学顾问委员会称NASP“完全能进行高超音速飞行”,但是却无法达到轨道速度。先进高超音速技术问题还是没有解决。委员会认为:“在现有知识的基础上,难以为以前国防部的NASP计划继续进行寻求理由”。著名的兰德公司也在其1989年的报告中指出:“NASP没有任务需求。”国防预算的削减和冷战结束决定了NASP的命运,该计划在1994年取消。当时负责太空作战的空军副部长马丁·菲革评价说:“那是个刺激的构想,但还没有准备好实施”。


  早在NASP计划结束以前,研究人员就已开始寻求更谨慎的分别解决高超音速飞行和可再用系统的技术障碍。此后的“太空飞机实验”是一个提高军方和申请研究太空飞机商业机构希望的早期成功。麦道公司在1991年获得了建造被称为DC-X “三角剪”的合同。这是由“星球大战” 计划对能以合理价格在轨道高度投放“智能卵石”(一种弹道导弹防御系统的组成部分)、单级可再用飞行器的需求发展而来的。虽然该项计划由美国宇航局管理,DC-X还是再次引发了空军对太空飞机构想的怀念。DC-X计划所具有的商业潜力和简单特性,揭示出以商业发展需求资助太空飞机计划技术研究时代的到来。


       “三角剪”是一种应用了先进轻型材料和方向控制技术的单级火箭,而没有采用超音速冲压式喷气发动机。它的特点是具有垂直起飞着陆能力和可控制的火箭动力飞行。在它的完整概念中,它是一种能由小规模地面控制组在同一地点发射和回收的可再用飞行器。高效率的可维护性使其在将商务载苛发射至轨道的过程中只需较低的操作和维护成本。该飞行器的小比例验证与先进型—DC-XA,于1993至1996年期间,在美国新墨西哥州白沙导弹靶场完成了一系列试验飞行,证明了控制和机动性能。

DC-X “三角剪”的小比例验证与先进型—DC-XA


  但是随后却出现了不幸的事故。在1996年7月31日的一次着陆期间,一根着陆支柱未能伸出。“三角剪”翻倒,液氧箱发生了爆炸。爆炸造成的大火毁掉了飞行器。麦道公司对此发表的评论是:“象任何优秀的实验飞行器一样,DC-XA一直飞到了生命的尽头。我们将永远记住这个小火箭带给我们的教训。”


[ 谁能称霸太空,谁就能称霸人类世界 ]




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