空天飞机的设计理念和未来发展预测

美国人的航天飞机行将退役，代表着一个历史阶段的结束，并且宣布不再发展和生产新的航天飞机来代替它们，进而是研制新的载人宇宙飞船来接替它们的任务，仿佛历史又划了个圈又退回到20世纪60年代，当然实际上的新的飞船无论是技术上还是理念上跟上个世纪还是有着质的的飞跃，但从载人航天的角度来讲，无论如何它也不能算得上历史的跨越和代差的标志。纵观航天飞机的发展历程，应该说是基本成功的，但历尽坎坷，它实现了载人航天器的重复使用（主要部件），减少了不必要的浪费，当然每次发射的费用依然是惊人的，看着那小小的航天飞机依附在庞大的主火箭上（这火箭可是不能回收哦），有种感觉就是儿子比老子大，其实也还就是普通的火箭发射嘛，那我们的载人飞船如果在研制过程中也注重重复利用，其实修不修不，不也能重复使用嘛，没必要造那么大的声势，它航天飞机也就是一不带主降落伞的宇宙飞船罢。
所谓的空天飞机，按照ww的说法叫太空穿梭机（其实他们指的就是航天飞机），应该不依附于任何或极少依赖于助推火箭，可以独立的完成在大气层和外太空之间的往来穿梭，并且重复使用，这才算合格的空天飞机，但受制于地球引力，要想完成这一基本目标，起码要将飞行器加速到第一宇宙速度，这就要求飞行器实行单节入轨，这是许多年前人们就梦想着实现的目标，真的不能实现吗？没有什么实现不了的，有的只是我们思想里面的禁锢，但要克服的技术和障碍也自然是巨大的，美好理想的实现从来就是不便宜的，人类的历史就是从一个突破的完成到另一个突破的完成。
如何实现梦想，首先要尽量减少死重的出现，当然正常的结构重量，燃料重量、电子设备等等重量是少不了的，但要尽量给与优化减重，这个道理大家都懂，我说的重点是发动机，如果在发动机上没有突破，这种飞行器是不可能诞生的，因为要减少死重，就不能采用两种或者说两套发动机，地面用涡扇，太空用火箭，这绝对不行，一旦陷入这种思路，就必然在太空飞行产生死重（涡喷发动机），这对于单节入轨的飞行器是绝不可以接受的，那就是说必须要研制一款空天发动机，既可以在大气层像普通喷气发动机那样运行，又可以在太空像火箭一样飞行，难吗？当然！设想是这样的，该发动机以一台核心机作为主喷气发动机，外涵道设计成冲压发动机的压缩进气道，尾喷口为用火箭发动机材料制成固定喷口（即不需调节喷口大小），空天飞机机体内设计有燃油箱和液氧储存箱，像正常喷气飞机一样水平启动起飞，此时液氧储存箱是空的，便于减少飞行重量，但飞机内部装置一台高速制氧机，也不会占多大的体积和重量，关于飞机上的机载制氧系统，据说J10就是具有分子筛制氧系统，飞机起飞时不携带氧化剂，飞机的推重比也自然就较大，起飞后随着速度和高度的不断提升，飞机内高速制氧机开始工作，迅速将氧气分离压缩液化至储氧箱，此时飞机是会变的越来越重，但因为飞机的速度不断增大，其升力也就不断增大，所以并不影响其飞行性能，这一过程约十几分钟，在飞机飞至2万米高度，2~2.5马赫时，开始启动冲压发动机燃烧室，将飞机进一步加速到8~10马赫，高度3万米以上，此时制氧机停止工作，完成液氧的储备任务，转而由液氧代替空气供应燃烧室，并且在发动机进气口设计一可变调节片，此时逐渐收缩此调节片直至完全关闭成发动机前整流罩，而发动机的氧化剂完全由机载液氧提供，最终转变成液氧煤油火箭推进系统。
飞机的燃料供应设计在制氧机工作一段时间，可以恰好作为火箭模式工作储备足够的氧化剂和煤油燃烧达成平衡，为了节省飞机的内部空间，可以使用副油箱，达到刚刚用完副油箱时正好达到氧、燃平衡，抛掉副油箱后就可以作为一节火箭升天了，此时是在3万米以上的高空和近10马赫的速度，飞机能不能进入太空？不用太吃力了吧!全部设计的关键当然是发动机，它叫什么呢？喷火冲压发动机，它有一个难点就是在模式转换过程中控制其燃烧回火的问题，这会烧毁机芯，得想个好办法解决。还有就是高速制氧技术，因为毕竟需要在短短十几分钟就完成几十吨氧气的分离压缩和液化，还是很有挑战性的。至于飞机的其它部分，我认为美国人的航天飞机还是很有借鉴作用的，设计思路也是很前卫的。进入太空后，返还可以用逆反过程来运行（如果还有燃料的话），也可以用航天飞机的模式来降落，不在话下。
总之，我希望这种飞行器更多的运用在民用方面，初步设想该机型设计空重20吨（包括发动机及机载设备），10吨有效载荷，地面起飞重量90吨，高空3万米冲刺起飞重量160吨，燃油60吨（包括10吨副油箱），虽然有效载荷只是航天飞机的一半，但实际运作成本最多是航天飞机的百分之一罢了。如果作为军事用途，则必须要解决一些现在困扰载人航天器的
一些实质问题，比如说黑障的问题（即飞行器在进入高空电离层时出现的无线电中断），这对于民用飞行器不算什么，但如果是军用作战飞行器，几分钟的通讯中断会完全改变一场战争的格局，所以说如果几分钟机载雷达失去作用那还没什么，因为可以有其它的预警机、卫星、地面预警雷达弥补，但如果通信中断，那就像盲人两眼一摸瞎，坐以待毙，所以必须要保持通信畅通，无论何时何地，那只有依靠一种方式，自由空间激光衍射通信，关于空间激光通信，美国人曾经进行过卫星和水下数米的潜艇试验过，没问题，至于我说的这种通信方式还是有些不同，就是激光衍射通信，是目前技术条件下，可以跟踪高速目标的唯一空间通信方式，因为激光的方向性高，这既是优点也是它难以实时跟踪高速目标的缺点，虽然它的单向性好，但也还是有衍射波的，这就扩大了其信号可接收区域面积，也就成就了作为高速运动的飞行器唯一在电离层的通信手段，关于激光衍射通信我以前也写过一个卫星一体化（即卫星应该具有通信、中继、侦察综合能力）的帖子上提到过，至于激光能不能透过与飞机炙热摩擦的电离层，我想应该这不是个问题，虽然效果肯定比不上在外太空甚至大气层，可比起普通的无线电通信应该不是一个数量级。美国人的航天飞机行将退役，代表着一个历史阶段的结束，并且宣布不再发展和生产新的航天飞机来代替它们，进而是研制新的载人宇宙飞船来接替它们的任务，仿佛历史又划了个圈又退回到20世纪60年代，当然实际上的新的飞船无论是技术上还是理念上跟上个世纪还是有着质的的飞跃，但从载人航天的角度来讲，无论如何它也不能算得上历史的跨越和代差的标志。纵观航天飞机的发展历程，应该说是基本成功的，但历尽坎坷，它实现了载人航天器的重复使用（主要部件），减少了不必要的浪费，当然每次发射的费用依然是惊人的，看着那小小的航天飞机依附在庞大的主火箭上（这火箭可是不能回收哦），有种感觉就是儿子比老子大，其实也还就是普通的火箭发射嘛，那我们的载人飞船如果在研制过程中也注重重复利用，其实修不修不，不也能重复使用嘛，没必要造那么大的声势，它航天飞机也就是一不带主降落伞的宇宙飞船罢。
所谓的空天飞机，按照ww的说法叫太空穿梭机（其实他们指的就是航天飞机），应该不依附于任何或极少依赖于助推火箭，可以独立的完成在大气层和外太空之间的往来穿梭，并且重复使用，这才算合格的空天飞机，但受制于地球引力，要想完成这一基本目标，起码要将飞行器加速到第一宇宙速度，这就要求飞行器实行单节入轨，这是许多年前人们就梦想着实现的目标，真的不能实现吗？没有什么实现不了的，有的只是我们思想里面的禁锢，但要克服的技术和障碍也自然是巨大的，美好理想的实现从来就是不便宜的，人类的历史就是从一个突破的完成到另一个突破的完成。
如何实现梦想，首先要尽量减少死重的出现，当然正常的结构重量，燃料重量、电子设备等等重量是少不了的，但要尽量给与优化减重，这个道理大家都懂，我说的重点是发动机，如果在发动机上没有突破，这种飞行器是不可能诞生的，因为要减少死重，就不能采用两种或者说两套发动机，地面用涡扇，太空用火箭，这绝对不行，一旦陷入这种思路，就必然在太空飞行产生死重（涡喷发动机），这对于单节入轨的飞行器是绝不可以接受的，那就是说必须要研制一款空天发动机，既可以在大气层像普通喷气发动机那样运行，又可以在太空像火箭一样飞行，难吗？当然！设想是这样的，该发动机以一台核心机作为主喷气发动机，外涵道设计成冲压发动机的压缩进气道，尾喷口为用火箭发动机材料制成固定喷口（即不需调节喷口大小），空天飞机机体内设计有燃油箱和液氧储存箱，像正常喷气飞机一样水平启动起飞，此时液氧储存箱是空的，便于减少飞行重量，但飞机内部装置一台高速制氧机，也不会占多大的体积和重量，关于飞机上的机载制氧系统，据说J10就是具有分子筛制氧系统，飞机起飞时不携带氧化剂，飞机的推重比也自然就较大，起飞后随着速度和高度的不断提升，飞机内高速制氧机开始工作，迅速将氧气分离压缩液化至储氧箱，此时飞机是会变的越来越重，但因为飞机的速度不断增大，其升力也就不断增大，所以并不影响其飞行性能，这一过程约十几分钟，在飞机飞至2万米高度，2~2.5马赫时，开始启动冲压发动机燃烧室，将飞机进一步加速到8~10马赫，高度3万米以上，此时制氧机停止工作，完成液氧的储备任务，转而由液氧代替空气供应燃烧室，并且在发动机进气口设计一可变调节片，此时逐渐收缩此调节片直至完全关闭成发动机前整流罩，而发动机的氧化剂完全由机载液氧提供，最终转变成液氧煤油火箭推进系统。
飞机的燃料供应设计在制氧机工作一段时间，可以恰好作为火箭模式工作储备足够的氧化剂和煤油燃烧达成平衡，为了节省飞机的内部空间，可以使用副油箱，达到刚刚用完副油箱时正好达到氧、燃平衡，抛掉副油箱后就可以作为一节火箭升天了，此时是在3万米以上的高空和近10马赫的速度，飞机能不能进入太空？不用太吃力了吧!全部设计的关键当然是发动机，它叫什么呢？喷火冲压发动机，它有一个难点就是在模式转换过程中控制其燃烧回火的问题，这会烧毁机芯，得想个好办法解决。还有就是高速制氧技术，因为毕竟需要在短短十几分钟就完成几十吨氧气的分离压缩和液化，还是很有挑战性的。至于飞机的其它部分，我认为美国人的航天飞机还是很有借鉴作用的，设计思路也是很前卫的。进入太空后，返还可以用逆反过程来运行（如果还有燃料的话），也可以用航天飞机的模式来降落，不在话下。
总之，我希望这种飞行器更多的运用在民用方面，初步设想该机型设计空重20吨（包括发动机及机载设备），10吨有效载荷，地面起飞重量90吨，高空3万米冲刺起飞重量160吨，燃油60吨（包括10吨副油箱），虽然有效载荷只是航天飞机的一半，但实际运作成本最多是航天飞机的百分之一罢了。如果作为军事用途，则必须要解决一些现在困扰载人航天器的
一些实质问题，比如说黑障的问题（即飞行器在进入高空电离层时出现的无线电中断），这对于民用飞行器不算什么，但如果是军用作战飞行器，几分钟的通讯中断会完全改变一场战争的格局，所以说如果几分钟机载雷达失去作用那还没什么，因为可以有其它的预警机、卫星、地面预警雷达弥补，但如果通信中断，那就像盲人两眼一摸瞎，坐以待毙，所以必须要保持通信畅通，无论何时何地，那只有依靠一种方式，自由空间激光衍射通信，关于空间激光通信，美国人曾经进行过卫星和水下数米的潜艇试验过，没问题，至于我说的这种通信方式还是有些不同，就是激光衍射通信，是目前技术条件下，可以跟踪高速目标的唯一空间通信方式，因为激光的方向性高，这既是优点也是它难以实时跟踪高速目标的缺点，虽然它的单向性好，但也还是有衍射波的，这就扩大了其信号可接收区域面积，也就成就了作为高速运动的飞行器唯一在电离层的通信手段，关于激光衍射通信我以前也写过一个卫星一体化（即卫星应该具有通信、中继、侦察综合能力）的帖子上提到过，至于激光能不能透过与飞机炙热摩擦的电离层，我想应该这不是个问题，虽然效果肯定比不上在外太空甚至大气层，可比起普通的无线电通信应该不是一个数量级。