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主题：【讨论】略谈空天飞机 -- 浣花岛主
家园 【讨论】略谈空天飞机 美国的X-37B上天后不久，中国的神龙也横空出世，着实让俺们广大军迷抓狂了一把。真是给力，非常给力，太给力了。不过冷静下来以后，俺开始纳闷，这空天飞机到底是个什么东西？鉴于河里的大牛们在这个问题上一致保持神秘的默契，绝不肯多说一句，俺只好自己做一点功课啦。下面把俺的调查结果公布出来，作为大家讨论的出发点，算是班门弄斧，抛砖引玉吧。
综合各种公开的资料，空天飞机可以定义为：利用跑道起飞和降落，能够到达太空（至少要到低轨道）的，特殊的飞机。普通飞机到不了低轨道；航天飞机利用跑道降落，但是从发射架上起飞。X-37B是从发射架上起飞的（请参见下图），所以X-37B事实上不是空天飞机，还是航天飞机。神龙的资料太少，俺不敢乱说。如果神龙是用H-6运到高空然后再依靠自己的动力飞进低轨道的，或者是和X-37B一样从发射架上起飞，那么当前版的神龙也不符合空天飞机的定义。
发展空天飞机主要是为了降低空天之间的运输费用。空天飞机有三大好处：
1）充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂（据说发现号航天飞机的主助推火箭所用的液氧罐重达629吨），提高效率。
2）整个飞行器全部重复使用，只消耗推进剂，不抛弃任何部件。
3）利用跑道，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，降低维护费用。
但是，经过多年的研究和试验，科学家们发现过去的估计过于乐观，现阶段的关键技术难题有：
1）发动机问题。空天飞机的飞行范围为从大气层内到大气层外，速度从0到25马赫。如此大的跨度和工作环境变化是现有任何单一类型的发动机都不可能胜任的。喷气式发动机需要在大气层中吸入空气，无需携带氧化剂，但无法在大气层外工作，且实用速度较小；而火箭发动机自带氧化剂，可以工作在大气层内外，使用速度范围较广，但携带的氧化剂较笨重，比冲小。因此，以目前的技术空天飞机至少需要两种发动机。发动机是俺们最短的短板，大家耐心等吧。
2）机体设计的空气动力学计算分析问题。解决空气动力学问题的基本手段是风洞。目前，就连美国也不具备马赫数可以跨越这样大范围的试验风洞。即使有了风洞还需要作上百万小时的试验，那意味着大量的试验，昼夜不停的试验，多年的试验。如果求助于计算机，用计算方法来解决，那就要看有没有足够快的计算机，足够牛的程序了。
3）机体结构与材料问题。美国在航天飞机防热瓦的问题上饱受折磨，现在进展如何俺不知道。至于中国，有河友透露俺们在碳化硅陶瓷基复合材料制造工艺与设备的一系列核心技术方面有重大突破，可喜可贺。
飞行器要从地表到达低轨道谈何容易？发现号航天飞机包括助推火箭的起飞总重量约2,000吨（请参见下图），但是其本身最大起飞重量只有约110吨，最大有效载荷约25吨。X-37B 总共只有五吨重，撑死了有2吨的有效载荷，能有啥军事意义？携带普通炸弹太不经济，激光炮有点科幻，核弹头不如交给弹道导弹，放卫星呀反卫星的任务嘛还是普通火箭/导弹更高效。所以俺觉得这不过是老美的另一个肥皂泡，另一朵浮云。神龙1号刚刚出来，尺寸大概跟X-37B差不多，所以也是政治意义大于军事用途。
不过，可以肯定在研制和试验神龙系列的过程中俺们收获颇多，比如科研团队的培养，材料工艺和计算机软硬件的进步等。空天飞机从基础研究和政治博弈的角度讲很重要，将来也有望成为镇国大杀器，但严格地说目前还不存在真正意义上的空天飞机。
神龙系列的官方名字是“跨大气层飞行器”。个人认为这个名字比较准确，可以用来统称航天飞机和空天飞机。综合各种资料，神龙1号应该是一架小型航天飞机，用于各种技术的验证。兔共雄心壮志的，神龙系列的终极目标显然是货真价实的空天飞机。
研制空天飞机的技术障碍极大，真正有条件玩儿的也就是中美两家。美国真的是衰落了，甚至需要国防部长亲自出来提醒大家美国还是很牛的。虽然从公开资料来看美国在超燃冲压发动机（空天飞机的关键技术之一）方面仍然领先，但是照目前的势头来看，中国很有可能后来居上。
欢迎大家扔砖头，呵呵。
通宝推：履虎尾,
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 概念很久了 技术上挑战很大，主要是工况跨度太离谱： 从地面一直到低轨道。
在地面起飞，要飞机的一套。可是飞机的这一套，在超过20公里的高空，就不太灵了。能飞3万米的，也就是SR71和Mig25，还是经过特殊设计的。
在极其稀薄的大气层高层以大马赫数飞行，最好用冲压发动机和脉冲爆震发动机
到低轨道，要用火箭的那一套，自己要带氧化剂。
你说，怎么把这些东东都揉在一起？
还有，控制的问题：
稠密大气，可以用舵面，
稀薄大气，就不太好用了，
低轨道，就只能喷燃气控制了。
还有： 进出大气层的防热。
这些问题具体到工程上，很麻烦。
所以美好的设想一直还是设想，单级入轨至今做不到。
神龙好像是Ｈ－６在高空投放的，这个技术验证行，真正型号这样哪行啊。
- 复 概念很久了
家园 花谢铢钱。请教个问题 以前大众科学上看到说有一种所谓氢燃料呼吸器（hydrogen fueled airbreathers，不知道中文如何翻译）可以作为空天飞机的发动机，不知道是否可行。
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家园 班门弄斧，胡乱说几句 兄台所说的airbreathers大概是指吸气式飞行器（相对于不吸气的飞行器而言，比如发现号航天飞机，自带火箭推进剂和液氧，不需要空气）。SR-71黑鸟侦察机至今保持着“最快的吸气式载人飞机”（fastest air-breathing manned aircraft）的纪录。
美国的X-43A, X-51A技术验证机就是hydrogen fueled airbreathers。它们都使用液氢超燃冲压发动机，都携带液氢作为燃料和冷却剂，但都需要吸入空气里面的氧。液氢超燃冲压发动机很有希望成为空天飞机高空高速飞行时的动力来源。
家园 呵呵，不熟悉 同样是概念，工程实现肯定有具体的问题。
- 复 概念很久了
家园 同感。俺觉得媒体张口闭口空天飞机的，太离谱 不过，俺觉得兔共有雄心壮志。神龙系列的后期型号应该是货真价实的空天飞机，而早期型号应该是用于技术验证的小型航天飞机。所以官方名称“跨大气层飞行器”比较准确。
家园 空天飞机的意义在于太空空战！ 用一种廉价快速的方法到太空轨道，而后破坏他国卫星系统并保护本国的卫星系统。
未来的战争完全可以从太空开始。天空飞机上去把间谍卫星，通讯卫星，定位卫星统统干掉。一边急着补星，另一边忙着打。。。。。
这就是天空飞机的意义。2吨载荷够用了。
家园 太空空战不那么简单，机动太困难。 一个绕不过去的关口就是太空中的飞行器都是严格按轨道飞行，不象飞机想怎么飞怎么飞。虽然可以变轨，但大范围变轨消耗燃料相当多。所以把卫星发射到预定轨道上都有特定的时间窗口，不在这窗口内发射都要大大增加消耗的燃料。
另一个就是现在的技术条件下可回收的卫星都不高，基本上在一千公里以下，打间谍卫星还将就，通讯卫星、定位卫星就鞭长莫及了。