中国这次“过于先进，不便展示”的技术，先进在哪？

中国成功试验“亚轨道重复使用演示验证项目运载器”成为国家级“凡尔赛”现场：国防科工局新闻宣传中心官方抖音账号“中国军工”17日在回应“这条消息为何只有文字没有照片”时“公然炫耀”：“过于先进，不便展示”。

实在是太太太……太给力了。

不过这个运载器到底先进在哪里？大家都知道，这类消息从来都是“字数越少事情越大”。

官方新闻稿里提到，“发展重复使用天地往返航天运输技术是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志。”

什么是重复使用天地往返航天运输技术？通俗地说，它就是将传统的运载火箭与飞机功能“合二为一”，让飞行器可以多次往返于太空与地面之间、执行航天运输和空间试验等任务的技术，大众熟悉的美国航天飞机就是该技术的早期应用成果。

那么为什么说这种技术如此重要？现在各国航天发射和太空探索任务越来越频繁，航天运输系统瞄准了“快速、机动、可靠、廉价”等发展方向。可以想象，如果未来前往太空，就像搭乘民航客机一样安全便捷，这将带来何等巨大的影响。而重复使用天地往返飞行器就是满足这些需求的主要技术途径之一。

顺路提一句，虽然美国的航天飞机勉强也可以算是重复使用天地往返航天器，但它在经济性、安全性和可重复使用等重要指标方面并不合格，这也是航天飞机被淘汰的主要原因。

总的来说，研制重复使用天地往返飞行器的难度极高。因为在大气层内与太空中，飞行器所需的设计原理完全不同，而重复使用天地往返飞行器要实现跨界融合，同时具备在大气层内和太空这两个不同空域的飞行能力，就需要在动力和气动外形等方面大下功夫。

这种新概念飞行器目前包括多条技术路线，其中火箭动力重复使用天地往返飞行器最为成熟，典型代表就是美国航天飞机和神秘的X-37B飞行器。火箭发动机的技术成熟度高，是当前航天运输系统的首选动力系统。借助火箭垂直起飞，不但可以快速逃离大气层的束缚、减少上升阶段的燃料消耗，而且还可以充分利用现有的火箭发射系统。美国航天飞机和X-37B都是搭载大推力火箭垂直起飞进入太空，完成任务后再入大气层，水平降落在预定跑道。

X-37B采用垂直发射、水平降落

从“亚轨道重复使用运载器可作为升力式火箭动力重复使用航天运输系统的子级”这句话可以看出，中国的亚轨道重复使用运载器也是选择了“火箭动力”这条相对成熟的技术路线，它同样采用水平着陆方式。

但中国航天显然不是简单抄袭美国的航天飞机或X-37B。“中国军工”提到，这次是原创性、引领性科技攻关任务，“首次飞行旨在验证升力式地面自主垂直起飞、再入返回、水平着陆等关键技术”。

敲黑板画重点啊——“原创性”“自主垂直起飞”。美国航天飞机和X-37B都需要依托外部火箭提供升力，因此算不上自主起飞，而且这些火箭无法重复利用，因此它们只能算是“部分可重复使用”。如果中国这次发射的航天器能依靠自身动力起飞，意味着它就是真正意义上的“完全可重复使用”，未来将极大降低发射成本。

不过火箭动力重复使用天地往返飞行器也有自身缺点，就是灵活性不够，毕竟它需要专门的航天发射场，而且随着技术发展，纯火箭发动机的比冲已经接近理论极限，难以有更大突破。为此各国航天科学家又提出外形更科幻的组合动力重复使用天地往返飞行器，它有一个外界更熟悉的名字：“空天飞机”。据介绍，各国现有发动机分为涡轮、涡扇、冲压、火箭等多种，每种都有各自适合的工作范围和优势，单靠一种发动机，难以实现宽速域大空域空天往返运输。而使用组合动力的空天飞机，可以通过在大气层内外使用不同的发动机，最大程度地发挥推进系统的性能。

通俗地说，空天飞机可以像普通飞机那样从机场跑道上起飞，在大气层内高超音速飞行，再进入太空成为航天器，最后再重返大气层，像飞机那样在飞机场跑道上降落。

然而说起来简单做着难。美国早在20世纪80年代就推出“国家空天飞机计划”，它采用组合式超音速燃烧冲压发动机，可以直接从机场起飞后进入太空，并雄心勃勃地“要在2000年实现X-30试验机型的首飞”。同期，联邦德国提出的“桑格尔”空天飞机技术难度相对较小，它是载机与航天飞机的组合，载机从机场起飞后，在高空释放航天飞机，完成各自任务后，两者都可以水平着陆。法国和日本也提出过自己的空天飞机设想。但它们最终都因技术难度太大而中途下马。

进入21世纪后，英国又推出“云霄塔”空天飞机项目，“预计十年内首飞”，但直到现在，它仍处于PPT状态……归其原因，空天飞机要实现组合动力的工程应用，仍有大量的关键技术亟待解决。

如今，向来说话算数的中国航天来了。

没错，就是那个“说什么时候登月就什么时候登月”“说什么时候探火星就什么时候探火星”的中国航天。

这次中国航天科技集团的亚轨道重复使用运载器首飞任务取得圆满成功，“为我国重复使用天地往返航天运输技术发展奠定了坚实基础”。

中国航天领域的另一个巨头——航天科工集团此前也在空天飞机领域有长远布局并稳步推进。

2017年，中国航天科工集团公司副总经理刘石泉第二届商业航天高峰论坛上首次披露，代号“腾云工程”的中国空天飞机项目拟在2030年完成技术验证试飞。这种空天飞机可从地面机场水平起飞，在大气层中加速爬升；到达30至40公里高度时一二级分离，一级水平着陆返回；二级继续爬升进入近地轨道，完成运输任务后再入大气返回，具有廉价、安全、便捷、机动等优势。

中国航天科工三院科技发展部部长助理戴江勇介绍说，“腾云工程”涵盖多项关键技术，包括结构和热防护、气动外形设计、组合动力系统等。其中组合动力系统将实现：在飞行器起飞时，使用低速性能最高的航空涡轮发动机；达到一定速度后，改用适应在大气层内高速飞行的冲压发动机；到达临近空间，再用火箭发动机进入太空。“计划在2025年完成关键技术攻关，2030年完成两级入轨空天飞行器技术验证试飞。”

2021年4月，中国航天科工三院31所透露，由该所研制的组合动力发动机——“云龙”发动机的预冷装置已经完成了目前国内最大尺度、最大空气流量的温降试验，试验结果超出预期。“云龙”发动机负责为空天往返飞行器提供动力，去年已完成了该型发动机原理样机的整机试制，并通过了第一阶段的系统级地面试验验证。

中国的空天飞机，还会远吗？

作者：老司机马识途

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