美国已淘汰,欧洲放弃,中国昊龙航天飞机是技术倒退还是新突破?

多客科技

作者：微信文章


航天飞机始于上世纪30年代德国的银鸟设计。美国从70年代开始研制到2011年的全面退役，NASA最终承认其经济性失败。欧洲的赫尔墨斯航天飞机项目，到1992年就凉凉了。中国的昊龙货运航天飞机一出，有人说是技术倒退，有人说是新突破。究竟如何，咱们一起来看看。





美国

航天飞机的辉煌与陨落

1981年4月12日，哥伦比亚号航天飞机第一次拖着长长的火尾冲向太空，开创了一个崭新的太空时代。

航天飞机项目最初的设想非常美好。

NASA想着用可重复使用的航天飞机来省钱，计划每磅的运输成本只要118美元（以1972年的美元计算）。

但现实却给了NASA一记响亮的耳光。



哥伦比亚号航天飞机模型

设计费、维护费七七八八加起来，每次发射的实际成本高达15亿美元，平均下来每磅的运载成本在27000美元左右，比原计划高出了200多倍。

与其同时代的一次性火箭反而便宜得多。

比如说隔壁的俄罗斯质子号火箭，发射成本才1.41亿美元，每公斤成本也就6721美元。

为何会出现如此巨大的差距？

问题出在哪里？



哥伦比亚号航天飞机 Sts-58 着陆

航天飞机一开始的设想是每周一次的飞行频率，但这在行内人看来，简直是不切实际。

可就是这个“不切实际”的构想，偏偏成就了人类航天史上最华丽的三十年。

从把哈勃望远镜送上九霄云外，到护送伽利略探测器远征木星，再到为国际空间站搭建钢铁骨架，五架航天飞机执行了135次任务，累计飞行1323天。

然而，辉煌的背后是沉重的代价。



哥伦比亚号航天飞机的最终制造过程

1986年1月28日，挑战者号航天飞机在发射后73秒解体，火箭助推器的O型环在低温环境下失效。

机上7名宇航员全部遇难，其中包括一名即将成为首位进入太空的教师克里斯塔·麦考利夫。

17年后的2003年2月1日，哥伦比亚号在返回地球大气层时，左翼被脱落的泡沫击中，隔热层熔穿，7名宇航员再次魂归太空。

两次事故都源于“已知却未改”的隐患。



挑战者号航天飞机升空后爆炸

早在1977年，就有测试数据表明，火箭助推器的O型环存在潜在的灾难性缺陷，可NASA和制造商愣是没当回事儿。

NASA管理层无视了工程师对低温发射风险的警告，并未将技术问题上报。

安全办公室的成立、增压服的配备、商业火箭的启用，每一次改革都刻着血淋淋的教训。

2011年在完成国际空间站的建设任务后，航天飞机计划正式退役。

这标志着美国载人航天能力的重要转变。



发现号航天飞机正在接近国际空间站

NASA开始用商业航天器来运送宇航员往返国际空间站，自己则专注于更遥远的太空探索，比如火星任务。

如今，新一代的航天器正在崛起。

由Sierra Space开发的“追梦者”小型航天飞机计划于2025年第三季度首次执行任务。

参考信息：

1、维基百科.《对航天飞机计划的批评》

2、维基百科.《哥伦比亚号航天飞机失事》

3、EarthSky官网.《追梦者太空飞机首次发射推迟至2025年》

追梦者微型航天飞机模型

欧洲

航天飞机未竟的野心



其实欧洲当年也憋着一股劲儿，想在太空舞台上秀一把肌肉，可惜啊，他们的航天飞机梦有点生不逢时，最后就成了一段镜花水月。

上世纪80年代，当美国航天飞机项目搞得热火朝天的时候，欧洲的工程师们也坐不住了，也想搞一架属于自己的航天飞机。

于是乎，各种天马行空的设计方案就冒出来了，其中最出名的，就数英国的HOTOL项目了。

HOTOL全称是“水平起降航天飞机”。

顾名思义，就是像普通飞机一样水平起飞，然后嗖的一下飞到太空，不用像传统火箭那样一级一级地分离。



航天飞机HOTOL 3D模型

HOTOL打算用一种叫做预冷吸气式火箭发动机方案——RB545，起飞的时候借助空气里的氧气来助燃。

等到了高空，再切换成火箭发动机模式，用自己带的液氧燃料。

这样一来就能大大减轻航天飞机自身的重量，发射成本也能跟着降下来。

但HOTOL项目从一开始就面临着各种拦路虎。

首当其冲的就是技术难度。

预冷吸气式火箭发动机，设计和制造难度都非常高，就算放到今天，也还是个世界级的难题。



RB545发动机原理图

那时候的欧洲，在材料、控制、燃料这些方面，技术积累还差那么点意思，想实现HOTOL的设想，难！

再一个就是烧钱。

HOTOL项目需要的研发经费，那就是天文数字。

英国政府和欧洲航天局（ESA）在掏钱这件事上，一直扭扭捏捏，谁也不想当这个冤大头。

还有就是内部不团结。

欧洲各国在航天发展方向上，心里的小算盘打得噼里啪啦响，各有各的小心思。



位于达姆施塔特的 ESOC 主控室

法国更想搞自己的赫尔墨斯航天飞机，德国对HOTOL项目兴趣缺缺。

在这种情况下，HOTOL项目想得到整个欧洲的支持，还是一个字，难！

1989年，英国政府实在扛不住了，无奈宣布终止HOTOL项目。

赫尔墨斯项目也在1992年因成本过高和无法实现性能目标而被取消。

欧洲的航天飞机梦，就这样胎死腹中了。



1992年塞维利亚世博会期间展示的赫尔墨斯模型

HOTOL项目的失败，也让欧洲航天界开始反思。

于是，欧洲开始集中力量搞阿丽亚娜系列火箭。

事实证明，这个决定是相当英明的。

阿丽亚娜火箭凭借着过硬的实力，在商业航天发射市场上站稳了脚跟，也给欧洲航天挣了不少面子和票子。

参考信息：

1、维基百科.《英国航天HOTOL》

2、中国力学学会期刊网.《预冷型组合循环发动机技术》

3、维基百科.《阿丽亚娜6号》

发射台上的阿丽亚娜5号火箭



中国

星辰大海的新航线

那咱们的昊龙货运航天飞机是不是照葫芦画瓢，整个山寨复刻版？

当然不是，昊龙货运航天飞机可是彻头彻尾的自主创新。

昊龙航天飞机主要是给咱们自家的空间站送货，提供后勤保障。

而且它还得保证物美价廉，效率还得高。

昊龙是由中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所设计出来的。



昊龙与天宫空间站交汇对接示意图

它的外形设计就很有意思：大翅膀，圆脑袋，还配了个大三角尾翼。

融合了航天器和飞机的优点，既能像火箭一样飞上天，又能像飞机一样自己降落。

大长翅膀打开，能在机场跑道上平稳着陆，漂漂亮亮的回家。

而且昊龙还有一个独创的技术，可折叠的机翼，能发射时节省空间，入轨后再展开。

个头也不大，长度10米，翅膀展开8米，体重不到天舟货运飞船的一半。



昊龙号航天飞机模型

为啥这样设计？

就是省钱，发射成本更低，运输更灵活，空间站的后勤保障也更有底气。

昊龙最牛的地方还在于它的多功能性。

不光能送货上门，还能把空间站的实验样品和坏掉的设备带回来。

这天舟飞船就做不到了，它用完就直接烧掉了，多浪费啊！



天舟货运飞船货舱内货物装载图

昊龙则可以和天宫空间站对接，航天员可以自由进出货舱拿取货物。

任务完成之后，它还能自己离开空间站，不需要人来操作，就能无动力自主降落，水平着陆。

检查一下，修修补补，就能准备下次飞行了。

这种可重复使用的设计，大大降低了航天器的开发和运输成本。

以后咱们的空间站越来越大，昊龙就能成为一个超级快递员，源源不断地提供支持。



轻舟和空间站对接示意图

昊龙计划在今年，搭乘朱雀三号商业火箭，进行首次飞行。

与此同时，还有一款叫做“轻舟”运飞船，计划在今年2025年发射。

两新型货运航天器的出现，说明中国航天正在朝着更高效、更可持续的方向发展。

参考信息：

1、科技日报官网.《空天往返、可重复使用，货运航天飞机“昊龙”来了！》

2、维基百科.《昊龙货运航天飞机》

3、维基百科.《轻舟货运飞船》