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亚轨道可重复使用航天器为何如此热门?

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近期,美国蓝色起源公司、英国维珍银河航天公司分别完成了亚轨道飞行器首飞,拉开了亚轨道商业太空飞行的历史序幕。记者从中国航天科技集团有限公司第一研究院(以下简称“航天一院”)获悉,亚轨道飞行器不仅能大幅降低单位有效载荷的运输成本,还能大幅缩短发射准备时间,后续有望实现航班化的天地往返运输。

亚轨道一般是指距地面20千米至100千米的空域,处于现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道高度之间,也被称为“空天过渡区”,大致包括大气平流层区域、大气中间层区域和部分电离层区域。“在亚轨道飞行,仍然会受到地球引力的影响,但在一定时间内(失去空气阻力时)可以体验到失重的感觉。”据航天一院专家张涛介绍,亚轨道飞行与轨道飞行的最大区别在于亚轨道飞行不能环绕地球一周,因为速度达不到环绕地球所必须的第一宇宙速度,所以飞行器在到达最高点(远地点)后高度会一直下降,并且在绕回发射点之前就会落地。

亚轨道飞行器是指在高度上抵达空天过渡区顶层,但速度尚不足以完成绕地球轨道运转的飞行器。它在任务完成后可返回地球,能够重复使用。按照外形,亚轨道飞行器可分为轴对称式和升力式;按照着陆方式,则可分为水平着陆和垂直着陆。其中,轴对称式外形以运载火箭外形为基础,增加返回地面使用的支腿,采用垂直着陆方式,例如新谢泊德火箭;升力式外形以带翼外形为主要特征,返回时像飞机一样在机场跑道上着陆,例如美国国防预先研究计划局(DARPA)发布的试验性太空飞机(XS-1)和维珍银河公司的太空船2号飞行器。


图1 “太空船2号”飞行器


图2 新谢泊德火箭及飞船


图3 XS-1概念示意 航天一院供图

载荷设计的优劣将决定运载器的技术先进性和承载能力。“这里的载荷是指飞行器在任务过程中受力的情况。如果载荷设计过于保守,会导致飞行器结构过重,损失运载能力;过于冒进,则可能导致结构骨架设计薄弱,影响飞行安全。”张涛指出,为满足重复使用、高频次发射的需求,航天运载器必须吸纳航空飞行器载荷设计的技术方法。

鉴于未来“快速、可靠、廉价”的可重复使用航天运输需求,目前我国也在开展相关研究,在实现全球一小时航班化运输能力的同时,满足各类有效载荷发射需求或空间站补给,开发太空旅游飞行等民用产业。“展望未来,亚轨道可重复使用飞行器必将迎来蓬勃发展。” 张涛表示。


(光明日报全媒体记者 张蕾)

来源:光明日报全媒体记者 张蕾

责编:张永群

编辑:王远方 常莹

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