领先就领先美国！中国首先造出了“货真价实”的空天飞机

近日，在武汉举行的第七届商业航天高峰论坛中，中国航天科工集团宣布，作为我国新一代天地往返运输系统重要验证项目，我国“腾云工程”现已完成液体火箭发动机、冲压发动机组合体模态转换飞行验证，在项目中迈出了关键性的一步，未来，“腾云工程”将按照预定计划，持续推进研发工作。

虽然航天科工的“官宣”只有这一句话，虽然这个“火箭发动机与冲压发动机组合体模态转换飞行验证”过于拗口，但毫无疑问，对我们来说，这一消息是一个典型的“五十万”消息，而“腾云工程”为代表的“新一代天地往返运输系统”，无疑又是一个“要领先就领先美国人”的项目。

那么，“腾云工程”的“五十万”到底在哪，“要领先就领先美国人”领先在何处呢？先说说“天地往返运输系统”好了，所谓的“天地往返运输系统”，说通俗点就是火箭和飞船，咱们都知道冷战以来，载人飞船已经发展了四代：第一代是苏联“上升”和美国“双子星”为代表的两舱构型，第二代是以苏联“联盟”号为代表的三舱型，第三代是以美国航天飞机为代表的“准空天飞机”，第四代则是以龙飞船、中国新一代载人飞船为代表的“大两舱”飞船。

在这些项目中，最为特殊的是航天飞机，相比宇宙飞船，航天飞机的起飞和一枚火箭差不多，需要大型火箭把它“嗖”地打到轨道里，但是降落和常见的宇宙飞船都不同，其它的宇宙飞船，降落时叫做“弹道式降落”，就是像一枚流星一样再入大气层，打开降落伞落地。而航天飞机则不需要，它的降落可以采用滑翔式降落的方式，像一架大型飞机一样，从外太空进入大气层，进入低层大气后滑翔降落在机场上。相比载人飞船，航天飞机的载重量更大，机内空间更大，居住性更好，几乎就相当于一个小型空间站，因此，到目前为止，航天飞机都被算作是一种划时代的载人飞行器。

不过，航天飞机它有个缺点，就是可靠性不好。目前投入实际飞行的航天飞机一共只有美国的五架，结果坠毁两架，死亡航天员十四名，两起失事的航天飞机中，“挑战者”号是在发射中当场爆炸，“哥伦比亚”号则是因为发射中发生的碰撞事故在返回时坠毁。两起事故，实际上都是在发射时出的问题，这也让各路科学家们有了一个新的思路：航天飞机的着陆方式，肯定是老铁没毛病，那如果把它的起飞方式改一改呢？以前指望用火箭把它打上天，整架飞机跟坐在大号炸药包上一样，不出事似乎完全不现实，要是咱们改一改，改为让航天飞机像飞机一样起飞，直接入轨，然后再像飞机一样返回，直接降落在机场上，把最危险的发射环节规避过去，可靠性提高，岂不美哉？

这种两全其美的方式，就是美国人一直孜孜以求的空天飞机，但由于各种因素，美国到目前也没有真的弄出一架空天飞机来。虽然X-37B这种东西，距离空天飞机已经很近了，但它仍然需要一枚火箭把它打上天，只不过在发射过程中X-37B可以呆在整流罩里，可靠性提高，不至于被砸着碰着、在返回时落地成盒。而咱们的“腾云工程”，说一千道一万，比X-37B领先一代，咱们直接就把美国人预想中的空天飞机给它完成了，而且目前的研发进度非常顺利，做的试验也非常成功，这要不是领先美国人那就没有领先美国人的地方了。

大概搞清楚了“腾云工程”的性质，那么，“腾云工程”到底造出了一个啥样的黑科技玩意，“火箭和冲压发动机组合”到底又有什么奥秘呢？我们接着说空天飞机啊，前边说到空天飞机可以像飞机一样起飞，像飞机一样着陆，这种思路说说容易做起来谈何容易：一是你得同时在飞机上解决几套动力系统，比如低层大气使用涡扇发动机，高层大气使用冲压发动机，大气层外使用火箭发动机，一架飞机上装几套发动机，这系统就复杂到没法看了。因此往往会选择两级入轨：靠一个使用喷气式发动机的“助推飞机”驮着一个使用火箭发动机的“入轨飞机”，形成一个空天飞机“组合体”；二是你得搞出速度足够快的喷气式发动机，毕竟单靠涡扇发动机和涡喷发动机，无法把空天飞机加速到需要的速度，这要让空天飞机带更多的火箭燃料，减弱它的载荷能力，因此空天飞机使用的喷气式发动机，往往必须是超燃冲压发动机；三是一套如此复杂的空天飞机系统，要在整体上解决防热、系统分离、飞行控制、地面制导等大大小小的问题，这工程难度一点儿不比当年美国人搞航天飞机的难度小。

虽然困难重重，但是，中国的“腾云工程”，真的把上边这么多大大小小的问题都给解决了，而且已经做了相当完整的全过程试验。比如，在整个飞行器的设计上，我们的“腾云工程”当前的情况不清楚，但从官宣的未来发展看，是可以做到像一架大型飞机一样，将入轨飞行器和助推飞行器组合在一起，从地面上直接起飞的。在起飞时，用于入轨的飞行器位于助推飞行器的机身背部，形成一个比较奇特的“双机”组合体，这架组合体首先进入高空，一般高度在三万米左右，然后启动超燃冲压发动机，开始进入超音速甚至高超音速状态。加速到高超音速状态后，位于机身背部的入轨飞行器与机体分离，再启动火箭发动机，开始入轨飞行，而助推飞行器则返回机场，入轨飞行器完成任务后，再像一架航天飞机一样，以滑翔的方式在机场着陆，完成任务全过程。

又比如，在飞行器的发动机设计上，“腾云工程”已经搞定了火箭发动机这不用说。从这次航天科工官宣的情况看，我们完成了液体火箭发动机和冲压发动机组合模态飞行试验，这意味着什么？就是我们已经做完了空天飞机从高空启动冲压发动机、加速到高超音速，再到启动火箭发动机、入轨飞行器和助推飞行器分离的试验，不仅跨过了空天飞机研制中一个相当大的“拦路虎”，更是意味着我们已经搞定了研制难度最高的冲压发动机、甚至是超燃冲压发动机，摘取了航空发动机研制皇冠上的明珠，这意义不亚于空天飞机本身。

再比如，空天飞机在设计上，需要解决的问题何止千万。举个栗子吧，空天飞机从高空的高超音速，转为使用火箭发动机动力时，要完成组合体的分离。在高超音速条件下，这种组合体的分离谈何容易，单单是超音速动压和气流流场就需要大量的风洞试验和理论计算。这也是为何“腾云工程”这回专门提了一个“模态转换”，从冲压发动机转换为火箭发动机，意味着组合体的分离试验肯定是做过了，而且非常成功，体现出了我国空天飞机的设计水平。

最后，从“腾云工程”的试验过程看，在最近几年，它很有可能已经做过了两次试验，其中2020年9月使用长征2F运载火箭打上去的“五十万”任务，被认为性能和X-37B飞行器类似，现在来看，该飞行器可能就是“腾云工程”的入轨飞行器，这是一次入轨飞行器飞行试验；2020年10月，西安航天动力所官宣说完成了国产组合动力发动机载机首飞，这可能就是“腾云工程”的助推飞行器，和前边的入轨飞行器加起来，两大主要系统都完成了试验；三是2021年7月被西方国家判断为所谓的“次轨轰炸器”的试验，现在来看，这次试验已经被官宣为“腾云”工程助推飞行器、在轨飞行器的结合与全过程飞行试验，而且同样获得了成功。三次试验全部成功，意味着我国在空天飞机领域，已经发展到了极高的水平，甚至已经接近实用化了。

总之，从当前的情况看，我国的两级入轨、组合动力空天飞机，研发进度和研发成果远远超出大多数人的想象，先进程度也远远不是美国的X-37B那种半吊子空天飞机能比的。可以想见，未来伴随着“腾云工程”实用化，中国航天将进一步提高发射和入轨能力，近地轨道的发射成本也有望进一步降低，快速发射能力将提高到前所未有的水平。中国航天，将在空天飞机领域，正式坐稳世界第一的位置。