中国亚轨道运载器重复飞行成功，此前美国已放弃，这技术难在哪？

关于载人航天一直以来有种说法：“当年苏联宇航员尤里·加加林第一次进入太空，那只是一次亚轨道飞行”。1961年4月12日苏联“东方1号”的轨道近地点高度为181公里，远地点达到327公里，飞船绕地球飞行接近一周后减速返回，因此可以确认：人类的第一次太空之旅货真价实。

与之相对，美国在一个月之后匆匆忙忙将阿兰·谢泼德送上太空，“红石3号”飞船总共飞行了15分22秒，最高到达187.5公里，却被认定为一次亚轨道飞行。所以说加加林上太空是“亚轨道飞行”的朋友，他们可能是把美苏两家搞反了，又或者觉得没飞满一圈的都是亚轨道。

苏联美国先后将宇航员送上太空

什么是亚轨道飞行？

有人觉得奇怪：什么是亚轨道飞行？美国宇航员飞行的高度已经超出了大气层之外，为什么只是“亚轨道”，而不算是进入太空？

你在地面无时无刻不感受到重力，这是万有引力造成的，地心引力将所有东西都拉向地面。优秀的跳高运动员只能离开地面1秒钟，小鸟奋力挥动翅膀将空气往下压、利用反作用力飞行；飞机都有机翼，它的飞行原理也跟鸟儿相似。

对于没有翅膀的物体，我们要想让它们飞离地面就需要给它一个速度，速度越快，它飞的时间就越久、距离就越远。

将航天器送上轨道需要达到第一宇宙速度

你一定记得，当物体的飞行速度达到每秒7.9公里的时候，它就能一直绕着地球飞，不再落回到地面，这被称为“第一宇宙速度”。第一宇宙速度指“海平面高度下的环绕速度”，不是飞船在太空中的飞行速度。飞船只需要在太空圆形轨道达到每秒7.8公里就可以不掉下来，而像天宫空间站和国际空间站，它们的轨道速度只有7.68公里/秒。

环绕速度与飞行器的高度有关，轨道高度越高，维持高度所需要的速度就越低，这是由物理规律决定的。所以我们在发射航天器时，不仅要将它送到很高的太空，还需要给它一个足够快的速度，否则它很快会掉下来。

椭圆轨道航天器的速度变化

亚轨道飞行指的是——飞行器的高度够了，但速度不足以让它长时间待在大气层之外。

亚轨道飞行难在哪里？

你可能会想：这么看起来，亚轨道飞行也没什么了不起，它不过就是一次“失败的航天发射”嘛！

一些国家在试验航天器的性能时会采用亚轨道的方式发射，这时候火箭可以飞到很高，但不会飞得很远，它没有足够的速度进入近地轨道自主飞行。这并不代表亚轨道飞行技术一定“不先进”，相反，为了让飞行器安全地返回地面，亚轨道技术要比正常发射一颗卫星复杂许多。

中国亚轨道运载器飞行成功

亚轨道航天技术难以驾驭的重要原因就是大气层。

许多书本会告诉你：大气层的厚度是100公里，这里有一个“卡门线”，出了卡门线往上就是太空。实际上，大气层没有明显的边界。越靠近地面的地方空气越稠密，越往上空气越稀薄——但不是没有空气，在天宫空间站的高度，每1立方厘米（手指头大小）的空间里就有8000个空气粒子，这些空气粒子会对航天器产生阻力，将它们的速度拖慢，所以空间站需要经常开启发动机来抬升轨道。

科学家计算，在300公里高度飞行的卫星，其寿命只能以天计，而当高度下降到180公里时，仅几个小时它就会坠入大气层。

与人造卫星比，亚轨道飞行器的高度更低，速度更慢，受空气阻力的影响就越大。

中国空天飞机想象图

空气会拖慢航天器的速度，因此在大气层“边界”飞行的航天器需要有发动机来维持自己的速度（德尔塔-V），同时依靠机翼装置来提供升力。

亚轨道航天器的飞行轨迹并非简单的弹道曲线，实际上它是在大气层“弹跳”着前进，就像是我们向水面扔石片“打水漂”。航天器的翅膀使它有更大的受力面积获得升力，同时可以改变自己的飞行方向，使飞行轨迹变得捉摸不定。

亚轨道飞行器在大气层边缘“打水漂”

多数亚轨道航天器的飞行高度会降到85公里，这里的空气更稠密。虽说在“卡门线”之下，但各国通常默认这里依然属于太空，不将其划入领空范围。当然啦，真到干起仗来，只要有那个能力，多高也会击落，没有领空一说了。

稠密空气为亚轨道航天器提供了升力和灵活性，同时也产生大量的热，使航天器表面温度达到近2000摄氏度。所以航天器需要敷设隔热瓦，否则很快就会被烧毁。

空天飞机返回大气层时会很热

亚轨道飞行器是不是空天飞机？

需要说明的一点是：尽管波音 X-37B看起来像亚轨道飞行器，但它只是“空天飞机”，主要在近地轨道飞行，每次任务时间长达半年以上。亚轨道飞行需要消耗大量燃料来抵消空气阻力影响，为了能用火箭发射又不能太大太重，所以每次飞行的时间都不会很长。

空天飞机主要在近地轨道飞行

美国曾以“一小时全球打击”为目的研制过一款高超声速技术飞行器——“猎鹰计划”（HTV），这个飞行器设计以20马赫的速度贴着大气层飞行，以便在1个小时之内轰炸全球任何一个目标。

HTV总共进行了两次发射试验，原计划30分钟的试验，最后都在9分钟左右失控坠毁。其间航天器表面温度超过1930度，外壳崩裂瓦解，最后落入太平洋。美国认为这东西远没有洲际导弹靠谱，2014年后放弃了“猎鹰计划”。

亚轨道飞行器HTV试验失败

类似HTV-2的飞行器，咱们有DF-17。而新的“亚轨道运载器”比17更进了一步，属于可重复使用的高超声速飞行器，它能在亚轨道摇出变幻莫测的舞步，还可以像X-37B那样平稳地降落在跑道上，准备下一次快递任务。

载人航天发射是一步到位地将飞船送到近地轨道，所有发射参数都是事先计算并设定好，按钮按下之后按程序走就可以了；载人飞船在返回大气层时也是在航天员可承受的范围内尽量走最短路径，将风险降到最低。亚轨道运载器则是以接近20马赫的速度贴着大气层“打水漂”，做出复杂的机动动作，完成快递投送任务后还要安全返回机场，从这个角度看，其飞行技术难度是远高于载人飞船的。

参考资料与图片来源：

央视新闻：“我国亚轨道运载器重复使用飞行圆满成功”

观察者网：“我国亚轨道运载器重复使用飞行试验取得圆满成功”

国家地理：“空间的边缘在哪里？这取决于你问谁”

维基百科：近地轨道，亚轨道航天，大气层，水星-红石3号，东方1号，波音 X-37，神龙（航天器）

快懂百科：亚轨道飞行