1小时抵达全球！中国亚轨道项目已经立项，革命性技术超越美军

2022年9月15日，中国运载火箭技术研究院公号推送了一篇文章，其标题为“亚轨道运输新技术立项！未来可一小时内到达全球各地！”，内容为：由火箭院研究发展部牵头申报的“亚轨道远程空天运输系统总体设计与控制技术”项目顺利通过评审，获得立项支撑。这是国家自然科学基金委员会工程与材料科学部交通与运载工程学科历史上第一个立项的航天类重点项目！

无独有偶，印度《欧亚时报》报道称，美国商业航天公司Sierra Space于9月8日宣布已经和美国运输司令部 (USTRANSCOM) 签署协议，为军事货运和人员建造高超音速太空运输系统，同为全球抵达的运输技术，两者到底谁的技术更优秀一些？

亚轨道运输新技术：一小时内抵达全球

亚轨道运输技术1小时抵达全球实在是令人心驰神往，但笔者找遍了整篇文章，除了如下叙述却找不到任何技术细节描述：

亚轨道远程空天运输系统综合利用太空高度的超微阻力特征和大气层内升力起飞和滑翔降落的便利，来实现远程极速运输，其在全寿命周期内具有跨空天多域、宽速域、航程远、运载能力大、重复使用次数多、可靠性要求高、升力起飞、滑翔着陆等任务特点。

该系统投入应用后，将具有小时级洲际到达能力，能够催生1小时全球极速运输、大众化太空旅游等新产业，促进我国战略性新兴产业发展，大力带动科技发展、航天技术革新、人类交通模式的变革，面向国家重大需求、经济主战场和世界科技前沿，支撑我国科技强国、航天强国和交通强国建设，具有现实的社会、科技、经济等应用价值。

总共就这两段话，不过配图的GIF却是引起了笔者的兴趣，因为文本就是不痛不痒的喊了几句口号，但动图却透露了大量的信息！

说是亚轨道：却干了空天飞机的事

上文中有两个动图，第一个是背驮式结构的演示，另一个则是起飞、分离和降落的演示图，它的基本工作流程如下：

• 1、母子机以背驮的方式水平起飞；
• 2、高速加速后两者分离，子机开启发动机跃出大气层外；
• 3、子机经过一个复杂的滑翔弹道飞向远方目的地；
• 4、母机返回起飞机场，水平降落；

各位看到这种飞行器的工作流程，是不是想起了点什么呢？因为它和我国在2021年第13届珠海航展上，中国航天科工集团有限公司在展会现场展出的两级入轨的空天飞行器“腾云工程”的模型么？

一点都没错！两者的相似度非常高，可以说简直就一模一样，不过两者也有区别，但有一点是一样的，而且还是最难突破的一点，如果完成这个突破，那么未来的亚轨道或者空天飞行器完全不在话下！

• 腾云工程：亚轨道和空天飞机的区别

新华网于2016年9月13日报道，中国航天科工集团公司副总经理刘石泉日前在武汉举行的第二届商业航天高峰论坛上首次披露了“腾云工程”的“空天飞机”计划，这是一种可以执行航天发射任务，并多次重复使用的新一代天地往返飞行器，其工作模式如下：

• 1、空天飞机可从地面机场水平起飞，在大气层中加速爬升；
• 2、到达30至40公里高度时一二级分离，一级水平着陆返回；
• 3、二级继续爬升进入近地轨道，完成运输任务后再入大气层返回

这个过程和亚轨道飞行最大的区别在这里：

• 亚轨道飞行：二级飞行器通过一条复杂的滑翔弹道跨洲际飞行；
• 空天飞行器：二级飞行器直接入轨，要返回时再入大气层；

亚轨道飞行一般会在1~2小时内完成，因为滑翔弹道会越来越低，而空天飞行器则是加速到第一宇宙速度进入绕地球轨道，何时返回就看任务性质，十天半个月甚至数年也是没有问题的。

亚轨道飞行和空天飞行器最大区别不是飞行高度，而为笔者发现有很多朋友以越过卡门线为标准定义亚轨道还是空天飞行，其实这是不对的，必须要以速度为标准，没有达到入轨速度，但基本已经达到了临近空间（接近太空）的飞行器可以定义为亚轨道飞行。

它的特征是假如不对这个飞行器进行弹道控制，那么它的飞行轨迹就像弹道导弹一样从出太空后然后又再入大气层回到地面，时间一般在1-2小时内结束。只是亚轨道飞行器和弹道导弹的弹头不一样的是飞行器会采用升力体，将会以高超音速滑翔弹道的方式飞行很远！

当然还有一种模式是亚轨道以一个巧妙的角度进入大气层，以水漂弹道的模式，在大气层内滑翔到即将跃起时开启发动机加速，再次跃出大气层，然后以这种波浪轨迹的方式飞向更远的目的地。

而空天飞机则很“简单”，两者分离后二级开启火箭发动机直接加速到第一宇宙速度进入预定轨道，完成既定任务比如空间站补给、携带卫星送入轨道、观光旅行等任务后再入大气层，至于是以升力体高超音速滑翔则不是关键，因为这种飞行器对距离不敏感，当然如果可以高超音速滑翔则更好，因为自主选择降落场地的余地会更大。

• 腾云工程和亚轨道飞行器：最关键的是一级

亚轨道和空天飞机的二级（子机）很关键，但一级似乎更关键（母机），在腾云工程和亚轨道飞行中，这两个要求对于一级来说几乎一样，并且无论是哪种飞行器，对这个一级的要求近乎变态！比如腾云工程中的飞行器要求是这样的：

• 1、基本参数：机体长度为80多米，总重量高达140多吨；
• 2、最高飞行高度：最大飞行高度3~4万米；
• 3、最高速度：其最高速度要求7马赫以上；

不知道各位有没有发现，这个要求简直就是一架大型高超音速飞行器，就算它不用来干亚轨道或者空天飞机的活，它也将是一架极端优秀的高超音速飞行器，只是要实现这种飞行方式实在是太难了。

哪种发动机可以担当如此重任？

目前没有一种单一的发动机可以完成这个任务，有朋友认为美国通用公司的变循环发动机可以实现如此极端的推进速度，因为它有冲压发动机模式，但是很遗憾，这只是一个误解，错误的理的解了当年SR-71的侦察机的J58发动工作模式所致，它只是一种最原始的变循环模式。

变循环发动机的原理可以理解为涡喷+涡扇，涡喷在高速下省油，涡扇在低速下省油，将两种神器结合就成了高速低速下都省油的超级神器，但它没法工作在冲压模式下，最高速也只能是涡喷的速度，极速也就在3倍音速左右。

J58发动机的进气口

3.2马赫时的工作状态，没有冲压模式

超燃冲压发动机可以推进到如此高速，但它没法零速度启动，因此目前计划用在高超音速飞行器上的发动机都是组合模式的，一般有如下几大类：

TBCC：涡轮喷气发动机+超燃冲压组合发动机；

TRRE：涡轮喷气发动机+火箭+超燃冲压组合发动机；

RBCC：火箭+超燃冲压组合发动机；

三种发动机应用场合不一样，TBCC比较适合高超音速飞行器，RBCC比较适合导弹类武器或者一次性工作的场合，TRRE比较适合单级入轨的空天飞机，按在3~4万米高空、7倍音速飞行极限要求，那么TBCC性能可以满足要求，而且碳氢燃料的超燃冲压发动机加速极限就在7倍音速左右，可能还要预冷超燃冲压发动机，否则还达不到这个要求。

2020年9月21日，西安航天动力研究所透露国产新型组合动力发动机载机首飞成功！

这项测试航空专家的解读为RBCC，这是火箭+超燃冲压发动机的类型，更适合导弹！就目前而言，TBCC的难度有点大，RBCC首先实现也是可以理解的，不过RBCC的实现也将催熟超燃冲压发动机的应用，这反过来也会加快TBCC技术的推进。

而在RBCC的进展上我国还是相当领先的，因为有着高超音速风洞的支持，我国在超燃冲压发动机上的水准还是相当高的。

另一个重点则是二级飞行器，目前亚轨道飞行器和8月5日发射的“空天飞机”的技术起点都很高，并且我国在高超音速滑翔上有着相当的技术积累，这两个反而是笔者最不担心的，比起一级来，二级的技术难点基本都已经突破

上图是两者分离的动图，这是一二级分离的动图，这个我们在高超音速风洞中已经做过测试，如下图：

上图是真实的风洞测试照片，这表示我们在这方面一直都在切切实实的推进，对未来实现亚轨道或者空天飞机的态度是认真的。

中美亚轨道运输新技术：究竟谁家更优秀？

9月14日，印度《欧亚时报》报道了一个新闻称，商业航天公司Sierra Space于9月8日宣布，它已与美国运输司令部 (USTRANSCOM) 签署了一个协议，将为军事货运和人员建造高超音速太空运输系统。

美国运输司令部和美国空军已经评估了太空飞行器作为传统空中、陆地和地面运输方法的替代方案，这个协议未来可能会扩展到SpaceX、Blue Origin和Rocket Lab在内的私人太空运营商，这些公司正在考虑使用火箭和航天器在全球范围内运送军事人员和物资。

Sierra Space正在开发“追梦者”（Dream Chaser）太空飞机，这是一款类似X-37B的重复使用无人航天器，但它是一种载人的飞行器，使用Vulcan Centaur火箭、阿丽亚娜6或者重型猎鹰火箭送入近地轨道（入轨，非亚轨道），可以抵达国际空间站等。

据美国运输司令部称，Sierra Space的运输模式是点对点，或者将预先放置在轨道上的“货物”精确交付到全球指定位置，另外还包括传统跑道，美国火箭实验室是发射服务和太空系统企业最近也宣布与美国运输部 (USTRANSCOM) 签署一项协议，以研究使用该公司的中子和电子运载火箭在世界各地运送货物的可能性。

挂羊头卖狗肉？

令人意外的是维珍银河也拿到了类似的协议，同样是给定的区域快速交付。不过美军这种点对点或者轨道上货物定点交付的能力怎么看都像太空军事化的节奏，毕竟很少会有货物要求在全球1~2小时内抵达，当然除了导弹的弹头，这个是越快越好。

这种技术基本还停留在X-37B的层次，或者和中国在8月5日发射的“空天飞机”是同一种技术，比起“腾云计划”来那绝对是差了一个数量级，但相对于腾云计划，美军的“点对点”目前已经临近实用。

维珍银河的也是亚轨道运输系统？

准确地说确实也算，但各位要了解的是维珍银河的载机是亚音速状态下脱离，二级使用火箭推进到卡门线以上，其弹道比较陡峭，尽管也算亚轨道飞行，但它飞不远，首先是弹道角度，其次是推进速度也不够、最后则是其机体并不适合高超音速飞行！

所以它确实算亚轨道飞行，但这个距离还不如用飞机送过去划算，它存在的意义是可以去“太空”感受下失重，但这个失重的模式和“零重力”飞机原理是一样的，并非是入轨后的那种“零重力。”

延伸阅读：没有风洞也要造高超音速武器

9月6日，美国防部国防创新部门发布了一个关于超音速武器研制计划的要求，希望美军目前在研的高超音速武器少用美国为数不多的风洞设施，尽量用实际测试的数据支持研制计划，但同时要求研发单位能节省开支。

之所以有这个奇怪的要求有两个原因，一个是美军在极高超音速风洞技术上落后了，另一个是美国目前的高超音速风洞不够用，各个单位互相抢资源，导致各个研发进度都落后了，但是不经高超音速风洞测试，直接上实物，这有可能吗？

真正的根源应该是中俄的高超音速滑翔武器早已服役，而美国的高超音速武器则一直都没憋出蛋来，美军这是慌了，但慌也没用啊，违反科学规律的操作注定是要失败的！

参考：

https://eurasiantimes.com/sierra-space-inks-agreement-with-us-military-hypersonic/

https://mp.weixin.qq.com/s/vjl5SMs9XB2xp1IyY56e6g