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　　1903年，萊特兄弟在美國北卡羅萊納州的小鷹鎮(zhèn)進(jìn)行了人類歷史上首次可控動力飛行，自此之后，人們就開始夢想著飛向太空。不到70年之后，一部經(jīng)典電影非常真切地向我們展示了太空飛機(jī)可能會是什么樣子。在斯坦利·庫布里克的《2001：太空漫游》（1968）中，一架大型太空飛機(jī)伴隨施特勞斯的華爾茲圓舞曲《藍(lán)色多瑙河》，輕松地與一個巨大的旋轉(zhuǎn)空間站對接。

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　　盡管此后出現(xiàn)了許多計劃、原型機(jī)和試驗飛行，但只有兩種太空飛機(jī)進(jìn)入服役，即航天飛機(jī)（Space Shuttle）和機(jī)密的波音X-37B，即軌道試驗飛行器（Orbital Test Vehicle，簡稱OTV）。目前，只有波音這款小型無人空間飛機(jī)還在服役。

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太空飛機(jī)一直是人類的夢想

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　　人們對優(yōu)雅的太空飛機(jī)仍然心存夢想，盡管對其實際作用的期待可能遠(yuǎn)不如以前。歐洲空間局有類似的可重復(fù)使用航天器項目，稱為“太空騎士”（Space Rider），預(yù)計將于2023年發(fā)射升空。另據(jù)報道，印度開發(fā)的迷你太空飛機(jī)也將在這個十年的末段發(fā)射升空。

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　　目前，我們?nèi)匀灰揽炕鸺龑⒂詈絾T送入太空，用降落傘懸掛的太空艙將他們送回地球。那么，在NASA已經(jīng)退役的航天飛機(jī)之后，新的太空飛機(jī)為何還遲遲沒有起飛？

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　　我們或許可以在科羅拉多州落基山脈腳下，距離小鷹鎮(zhèn)2900公里的一個試驗場找到該問題的答案。這個位于科羅拉多航空航天港的設(shè)施是由Reaction Engines公司專門建造的，用于對該公司革命性的新型火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)行“熱測試”。這些測試得到了美國政府國防高級研究計劃局（Darpa）的支持。

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Reaction Engines公司在美國科羅拉多州的試驗場，他們使用一臺戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)來幫助進(jìn)行試驗

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　　Reaction Engines是一家英國航空航天公司，由工程師艾倫·邦德、理查德·瓦維爾和約翰·斯科特于1989年，在英國太空飛機(jī)項目“HOTOL”取消后創(chuàng)立的。在HOTOL項目的基礎(chǔ)上，該公司希望打造一款單級軌道太空飛機(jī)，稱為“云霄塔”（Skylon，又稱“天龍”），并開發(fā)能為其提供強(qiáng)大動力的發(fā)動機(jī)。“吸氣式雙模式火箭發(fā)動機(jī)”（Synergetic Air Breathing Rocket Engine，簡稱SABRE）是一款氫動力發(fā)動機(jī)，可以利用地球大氣層中的氧氣，推動像云霄塔這樣的太空飛機(jī)從0加速到高超音速；在進(jìn)入太空后，發(fā)動機(jī)進(jìn)入火箭引擎模式，改用裝載的氧。

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　　如今，Reaction Engines得到了一些業(yè)內(nèi)知名企業(yè)和機(jī)構(gòu)的支持，包括波音、英國宇航系統(tǒng)公司，勞斯萊斯公司，以及英國和歐洲航天機(jī)構(gòu)。

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　　在試驗場的安全圍欄內(nèi)，一臺冷戰(zhàn)時期戰(zhàn)斗機(jī)的引擎在改裝之后，被用于復(fù)制高超音速下產(chǎn)生的高溫氣流。過熱的空氣從一個由數(shù)千個薄壁管組成的輕型環(huán)形裝置噴射而出，冷卻劑就在這些薄壁管中流動。這是一臺預(yù)冷器，功能是盡快地把極端熱量排出。工程師們希望該裝置在SABRE引擎上使用時，能夠防止其內(nèi)部組件在高溫下熔化，確保引擎有效運行。

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　　2019年初，預(yù)冷器經(jīng)受住了420攝氏度的考驗，這模擬的是飛行器以3.3馬赫——音速的三倍多——在大氣中飛行的情況。不過，工程師們想要達(dá)到的是5馬赫。這是個神奇的數(shù)字，相當(dāng)于每小時6200公里的飛行速度；換言之，這是協(xié)和飛機(jī)巡航速度的兩倍多，比世界上最快的噴氣發(fā)動機(jī)飛機(jī)SR-71“黑鳥”偵察機(jī)還快50%以上。5馬赫也恰好是目前飛機(jī)生產(chǎn)所用材料的極限。

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“云霄塔”是20世紀(jì)90年代中期的一個太空飛機(jī)概念，設(shè)計的飛行速度可達(dá)5馬赫

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　　在5馬赫和海拔20公里時，SABRE引擎將關(guān)閉進(jìn)氣口，停止吸氣，開始燃燒混合了氫燃料的液氧，以25馬赫的速度進(jìn)入地球軌道。2019年10月，原有紀(jì)錄被打破，模擬的飛行速度達(dá)到了5馬赫。預(yù)冷器在不到1/20秒的時間內(nèi)成功冷卻了流入機(jī)器的超過1000攝氏度的空氣。

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　　這次測試的成功為團(tuán)隊負(fù)責(zé)人海倫·韋伯贏得了英國皇家航空學(xué)會享有盛名的拉爾夫·羅賓斯爵士工程領(lǐng)導(dǎo)獎?wù)拢鋱F(tuán)隊也獲得了一系列獎項?！拔覀冞_(dá)成了一些以前從未做過的成就，”韋伯說，“這是航天技術(shù)突破發(fā)展中的一個重大時刻。這一成功使我們離SABRE的實現(xiàn)又近了一步，并為高超音速飛行鋪平了道路?！?/p>

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　　目前，韋伯正在研究SABER引擎本身的核心技術(shù)。盡管可能需要等待10年才能開始這款發(fā)動機(jī)的飛行試驗，但其中創(chuàng)新性的熱控制技術(shù)似乎已被應(yīng)用到其他領(lǐng)域。例如，在電動汽車中，新型高效輕型熱交換器將使鋰電池充電更快，使用時間更長。

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　　美國德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校的克里斯多夫·庫姆斯說：“Reaction Engines公司做得很好的一點是，他們是說先開發(fā)一種技術(shù)，然后再開發(fā)另一種技術(shù)。向投資者推銷可以在5年內(nèi)用于噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的熱交換器，要比推銷需要30年時間建造的云霄塔容易得多?！?/p>

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　　奇怪的是，在Reaction Engines網(wǎng)站上很難找到有關(guān)云霄塔的信息。“云霄塔是一款概念飛行器，用來展示SABRE發(fā)動機(jī)將如何使用，”該公司的業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理奧利弗?納拉德說，“我們并不是在開發(fā)飛行器。近期我們將重點放在發(fā)動機(jī)上，但與此同時，我們必須確保太空飛行器技術(shù)的同步開發(fā)?！?/p>

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　　為此，Reaction Engines與可能建造太空飛機(jī)的“不同利益相關(guān)者”展開合作。2020年，該公司與歐洲空間局（ESA）合作，制定了一個更為保守的計劃，即在未來十年從法屬圭亞那發(fā)射一架兩級飛行器。

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　　太空飛機(jī)的概念很簡單，盡管有時會與一系列令人困惑的飛行器聯(lián)系起來。在一個非常寬泛的定義下，用于發(fā)射維珍軌道（Virgin Orbit）公司“發(fā)射機(jī)一號”（LauncherOne）的波音747也可以歸類為太空飛機(jī)，因為它相當(dāng)于宇宙飛船的第一級。

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　　讓?德維爾表示，真正的太空飛機(jī)有兩種，“一種很簡單，就是通過傳統(tǒng)的垂直起飛火箭將太空飛機(jī)送入太空，比如航天飛機(jī)。更困難的一種是飛行器水平起飛，通過一個漸進(jìn)的軌道到達(dá)太空，或者兩級都是太空飛機(jī)。”

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　　太空飛機(jī)的優(yōu)點很容易列舉出來。一個令人信服的概念就是“飛”到空間站，然后再飛回來，就像我們乘飛機(jī)從紐約飛到舊金山一樣。太空飛機(jī)可以使用機(jī)場跑道，而不需要昂貴的發(fā)射臺，這也意味著它們可以更頻繁地發(fā)射和著陸。如果想回收精密而脆弱的衛(wèi)星，唯一的解決辦法是搭乘太空飛機(jī)，而不是使用載人太空艙，利用降落傘減速返回地球。

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　　太空飛機(jī)也可以用來測試軍事裝備，甚至攔截敵方衛(wèi)星。在技術(shù)上，太空飛機(jī)與高超音速武器和飛機(jī)的技術(shù)有重疊之處。因此，Reaction Engines也參與了英國國防部資助的一個研究項目，旨在為飛機(jī)開發(fā)高超音速推進(jìn)系統(tǒng)。

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　　然而，航天工業(yè)并沒有按照太空飛機(jī)倡導(dǎo)者所希望的方式發(fā)展。美國羅得島海軍戰(zhàn)爭學(xué)院的大衛(wèi)?伯巴赫表示：“我們在計算機(jī)方面取得的進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了火箭。自動化意味著我們真的不需要把很多人送上太空。這可能看起來很原始，或者看起來不夠體面，但實際上，火箭才是我們目前所需要的?！?/p>

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　　一些分析人士認(rèn)為，目前將衛(wèi)星帶回地球的需求也很少，因為它們的建造成本越來越低，壽命也越來越長——坦率地說，衛(wèi)星正變成某種一次性用品。在Space X公司的星鏈衛(wèi)星群中，就使用了數(shù)千顆批量生產(chǎn)的小型衛(wèi)星，用來擴(kuò)大互聯(lián)網(wǎng)接入，這些衛(wèi)星想必也不會大費周章地進(jìn)行回收。

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　　另一方面，太空飛機(jī)涉及成本昂貴的技術(shù)挑戰(zhàn)。這其中，不僅需要足夠堅固和輕便的材料來承受頻繁的太空往返，還必須考慮如何將飛行不同階段所需的兩到三種不同類型的推進(jìn)系統(tǒng)整合在一起?！霸谖铱磥恚@是最主要的困難之一，”讓·德維爾說。

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　　“最后，太空飛機(jī)項目的主要障礙在于開發(fā)過程需要非常雄厚的資金，”讓·德維爾補(bǔ)充道，“這就是為什么歐洲、蘇聯(lián)和俄羅斯都放棄了這一概念。”

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　　然后就是競爭?！癝pace X以不斷突破極限而聞名，但它正在扼殺太空飛機(jī)，”克里斯多夫·庫姆斯說，“他們在降低太空訪問成本方面做得非常好，但這也讓他們失去了投資昂貴太空飛機(jī)研究的興趣?！?/p>

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NASA的太空飛機(jī)時代隨著航天飛機(jī)在2011年的退役而宣告結(jié)束

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　　可能只有億萬富翁才能承受開發(fā)太空飛機(jī)失敗的代價。

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　　盡管波音的X-37B近年來在軍事領(lǐng)域取得了成功，但太空飛機(jī)愛好者們已經(jīng)習(xí)慣了失望。蘇聯(lián)航天先驅(qū)弗里德里?！N德爾在1911年設(shè)計了一架星際航天飛機(jī)，機(jī)翼設(shè)計為可在上升過程中燒毀。20世紀(jì)30年代，奧地利工程師尤金·桑格提出了用火箭驅(qū)動的亞軌道轟炸機(jī)轟炸紐約的想法。幸運的是，納粹沒有將此變成現(xiàn)實。

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　　20世紀(jì)50年代，火箭設(shè)計師沃納·馮·布勞恩在《科利爾雜志》（Collier‘s magazine）上闡述了他對“帶翅膀的火箭”的設(shè)想，而美國空軍采納了桑格的想法。波音X-20 Dyna-Soar（“動力倍增器”的英文縮寫）從1957年一直持續(xù)到1963年，在花費了6.6億美元后終止，取而代之的是“雙子座計劃”（Gemini programme）。最初的雙子座飛船本應(yīng)由火箭發(fā)射進(jìn)入太空，在返回時像滑翔傘一樣降落在跑道上，但這一計劃最終也被取消。曾經(jīng)秘密的蘇聯(lián)項目也失敗了，比如“米格-105”（MiG-105）太空戰(zhàn)機(jī)。這是蘇聯(lián)斷斷續(xù)續(xù)的建造太空飛機(jī)計劃中開發(fā)的載人測試飛行器，在1976年首次飛行。這個項目被稱為“實驗性載人軌道飛行器”（Epos），最終在兩年后被取消。

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蘇聯(lián)的“暴風(fēng)雪”號是另一種很有前景的太空飛機(jī)設(shè)計，但在蘇聯(lián)解體之前，它還從未進(jìn)行過載人飛行任務(wù)

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　　似乎每個國家都想擁有自己的太空飛機(jī)。受NASA航天飛機(jī)的啟發(fā)，蘇聯(lián)的“暴風(fēng)雪”（Buran）號航天飛機(jī)在1988年進(jìn)行了一次無人飛行，后來該計劃被取消。歐洲和日本的航天飛機(jī)也停留在計劃階段。因為火箭是進(jìn)入太空競賽更快的方式。

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　　盡管航天飛機(jī)的表現(xiàn)不佳，但美國并沒有停止開發(fā)可重復(fù)使用太空飛機(jī)的夢想。由于技術(shù)問題，洛克希德·馬丁公司充滿未來感的X-33，或稱“冒險之星”（Venture Star），在后期階段被取消。據(jù)傳美國還有其他項目在秘密進(jìn)行，在這些項目中誕生了無人的波音X-37B試驗機(jī)，但波音公司提議的更大型載人飛行器被否決了。

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　　那么，太空飛機(jī)還有未來嗎？

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　　高超音速飛機(jī)和武器的研發(fā)競賽可能有助于解決太空飛機(jī)項目面臨的技術(shù)問題，波音公司的太空飛行器或許也能在其中扮演適當(dāng)?shù)慕巧??！巴馓粘錆M了破滅的夢想和破碎的承諾，”《太空戰(zhàn)爭：戰(zhàn)略、太空力量和地緣政治》（War in Space： Strategy， Spacepower， Geopolitics）一書作者、英國萊斯特大學(xué)的布萊登·鮑恩說，“太空飛機(jī)可能只是為新技術(shù)提供一個有用的軌道試驗平臺?！?/p>

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　　Reaction Engines公司的奧利弗?納拉德說：“歸根結(jié)底，人們希望太空飛行能超越現(xiàn)在的水平。他們正試圖達(dá)到一種按需發(fā)射的能力，如果我們想最終釋放太空的潛力，就需要努力實現(xiàn)這樣的飛行器模式?！?br>

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