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国外主要新型可复用运载器发展概况,国际防务

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国外主要新型可复用运载器发展概况,国际防务

NASA可能再次使用一次性运载器将宇航员送上太空。由于俄罗斯只负责在2006年以前提供联盟飞船作为宇航员救生舱,NASA要加快研制接送宇航员往返国际空间站的机组转移航天器。SLI计划今年6月完成了这种多用途航天器的研究,它可取代单一用途的逃逸舱,用于接送宇航员往返空间站。按目前的计划,这种机组转移航天器要用可复用运载器发射,NASA曾希望可复用运载器能在2012年投入使用,但NASA本周宣布推迟其第二代可复用运载器下一步的研制工作。可复用运载器不能投入使用,NASA又要加快机组转移航天器的研制,因此就需要使用一次性运载器运送宇航员上站。

NASA可能再次使用一次性运载器将宇航员送上太空。由于俄罗斯只负责在2006年以前提供联盟飞船作为宇航员救生舱,NASA要加快研制接送宇航员往返国际空间站的机组转移航天器。SLI计划今年6月完成了这种多用途航天器的研究,它可取代单一用途的逃逸舱,用于接送宇航员往返空间站。按目前的计划,这种机组转移航天器要用可复用运载器发射,NASA曾希望可复用运载器能在2012年投入使用,但NASA本周宣布推迟其第二代可复用运载器下一步的研制工作。可复用运载器不能投入使用,NASA又要加快机组转移航天器的研制,因此就需要使用一次性运载器运送宇航员上站。(航天信息中心 孙广勃)

美国

美国在新型可复用运载器研制方面走在了世界的前列。目前世界上唯一进入使用阶段的可复用运载器就是美国航天飞机。近10年来,美国在其综合航天运输计划的支持下,可复用运载器方案百出,研究活动蓬勃开展。但由于研究经费大大超出预计,美国在2002年10月的2003财年预算修正案中,将SLI无限期搁置。美国可复用运载器将重点发展“轨道航天飞机”和“空间作战飞行器”以及第三代可复用运载器技术。是一种多用途航天器。它将与现有的渐进一次性运载器和未来的可复用运载器兼容,可乘坐4~6人。OSP将承担国际空间站航天员救生和航天员运输任务,从而替换俄罗斯的联盟号飞船,并将航天飞机从人员运输中解放出来。据美国航宇局称,OSP将比联盟号飞船具有更高的安全性和可靠性。NASA局长肖恩·奥基夫称,OSP是建立在现有技术基础之上的,因而风险较小,经济可承受性较好。根据NASA的新计划,OSP将在2010年用EELV发射后,首先作为乘员救生飞行器使用;到2012年再作为航天飞机的补充往返于国际空间站运输人员和少量物资。NASA需在2003财年向OSP项目增加165亿美元,以启动该项目。该局计划在以后5年的时间内花费48亿美元来研制这种新型运载器。NASA宣布,OSP的任务清单将在2003年底最终敲定,2004年开始全面的系统开发工作,2005年进行选择方案评估和OSP初步设计,预计2006年投产,2010年开始服役。为降低技术风险,NASA将采用X-37试验机进行试验,包括进场与着陆、先进防热技术和有翼OSP用EELV发射期间经受的上升动力学等。目前NASA设有一个航天运输备份计划,包括确保进入空间和交会与对接技术等。它将被融入到OSP计划中去。2003年2月,NASA发布了OSP的顶级要求。它是根据ISTP计划所确定的NASA任务而制定的。这些要求为飞行器及相关系统的设计奠定了基础。2003年9月23日,NASA宣布已完成系统需求评估,并为OSP制定了一套更加详细的技术规范。OSP系统定义评估定于2003年11月进行。目前,OSP的方案选择方向趋向于带翼体和弹道密封舱。图1和图2为波音公司的设想图。空间作战飞行器“空间作战飞行器”是一种能按需及时发射的可复用运载器,可将上面级送入近地轨道或仅使上面级达到亚轨道速度。它是“军用航天飞机”系列中的主要飞行器,是一种可用于航天发射、操作、侦察和作战的多功能作战平台,不仅可进行天地往返运输和维修卫星等空间系统,还可摧毁敌方空间系统、拦截弹道导弹和对地进行精确打击。作为具有应急发射能力的可复用运载器,其远期目标是单级入轨,而近期目标是两级入轨。它的上面级可以是能重复使用的空间机动飞行器,或是一次性使用的通用航天航空飞行器和轨道转移飞行器。如它可以直接发射CAV,形成远程对地攻击能力。与远程弹道式导弹相比,由于它能返回并重复使用,从而可节省费用。它也可以发射激光武器、遥感系统和卫星等有效载荷。此外,它将上面级送入轨道后,还具有滞留轨道待命和轨道机动能力。SOV完成发射和在轨任务后,可再入大气层在机场跑道上着陆,并在短时间内重新发射入轨。它集成了航空飞行器和航天器,尤其是可复用航天运载器等方面的设计思想,是航空与航天技术紧密结合的产物。这种飞行器能在飞机和卫星的飞行高度之间完成多种作战任务,可与飞机和卫星等构成完整的空天立体攻防体系。SOV机身长通常在10米左右,总重量约10吨,有效载荷一般不小于500公斤。机体结构主要采用轻质复合材料。主要系统包括防热系统、推进与轨道机动系统、制导/导航/飞行控制/任务管理系统、机载综合电子系统和能源系统等。图3是SOV的概念图。预计SOV可能在2008年启动研发,2014年前后进行试验样机研制。目前,SOV正在进行作战任务确定和发展路径规划研究,空军还在进行关键技术研究。NASA第二代可复用运载器研究计划及X-43等高超声速飞行器计划将支持SOV入轨技术的发展研究。同时,X-40AH和X-37等计划也在支持SOV在轨控制、再入飞行和着陆等相关关键技术的演示验证研究。

欧洲

欧空局于1994年2月制定了欧洲未来航天运输研究计划。FESTIP研究的五大技术领域分别为结构、材料、推进、热处理和气动热力学。欧空局希望借此计划在2015年前研制出能发射中小型卫星的可复用运载器,并将发射成本降低到目前成本的10%。后来欧洲又制定了FESTIP计划的后续计划——未来运载器技术计划。FLTP将利用FESTIP在概念研究和未来运载器技术方面的成果,重点进行欧洲未来可复用运载器的概念研究和技术研究。2003年,欧空局要为FESTIP计划制定一个准备计划,即未来运载器预备计划。FLPP将分两步走,涵盖2003~2010年。第一步为成熟化阶段,焦点集中在关键技术的比较权衡和成熟化。其间将引入一个称为“预先”X、专门用于再入试验的第一代试验飞行器(与德国国家计划“阿斯特拉”和“不死鸟”1平行进行),并将进行需求分析和潜在解决方案分析。第二步为验证阶段,将发展X试验飞行器,并进行飞行验证。在FESTIP计划下提出了“跳跃者”方案(其验证飞行器“不死鸟”1正在德国的“阿斯特拉”计划下进行研制),而在FLPP计划下提出了“预先”X试验飞行器和X飞行器。跳跃者“跳跃者”是一种质量500吨、长50米的有翼飞行器,如图4所示。它由一个4公里长的轨道引导,在一个带推进的磁性橇车上水平发射升空,尔后按亚轨道轨迹飞行到130公里高度,进行高速级间分离,接着释放出一次性使用上面级,将有效载荷推到最终轨道,最后返回发射场自动着陆。“跳跃者”每年发射10~20次,90%发至静地转移轨道,静地转移轨道运载能力为7.5吨。欧洲目前正在利用“跳跃者”的缩比模型“不死鸟”1来验证有翼可复用运载器的自动着陆能力。X飞行器和“预先”X 可重复使用的X飞行器是欧洲研制试验飞行器的第二步,其目的是验证高超声速火箭推进飞行器的可重复使用性、维护性和地面操作。“预先”X是第一代试验飞行器,旨在快速获得飞行试验结果,以证实和校验尚未在典型环境中进行试验的工具、设备、设计和技术解决方案,并保证下一代试验飞行器的安全。“预先”X方案是由欧洲航空防务航天公司提出的,外形如图5。第二代X飞行器分为两类。第一类可能是一个能涵盖着陆前的整个飞行剖面、并能再飞一次的再入有翼飞行器。第二类可能是一个将飞行至马赫6~8、并可重复使用几次的自推进有翼飞行器。“预先”X方案的基本型是在再入期间能进行自动控制的升力飞行器。它将由俄罗斯运载火箭发射后伞降回收。现行的“预先”X定义是:质量约1500公斤,长4米,宽2米,再入期间飞行器由反作用控制系统和气动控制面控制。初步系统评审于2001年成功进行。(作者:中国航天工程咨询中心 江绍东 韩鸿硕)

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