“昊龙”代表的新潮流 －新世纪的无人航天飞机③航天飞机的反思和波折美国航天工业在复用航天器上折腾了几十年，航天飞机轨道器对大型有翼飞行器的气动和防热提出了很高的要求，为了复用选择的“一级半”构型，又需要研制高比冲的大推力氢氧主发动机，这都是航天飞机研制的拦路虎，也让使用成本居高不下。更先进的吸气式单级入轨空天飞机，不仅要解决防热和气动问题，机身一体化设计的先进组合式吸气式发动机，在技术上更是难于登天。20世纪90年代超燃冲压发动机才在试验中首次获得正推力，而为X-30研制的液氢超燃冲压发动机技术，2001年后才在X-43A上试飞成功，两次飞行试验加速能力也不尽人意。毫不夸张地说，无论是火箭基RBCC还是涡轮基TBCC型吸气式组合发动机，目前在比冲、推力、工作时间和速度范围等诸多指标上，距离空天飞机的动力需求仍有很长的距离。说到底，美国工程师低估了复用航天器的难度，哪怕是航天飞机这样的折衷之作，都是接近甚至超越人类工程能力极限的杰作，出现事故再正常不过了。这也是美国航天飞机后继无人的根本原因。 美国航天工程师们屡战屡败后不得不承认，当年ILRV研讨中划分的第三类和第二类复用概念实现起来相当困难，即使研制成功经济性也达不到要求，还是要脚踏实地回到最简单的第一类概念。20世纪90年代末，美国航天工程师们吃起了回头草，把IRLV论证中难度最低的第一类概念捡回来，开始研制X-37/X-38/X-40等小型复用航天飞机，其中X-40只是X-37的缩比样机。而X-37后来移交给美国空军，发展为X-37B小型航天飞机，获得了不小的成功，成为航天飞机概念回归的开路先锋。事实上，20世纪80年代的航天飞机热潮中，法国提出的“赫尔墨斯”号航天飞机就给人似曾相似的感觉。它的外形和“代纳索”航天飞机大同小异，都采用无尾三角翼和翼尖上折布局。虽然“赫尔墨斯”号并非“代纳索”号的直系后裔，但法国达索公司在研发过程中大量借鉴“代纳索”的总体设计。“赫尔墨斯”号小型航天飞机方案兼顾技术难度和先进性，在研制费用和运营经济性上也都比较合理，遗憾的是，冷战结束后欧空局放弃了建立自主载人航天能力的努力，“赫尔墨斯”号航天飞机也就无疾而终了。 日本的“希望”号同样由于国内外形势变化，包括H-2火箭的取消和日本航天预算的大幅度削减，以及日本航天政策转向优先发展军用侦察卫星的改变，不得不于2004年正式下马。 20世纪80年代美国启动“自由”号空间站的预研，以及1986年“挑战者”号航天飞机的事故，都让人们对空间站救援返回飞船产生了浓厚的兴趣。1982年苏联BOR-4验证航天器再入溅落到印度洋上，澳大利亚P-3巡逻机拍摄到了它的照片。NASA兰利研究中心根据照片分析，认为BOR-4在从低超音速到再入速度之间的广阔范围内都有很好的气动特征，峰值加热条件下热分布也相当出色。兰利中心研究并改进了这种升力体的气动设计，1986年提出以类BOR-4升力体飞船作为空间站应急救援飞船（CERV)的想法，这个概念被命名为HL-20,它是一种小型升力体航天飞机。HL-20是一种小型升力体航天飞机，它长度8. 8米，翼展7. 2米，空重只有10吨，而航天飞机轨道器高达84吨。HL-20虽小但可带8名乘客，不仅可作为空间站的应急救援返回工具，本身也是一种载人天地往返（PLS)系统，可作为大型航天飞机载人发射能力的补充。遗憾的是，随着冷战的结束，面对预算削减的巨大压力，美国“自由”号空间站和俄罗斯“和平”2号空间站合二为一，融合发展成为国际空间站，它的应急救援飞船选择了成熟的俄制“联盟”号飞船。兰利中心后来还提出HL-20基础上放大42%的HL-42方案，HL-42机身长度为12. 8米，发射质量28. 7吨，载客4人并能携带4吨多货物，高性能液氧甲烷发动机带来高达2980米／秒的变轨能力？不过高端的IIL-42方案无人问津。NASA认为“联盟”号飞船只是一个过渡方案，因此还在继续开发大型救援飞船，这就是1995年开始开发的X-38.它使用降落伞辅助着陆概念，升力体外形继承了早期X-24验证机的成果。由于国际空间站研发严重超支的困扰，NASA决定砍掉一部分非核心功能，2002年X-38项目正式取消。 俄罗斯接收了苏联强大的航天工业，虽然“暴风雪”号大型航天飞机再未飞向太空，但小型航天飞机概念却不时浮出水面，其中包括MAKS和“快船”号概念。MAKS是“暴风雪”号之后的下一代航天飞机概念，融合了“暴风雪”和“螺旋”的设计理念，它使用安－225超大型运输机背托火箭动力的MAKS航天飞机。MAKS航天飞机使用三组元液体火箭发动机RD-701,开始阶段以液氧煤油为主，高空过渡到纯液氧液氢模式，兼顾了比冲、推力和密度比冲，MAKS外置一个保形大型燃料箱，凭借RD-701三组元发动机可以实现单级入轨！MAKS堪称有史以来最先进的航天飞机概念，但苏联解体后俄罗斯无力继续完成研发，虽然2010年曾有重新启动的风声，但16年过去了终究是个传闻。 2004年俄罗斯能源火箭集团透露了下一代复用航天器“快船”号，它是一种升力体飞船或者说小型航天飞机，使用乌克兰的“天顶”号火箭发射，将取代老式的“联盟”号飞船。“快船”设计方案多次更改，既出现 过有翼式方案也有升力体方案，前者横向机动能力强，后者再入机动能力弱，它的防热系统基于“暴风雪”号航天飞机的技术和材料。值得一提的是，“快船”号带有应急逃逸火箭，其安全性要比美国大型航天飞机高得多。美国以“星座计划”为代表再次将目光转向月球和深空，俄罗斯下一代载人航天器也跟风要求具备深空载人能力，并选择了重复使用的“鹰”号载人飞船，“快船”号小型航天飞机虽好但落败出局。 总而言之，虽然运载火箭发射复用航天飞机的路线得到了广泛认可，但由于各种阴差阳错的原因，20世纪80年代以来“代纳索”的后辈们纷纷折戟沉沙，直到美国空军接收X-37小型航天飞机，推动航天飞机的军用化，才历经波折后开花结果。2006年11月美国空军宣布研制军用版X-37A,也就是X-37B小型航天飞机，它是20世纪90年代军事航天飞机计划的遗产。军事航天飞机计划包括复用运载火箭，轨道机动飞行器，通用航空飞行器和上面级，SMV设计上是一种具备很强变轨能力，可执行轨道侦察和卫星监视等诸多任务。而X-37B只是性能有限的轨道试验飞行器，主要用于技术验证。话虽如此，X-37B作为第三个成功入轨和着陆的航天飞机，麻雀虽小五脏俱全，而且采用各种新技术和优化设计方案，它的成功带动了全球航天飞机研制热潮的复兴。