［０６］ＥＶＡ航天专业知识——ＳＳＴＯ

Shirley · 发表于 2004-5-7 01:41:35

[B]SSTO——Single Stage To Orbit
单级入轨（运载器）[/B]

[B]ＥＶＡ中的ＳＳＴＯ：[/B]

SSTO

　　重复使用追求的技术途经是运载工具和航天器功能的合二为一。但是，部分重复使用的美国航天飞机，需要两枚固体火箭帮助起飞，还有一个巨大的外挂燃料箱要抛弃；其它国家的航天飞机，需要用运载火箭送入轨道；一些空天飞机，也由大型飞机驮载到空中起飞。它们都没有把运载工具和航天器的功能全部地结合起来，其实质是它们都不是单级入轨的。

　　单级入轨重复使用，是最理想的航天器。但在齐奥尔科夫斯基时代，受科技发展水平的限制，单级火箭达不到入轨的第一宇宙速度。根据当时推进剂的性能，要使单级火箭达到第一宇宙速度，它装载推进剂的质量，要占整枚火箭质量的9/10，这比蛋清、蛋黄占整枚鸡蛋的质量还要大，这样单薄的火箭是制造不出来的，更不用说用它来发射航天器了。

　　随着科学技术的发展，现在有比那时性能高得多的火箭推进剂，火箭的设计和制造技术，也已达到炉火纯青的地步，不需要用多级火箭接力，单级火箭就可以把航天器送入轨道。

　　航天器的发射，最终追求的是经济原则。航天飞机像飞机一样水平降落，空天飞机像飞机一样水平起飞和降落，都是为了利用空气动力，节省能源。但水平起降也有不经济的一面，如需要有产生升力的翅膀和防护气动加热(较长时间高速在稠密大气层飞行，与空气剧烈摩擦产生高温)的复杂技术，增加了自身的质量，降低了运载能力，而且需要很大的场地。美国的航天飞机，早期需要在一个干涸的湖床上降落，苏联的航天飞机降落，修建了5000米长的高质量的跑道。

　　火箭的垂直发射，可以以最短的路线穿过稠密大气层，不仅可以节省燃料，还可简化结构。重复使用的航天器，如能垂直降落则更好，不仅所需要的场地小，而且对场地的质量要求也低得多。这样是为单级入轨、垂直起降航天器(这里简称为单垂航天器)催生的理由。
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　　高超音速飞行技术研究已经历了几度兴衰。60年代，人们就曾在这方面做过努力，但因超燃冲压发动机的技术难度实在太大而最终放弃。1986年，美国发起了X-30国家空天飞机（NASP）计划，向超燃冲压发动机技术发起了新一轮冲击。当时的里根总统提出，要在20世纪末研制出速度达25马赫的东方快车，而X-30便是用于验证一种单级入轨（SSTO）空天飞机及其所需的氢燃料超燃冲压发动机和高温材料等项技术的。然而，经过8年的辛苦付出，美国人发现他们仍然难以迈过这道坎儿。1994年，X-30计划宣布下马。当时项目的预计费用已涨到了最初的3倍，达100多亿美元，而且首次试飞的时间也已拖后了10多年，即推迟到新世纪的最初几年。深刻的教训使美国相关部门感到目标不能一下子定得太高，而应选择更为现实的途径来使这项技术逐步走向成熟。
　　X-30下马后，美国航宇局和美国空军曾试图联合进行小规模的高超音速飞行技术试验，但最终双方并没走到一起，而是分别实施各自的氢燃料和烃燃料超燃冲压发动机技术验证计划。其中美国航宇局的计划就是上文所说的高超X，而美国空军的计划称为高超技术（HyTECH），最近又更名为高超装置（HySET）。这两项计划所开发的技术将用于从速度为8马赫的导弹到速度达25马赫的航天飞机等各种高超音速飞行器。其中的高超音速导弹2010年便有可能问世，而高超音速航天飞机则最早也要等到2025年之后才能投入使用。
　　随着首架X-43试验机于去年11月交付给美国航宇局，高超X计划正在进入一个非常关键的阶段。这架试验机将装到飞马座空射型运载火箭上，准备在今年年中进行试飞。试验机和飞马座火箭将由一架B-52飞机携带到高空投放，随后试验机由飞马座火箭携带到30.5公里的高空，最后离开火箭，在7马赫的速度下对氢燃料超燃冲压发动机的点火和工作情况进行验证。12月份将进行第二次7马赫试飞。这两次试验的数据将同使用同一发动机在同样速度下进行的风洞试验进行对比。第三次飞行定于2001年9月进行，速度将提高到10马赫。这样的速度在地面风洞中已无法达到，而根据具体任务的要求，实用型号飞行器的速度还有可能更高。
　　X-43长3.7米。如果飞行试验成功，它将成为使用超燃冲压动力飞行的第一种飞机。成功的标准说起来也不算高，只要求试验机在落到海上之前，发动机能工作5秒多一点。超音速燃烧必须在燃料被引入发动机的一刹那开始。为了保证点火成功，将向X-43的发动机中喷注自燃性的氢-硅烷混合物。竞争与合作
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NASA的高超音速系列飛行器X-43A

NASA的高超音速系列飛行器X-43B 与 X-43C

更多资料：
推荐观看：高超音速飞行技术
http://big5.china.com.cn/chinese/junshi/407578.htm

空间站天地往返运输系统
http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0009/ht000910.htm

Shirley · 发表于 2004-5-7 11:48:47

补充图片

Shirley · 发表于 2004-5-10 01:09:31

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