千百年來,人類羨慕鳥兒和魚兒,隨著人類探索未知領(lǐng)域的發(fā)展,最近100年已經(jīng)超越了鳥兒和魚兒,飛機實現(xiàn)了人類的飛行夢想,而潛水艇則實現(xiàn)了潛水的想象,隨著飛機的發(fā)展,逐漸遇到瓶頸:噴氣飛機升限大多在20公里,超過20公里空氣過于稀薄困難重重,如何突破大氣層,殺入太空,甚至走向外星球,最終這個愿望由中國發(fā)明的火箭擺平,巨型串聯(lián)火箭在1957年實現(xiàn)了太空夢想,人造地球衛(wèi)星入軌,太空終于被人類攻克!
人類制造了成千上萬火箭向太空投送衛(wèi)星,飛船,日復(fù)一日年復(fù)一年,人類很快發(fā)現(xiàn)火箭發(fā)動機的弊端:體重太大,價格太高,射一次衛(wèi)星就要報廢所有,雖然科學(xué)家一直致力于重復(fù)使用火箭彈體和發(fā)動機,半個多世紀來,重復(fù)使用還是停留在夢想,發(fā)射一公斤到太空花4-5萬美元,真是太貴了,能不能更便宜些?
中國航天開發(fā)了新型發(fā)動機,可以一步到位,重復(fù)使用
從技術(shù)的角度來說,火箭一次入軌是很不經(jīng)濟的,在30公里以下,大氣阻力很大,采用噴氣發(fā)動機水平起飛,依靠機翼產(chǎn)生升力,這種推進模式對起飛發(fā)動機功率要求非常低,所以能有效降低發(fā)動機重量和功率,可以說是最有效的方法,30公里以上則有很多分支,最先進的是采用超燃沖壓發(fā)動機推進,最大飛行速度可以達到10馬赫甚至20馬赫,繼續(xù)利用稀薄的空氣,可以產(chǎn)生4倍火箭發(fā)動機的推力,是一種最有優(yōu)勢的發(fā)動機,但是這種發(fā)動機要求太高,啟動速度要達到5馬赫,所以很難。
最簡單的辦法是,噴氣發(fā)動機結(jié)合火箭發(fā)動機,火箭發(fā)動機在稀薄空氣中工作很方便,在30公里以上是火箭發(fā)動機的天下,能不能將二者結(jié)合起來,科學(xué)家想了很多辦法!最有名的是英國的云霄塔空天飛機!
云霄塔空天飛機采用噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機結(jié)合,水平起飛,一步入軌
這款空天飛機設(shè)計最大的特點是,具有一個類似飛機的外形,發(fā)動機安裝在機翼尖端,發(fā)動機采用特殊的噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機結(jié)合模式,地面起飛直到28公里高度以下都采用渦噴發(fā)動機工作模式,發(fā)動機工作需要的氧氣通過進氣道從大氣層中吸氣,并通過多級壓氣機將空氣高度壓縮之后,進入燃燒室和燃料混合燃燒,產(chǎn)生推力,這是常見的噴氣發(fā)動機工作模式。
而到了28公里以上,空氣非常稀薄,外加阻力很小,這個機翼幾乎不產(chǎn)生升力,所以使用機體內(nèi)攜帶的液氧做燃料,噴入燃燒室,作為一種簡單的火箭發(fā)動機工作,將飛機推進入軌。
這是英國人的構(gòu)思,前面是噴氣發(fā)動機,后面是火箭發(fā)動機
英國人的構(gòu)想,可以采用現(xiàn)成的飛機跑道,水平起飛,水平降落,這種模式非常省錢,唯一消耗的就是燃料,可以將12噸重的載荷送入近地軌道,價格可望大幅度下降。
中國航天31所的發(fā)動機設(shè)計,有點類似英國方案,最大的特點是,避開復(fù)雜的超燃沖壓發(fā)動機,采用渦噴發(fā)動機和火箭發(fā)動機結(jié)合,降低研發(fā)難度和費用,這是一種很聰明的設(shè)計方案,雖然不夠極端先進,但是勝在成功率高,渦噴發(fā)動機和火箭發(fā)動機都是成熟技術(shù),結(jié)合起來難度也不算太大。


