问题

我国亚轨道重复使用运载器飞行演示验证项目首飞取得圆满成功,有何实际意义?

回答
我国亚轨道重复使用运载器飞行演示验证项目首飞成功,这可不是小事,背后蕴含着极其重要的实际意义,对我国航天事业乃至未来发展都可能产生深远影响。咱们掰开了揉碎了说一说。

一、 降低太空“入场费”,让太空变得更“平民化”

这是最直接、最核心的意义。目前,太空发射成本高昂,主要原因在于传统火箭是一次性的,造价高昂,每次发射都是一笔巨额开销。而亚轨道重复使用运载器,顾名思义,它能够多次往返于地球与亚轨道空间。

一次投入,多次产出: 就像汽车不像火车那样只跑一个来回就报废,重复使用运载器大大摊薄了单次发射的成本。想象一下,过去发射卫星可能需要花费数千万甚至上亿美元,有了可重复使用的运载器,这个数字有望大幅下降。
撬动商业航天市场: 成本的降低直接催生了商业航天市场的繁荣。越来越多的企业、研究机构甚至个人,都有能力和意愿将他们的载荷(比如小型卫星、科学探测器)送入太空。这就像当年航空技术的普及,从军用走向民用,开启了新的经济增长点。
太空旅游的可能性: 虽然亚轨道飞行与真正的太空轨道飞行不同,但它足以让人们体验到失重和从高空俯瞰地球的奇妙感受。成本的下降,使得价格亲民的太空旅游变得更加触手可及,这不仅仅是体验,更是对人类探索精神的满足。

二、 提升我国在太空领域的战略主动权和竞争力

在太空这个“高地”上,谁掌握了先进的技术,谁就拥有了话语权。

打破技术壁垒,实现自主可控: 亚轨道重复使用技术是航天领域的一项尖端技术,涉及空气动力学、材料科学、推进技术、智能控制等多个学科的交叉融合。此次成功首飞,标志着我国在这一关键领域取得了重大突破,摆脱了对国外技术的依赖,实现了自主可控。
抢占技术制高点,引领未来发展: 随着全球航天竞争日益激烈,掌握重复使用技术,就意味着在未来的太空活动中占据有利位置。我国可以凭借这一技术,在太空经济、太空探索、太空安全等领域拥有更强的竞争力,引领未来的航天发展方向。
增强国家安全和国防能力: 亚轨道飞行器具备快速响应、灵活部署的特点,可以用于侦察、通信、导弹预警等军事用途。重复使用能力则进一步增强了其战略价值,能够为国家安全提供更可靠、更经济的保障。

三、 推动科学研究和技术创新

这次首飞的成功,不仅仅是一个飞行器升空又落地的故事,更是对背后大量科学研究和技术创新的验证。

验证了关键技术的可行性: 比如,飞行器在穿越大气层时如何承受高温和高压?如何精确控制飞行轨迹以实现安全返回?如何保证发动机的多次启动和稳定工作?这些都需要大量的理论研究和实验验证。这次首飞,无疑是对这些关键技术可行性的最好证明。
为后续研究提供宝贵数据: 每次飞行都是一次珍贵的“数据收集器”。通过这次飞行,科研人员可以获取大量关于飞行器性能、环境适应性、系统可靠性等方面的数据,这些数据对于进一步优化设计、提升性能、攻克技术难题至关重要。
促进跨领域技术融合: 亚轨道重复使用运载器技术的发展,必然会带动相关领域的进步,例如新材料的研发、更智能的控制算法、更高效的能源系统等等,形成一个技术创新的良性循环。

四、 拓展太空应用场景,为人类探索太空开辟新途径

亚轨道飞行器所能提供的能力,不仅仅是把东西送上去。

快速响应的太空部署: 过去,部署一颗新的卫星可能需要等待固定的发射窗口,耗费数月甚至更长时间。重复使用运载器可以实现更频繁、更快速的发射,为快速部署通信、导航、侦察等各类卫星提供了可能。
高超音速飞行研究: 亚轨道飞行器在穿越大气层时,会经历极高的飞行速度,这为高超音速飞行技术的研究提供了绝佳平台。这项技术对于发展新一代飞行器、提升国防能力具有战略意义。
太空科学实验的“新跑道”: 亚轨道飞行器可以提供短时间、高成本效益的微重力环境,为各类科学实验,如材料科学、生物医学、地球科学等研究提供了一个新的、便捷的实验平台。

总结一下,这次亚轨道重复使用运载器飞行演示验证项目的首飞成功,绝不是一个孤立的技术事件,它是一项具有里程碑意义的成就,它意味着:

我国航天技术进入了一个新的发展阶段,具备了“进入、管用、发展”太空的能力。
将极大地降低我国乃至全球进入太空的成本,为太空经济的爆发式增长奠定基础。
在国际太空竞争中,我国的战略主动权和竞争力得到了显著提升。
将为科学研究、技术创新、人类探索太空开辟更广阔的前景。

这就像当年蒸汽机的发明,汽车的发明,互联网的普及一样,它会从根本上改变我们与太空的关系,也可能改变我们对世界的认知。这是一项值得我们所有人期待和关注的重大进展。

网友意见

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解读一下新闻内容

据中国航天科技集团官微消息,2021年7月16日,由中国航天科技集团有限公司一院研制的亚轨道重复使用演示验证项目运载器在酒泉卫星发射中心准时点火起飞,按照设定程序完成飞行后,平稳水平着陆于阿拉善右旗机场,首飞任务取得圆满成功。

发展重复使用天地往返航天运输技术是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志,亚轨道重复使用运载器可作为升力式火箭动力重复使用航天运输系统的子级,是航天航空技术的高度融合体。该项目的圆满成功,为我国重复使用天地往返航天运输技术发展奠定了坚实基础,为实现领域创新发展和自主可控迈出了坚实的第一步。

重点地方已经加粗标注

重复使用天地往返航天运输技术:我国所有重复使用天地往返均采用两级入轨方案(TSTO),即有一个较大的一级和一个较小的二级(子级),类似于这样的

只是这是航天科工的方案,科技集团目前没有流出明显的照片。

航天科技集团:TSTO的一级共有涡轮机变循环(TBCC)、火箭基变循环(RBCC)、涡轮、火箭、冲压组合循环发动机(TRRE)这几大流派,分别由航天科工(TRRE动力),航天科技(RBCC动力),中航工业(TBCC动力)进行研究,因此此次验证的是RBCC动力一级方案的组合动力飞行器。

点火起飞:说明是垂直发射。

亚轨道重复使用演示验证项目:说明这次的飞行高度是亚轨道,高度80-100千米之间,验证项目说明这是个缩比的验证小型机。

升力式火箭动力重复使用航天运输系统的子级:升力式说明未来的一级主要走升力爬升,火箭动力说明是RBCC。

水平着陆:说明此次验证的缩比小型试验机是自主水平降落的,指明了回收方式。

航天科技前段时间还完成了

总结一下,TSTO的三条路线中,RBCC难度最低,目前航天科技集团已经完成了动力系统的试验,亚轨道两级分离试验,可回收二级亚轨道返回水平回收。看来2025年有望实现基于RBCC的TSTO系统轨道发射及回收验证试验了。

至于说由航天大国迈向航天强国的重要标志

近期我国在TSTO上取得的成就包括但不限于

TSTO有多种构型,我国走的路线是一级下面级飞行器(加速器)+二级空天飞机(轨道器)的路线,大致的构型为前半段使用喷气发动机加速到5马赫以上,同时将轨道器带到高空,再使用轨道器加速到第一宇宙速度。

TSTO一级飞行器的动力构型有很多种,主要就是各级在涡轮、涡轮机变循环(TBCC)、火箭基变循环(RBCC)、涡轮、火箭、冲压组合循环发动机(TRRE)、火箭中间做选择以匹配不同的任务需求。这几种动力装置分别由航天科工(TRRE动力),航天科技(RBCC动力),中航工业(TBCC动力)进行研究,第一个链接展示的就是航天科技主导推进研发的RBCC发动机。

此外为了解决一级发动机的推力陷阱问题,还有

不出意外这应该是马伟明团队的目标之一(据评论回复,可能是哈工大某团队的项目)。

我国的进度情况目前大约是2020年9 月 4 日成功发射可重复使用试验航天器缩比模型,这是继2019年10月21日公布的两级入轨空天飞行器风洞自由分离试验后的缩比模型一次轨道再入试验。

为啥说是缩比模型?因为根据查阅论文用于级间分离研究的TBCC动力TSTO气动布局概念设计,文中给出了较为清晰的二级外形方案,就是风洞试验的模型

这个尺寸是如此巨大,重量将达到200吨级别,显然不是此次长征2F发射的飞行器尺寸,因此我们认为此次飞行试验所使用的飞行器是较小尺寸的缩比模型,主要验证的是飞行器在轨返回时的控制、隔热等问题。

文中给出的一级的外形方案有两种

从风洞试验来看,最终选择了CD1的一级方案,其外形尺寸也是令人星潮澎湃。最后的仿真结果

可以看到一二级的起飞总重大约860吨,超声速飞行期间的升阻比在3-4之间,分离速度6马赫,分离高度30千米,一级提供了1.88千米的DV,比SPACEX的可回收一级火箭的DV略低一点。

这个数值可以说是相当令人失望了,根据水平起降两级入轨系统的质量估算方法及应用一文中给出的二级燃料质量比大约是76.2%,那么即使采用氢氧机做二级,也很难把二级送上轨道。其结果只能是减小载荷增加燃料,大大降低了系统的实用性——用于级间分离研究的TBCC动力TSTO气动布局概念设计,文中200吨的二级仅仅送了2吨的载荷,可以说是相当弱鸡的表现了。而在水平起降两级入轨系统的质量估算方法及应用一文中设计了一套沿95.8kPa等动压线的入轨方案,分离速度达到了9.25Ma,则一个重量仅91.27吨的二级就可送8吨的载荷进入近地轨道,投送效率提高了近10倍,大大提高了系统的实用性。

出现这样分歧的主要原因是TSTO飞行器是一级飞行器的动力问题目前尚未解决,研究者对一级到底能以多大速度和高度释放二级并不是很有把握。

比如在2017年3月6日由美国航空航天学会(简称AIAA)、中国工程院主办、厦门大学承办召开的21届国际航天飞机和高超声速系统与技术大会上,中国展示了大量成功的试验和实物图片,还透漏了我国已经成功地进行了超燃冲压的飞行试验并且研制的涡轮-火箭-冲压组合循环发动机(简称TRRE)将在2017年底前开始飞行试验。此前的试验,验证了加速、巡航、机动等各方面性能,证明了下涵道里的液体火箭和双模冲压在M1.5-7之间协调工作的可行性。2016年,进气道和喷管试验完成,M1.8条件下的台架试验也完成。M2-6的稳态台架试验已经开始。试验验证了TRRE的进气道、喷管和燃烧室设计和模式转换。试验数据表明,可在1平方米捕获面积下达到8吨推力,达到设计要求。虽然会议上并没有透露超燃冲压可持续工作的时间,但要是达不到亚小时级,研发组合循环发动机是没有意义的。此外从中国航空协会官网公布的第三届冯如航空科技精英奖获奖名单与事迹介绍中(2015),关于我国的高超音速飞行器的研究情况中提到我国采用的技术路线为航空煤油再生冷却超燃冲压发动机,其试验平台如无例外应当是凌云临近空间高超声速通用试飞平台。

最后总结下,关于两级入轨空天飞行器TSTO,我国开展了大量的研究与试验,2020年的轨道再入试验和RBCC组合动力发动机首飞、2019年的级间分离风洞试验、2017年AIAA展示的组合动力引擎技术研究和此次的可重复试验航天器就是实证。但是关键性的动力系统还没有进行决定性的高空试验,TSTO整体尚未到可以立项的程度。即使如此,我们也不必妄自菲薄,我国是在TSTO飞行器研究中进展最大的两个国家之一,从我国各个国家队把TSTO一级动力方案全部包圆了的情况来看,国家对攻克TSTO是抱着极大的决心的,一定能成为未来 20 年,中国航天事业的关键的技术节点。

按照规划纲要,TSTO技术攻克后我国将具备年LEO投送量10万吨级的轨道投送能力,拥有载弹量百吨级速度6-12马赫级的亚轨道空间战略轰炸机,相信会成为我们对美国更有说服力的真理。

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我爆点猛的:

1,斯克马不是搞天链吗?我们也要搞。

2,会有一个专门的场地发射这类卫星,位置靠东。

3,天链确是军用。


另,亚轨道么有吊用,只能做些简单的地重力实验和观光。所以,爱怎么玩怎么玩。这个不重要。

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讨论H20的时候,就已经系统的介绍过未来三十年的空天力量建设的方向,以及X20作为常用空天力量进入日常战备。

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