X-37空天飛機(jī)想象圖。

在丹·布朗的科幻小說(shuō)《天使與魔鬼》中，羅伯特·蘭登乘坐X-33飛行器一個(gè)小時(shí)從紐約飛到日內(nèi)瓦，該飛機(jī)時(shí)速達(dá)到15馬赫，也就是每小時(shí)飛行17702公里。如果您知道新一代波音737能達(dá)到的最大速度也只有0.785馬赫，即每小時(shí)853公里，對(duì)X-33的速度您大概就有更清晰的概念了吧。蘭登乘坐的X-33是一種無(wú)需火箭發(fā)射便能直接太空中飛行的載人飛行器。小說(shuō)中的這種飛行器并非虛構(gòu)，它正是目前各國(guó)正在研發(fā)的空天飛機(jī)。這種飛機(jī)速度驚人，將會(huì)徹底改變?nèi)祟悓?duì)距離的概念。

從1956年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，各國(guó)科學(xué)家便致力于研究更方便的載人太空飛行器。從1980年代開始，美國(guó)開始國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃（NASP）。1986年時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)的羅納德·里根在國(guó)情咨文中提出：“在未來(lái)的十年中，要發(fā)明出一種新的東方快速航班，從杜勒斯機(jī)場(chǎng)起飛，用超過(guò)25倍音速的速度，二個(gè)小時(shí)內(nèi)飛到東京。”接下來(lái)的二十多年中，美國(guó)的空天飛機(jī)計(jì)劃一直在持續(xù)進(jìn)行中，本文將向您介紹美國(guó)的四大空天飛機(jī)計(jì)劃。

羅克韋爾X-30空天飛機(jī)想象圖

羅克韋爾X-30

國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃（NASP）旨在研發(fā)一個(gè)超音速吸氣式單極入軌飛行器。由于該飛機(jī)由羅克韋爾公司領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)，因此，這個(gè)空天飛機(jī)也被稱為羅克韋爾X-30（Rockwell_X-30）。

這架飛機(jī)計(jì)劃將有95.7米長(zhǎng)，136噸重，項(xiàng)目初期，科學(xué)家認(rèn)為如果使用超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這架飛機(jī)最高速度可達(dá)到8馬赫每小時(shí)，因?yàn)榇髿饽Σ習(xí)牡舸罅磕芰俊＝酉聛?lái)的研究發(fā)現(xiàn)，如果能量得到補(bǔ)償，速度達(dá)到20馬赫也有可能。

X-30的外形是根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的，鏟狀的前機(jī)身可以壓縮空氣進(jìn)入引擎，后機(jī)身形成一個(gè)集成的排氣口。機(jī)翼采用很小的鰭狀設(shè)計(jì)，用于平衡。這種設(shè)計(jì)有利于高速飛行，但不利于起飛和減速。

X-30飛行時(shí)，機(jī)身大部分表面的溫度預(yù)計(jì)達(dá)到980攝氏度，飛機(jī)前端和引擎部分的最高溫度可超過(guò)1650攝氏度，這要求機(jī)身使用耐高溫、重量輕的材料，當(dāng)時(shí)鈦鋁化合物、高級(jí)碳復(fù)合物、鈦金屬機(jī)體復(fù)合材料（TMC）和碳化硅纖維都被用于機(jī)身的設(shè)計(jì)。麥道公司使用鈦金屬機(jī)體復(fù)合材料制造了一段機(jī)身，這段機(jī)身高1.2米、寬2.4米、長(zhǎng)2.4米。研究人員還制造了一個(gè)碳纖維低溫氫氣艙。在1992年，這些設(shè)計(jì)都已經(jīng)通過(guò)了機(jī)械載荷及820攝氏度的高溫試驗(yàn)。

盡管項(xiàng)目在飛機(jī)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力技術(shù)上都有不錯(cuò)的進(jìn)展，但美國(guó)宇航局（NASA）依舊面臨大量技術(shù)難關(guān)，國(guó)防部希望這架飛機(jī)至少可以承載2-3名飛行員。一架由人駕駛的空天飛機(jī)，需要儀表、環(huán)境控制系統(tǒng)和安全設(shè)備，這就要求X-30設(shè)計(jì)的更大、更重，也需要花費(fèi)更多的資金。這一切都導(dǎo)致計(jì)劃在1993年的結(jié)束。

接下來(lái)，美國(guó)開始實(shí)施另一項(xiàng)比之X-30較為保守的超音速飛行器計(jì)劃，這就是無(wú)人駕駛空天飛機(jī) X-43飛行器。

X-43想象圖

美國(guó)宇航局X-43飛行器

作為NASA超音速飛機(jī)(Hyper-X)項(xiàng)目的一部分，X-43無(wú)人駕駛超音速試驗(yàn)飛行器，其實(shí)就是X-30的縮小版。X-43共3.7米長(zhǎng)，1300公斤重，在沒有推動(dòng)力下依然可以高速飛行。不過(guò)X-43只是一次性使用的測(cè)試飛機(jī)。

X-43早期設(shè)計(jì)X-43A速度可以超過(guò)7馬赫（每小時(shí)8050公里），海拔達(dá)到30000米，飛行結(jié)束后落入大海中。X-43A的超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主要以氫氣為原料，發(fā)動(dòng)機(jī)只有在速度達(dá)到4.5馬赫以上時(shí)才開始運(yùn)作，因此需要由火箭提供推力。科學(xué)家們?cè)赬-43A上加了一個(gè)助推火箭，當(dāng)高度及速度達(dá)到預(yù)定值，助推火箭便自動(dòng)脫離X-43A，接下來(lái)，X-43A利用自身的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行飛行。在高速飛行時(shí)，壓縮震波會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為了不讓熱量融化掉飛機(jī)，科學(xué)家們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)整流罩和前緣氣流分罩后設(shè)置了循環(huán)水系統(tǒng)。飛行時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)在速度達(dá)到3馬赫時(shí)開始運(yùn)行。

NASA 一共試驗(yàn)飛行了三次X-43A，第一次飛行在2001年6月2日，由于助推火箭失去控制，飛機(jī)在大約11秒飛行后墜入太平洋。NASA認(rèn)為這次失敗主要由于數(shù)據(jù)建模中的一些錯(cuò)誤。其它兩架都成功飛行。2004年3月進(jìn)行的第二次飛行中，X-43A速度達(dá)到7馬赫，成為當(dāng)時(shí)世界上速度最快的吸氣式飛機(jī)。2004年12月16日，X-43A進(jìn)行了第三次飛行試驗(yàn)，并打破了之前的記錄，速度達(dá)到每小時(shí)9.8馬赫（每小時(shí)12144千米），超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行10秒，飛行10分鐘后墜落在加州附近的海面，大約消耗1千克氫氣。

目前X-43空天飛機(jī)的其它項(xiàng)目也正在進(jìn)行中，包括X-43B、X-43D，X-43C于2004年3月被暫停

在丹·布朗的科幻小說(shuō)《天使與魔鬼》中，羅伯特·蘭登乘坐X-33飛行器一個(gè)小時(shí)從紐約飛到日內(nèi)瓦，該飛機(jī)時(shí)速達(dá)到15馬赫，也就是每小時(shí)飛行17702公里。小說(shuō)中的這種飛行器并非虛構(gòu)，它正是目前各國(guó)正在研發(fā)的空天飛機(jī)。

X-51A想象圖

波音 X-51沖浪者

2003年初，美國(guó)空軍試驗(yàn)室啟動(dòng)了一個(gè)新的空天飛機(jī)項(xiàng)目——EFSEFD，其后項(xiàng)目被更名為SED-WR（沖浪者）。2004年，波音公司和普拉特惠特尼公司開始合作制造“沖浪者”超音速試驗(yàn)機(jī)。2005年9月，飛機(jī)被制造出來(lái)，并被命名為X-51A。

波音X-51A是無(wú)人駕駛超音速試驗(yàn)飛機(jī)，以氫氣為燃料，使用SJY61超音速燃燒沖壓噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，速度6馬赫（6400千米每小時(shí)）。其實(shí)X-51A的發(fā)動(dòng)機(jī)早期設(shè)計(jì)本身是要用于X-43C機(jī)身，不過(guò)，X-43C項(xiàng)目于2004年3月被暫停。

X-51A地面試驗(yàn)開始于2006年底，2006年6月27日通過(guò)地面發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)

2007年4月，地面飛行模擬試驗(yàn)取得成功。2010年5月26日，X-51A首次動(dòng)力飛行試驗(yàn)成功，B-52運(yùn)載火箭將X-51A運(yùn)到15200米高空，速度達(dá)到4.5馬赫時(shí)，X-51A脫離火箭。這次試驗(yàn)中，X-51A飛行速度達(dá)到5馬赫，飛行時(shí)間超過(guò)200秒。

2010年12月3日，X-37B正降落于美國(guó)空軍范登堡基地。

美國(guó)空軍X-37B空天飛機(jī)

美國(guó)宇航局于1999年啟動(dòng)X-37B無(wú)人駕駛軌道測(cè)試飛行器項(xiàng)目，飛機(jī)由波音公司旗下“幻影工廠”負(fù)責(zé)制造。2004年項(xiàng)目被轉(zhuǎn)交到國(guó)防部下屬的高級(jí)研究計(jì)劃局，后又交由空軍部下屬快速反應(yīng)能力辦公室負(fù)責(zé)。

X-37B使用洛克達(dá)因AR2-3 引擎，長(zhǎng)8.9米、寬4.5米、重約5噸，雙垂直尾翼。外形類似航天飛機(jī)，不過(guò)長(zhǎng)度是航空飛機(jī)的四分之一，可在海拔177000—800000米的近地軌道運(yùn)行，速度達(dá)到177公里每小時(shí)。

設(shè)計(jì)上，X-37B采用了耐高溫的二氧化硅瓷，取代了之前的碳纖維機(jī)翼，此外，熱防護(hù)系統(tǒng)，航空電子技術(shù)、自動(dòng)制導(dǎo)系統(tǒng)都在飛機(jī)上得到展示。X-37B使用燃料電池系統(tǒng)，由太陽(yáng)能電子板和鋰離子電池提供動(dòng)力。

2010年4月22日，X-37B進(jìn)行了試驗(yàn)飛行，由佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。操作人員在地面監(jiān)控其在軌道上的運(yùn)行。在太空中旅行270天，經(jīng)過(guò)5次機(jī)動(dòng)變軌后，X—37B接收到返回地球的指令后，自動(dòng)進(jìn)入大氣層， 于2010年12月3日成功降落在范登堡空軍基地。這次試驗(yàn)成功，使X-37B成為目前世界上最新、也是最先進(jìn)的可重復(fù)使用空天飛機(jī)。

目前美國(guó)空軍正在建造第二架機(jī)型較小的軌道試驗(yàn)飛行器，并計(jì)劃于2011年發(fā)射。波音X-37B軌道測(cè)試機(jī)的返航無(wú)疑證明了人類發(fā)明載人空天飛機(jī)的野心是可以實(shí)現(xiàn)的。