航天飞机要“重出江湖”？

文/ 兰顺正

近日，有俄罗斯火箭航天业消息人士对卫星通讯社称，俄罗斯“闪电”科研生产联合体将为商用市场研发微型航天飞机。因此，有关专家预测，航天飞机有可能再次成为航天领域的焦点之一。

三十年辉煌终成过去

航天飞机是以火箭发动机为动力，可重复使用的航天器，一般由轨道器、外贮箱和固体助推火箭助推器等部分组成，既能像火箭一样垂直起飞，像太空飞船一样在轨道上运行，又能像飞机一样水平着陆。

在航天飞机研发方面，美国无疑是其中的翘楚。美国国会于1972年年初批准航天运输系统采用Space Shuttle方案。历时9 年，花费约100亿美元，1981 年4月美国第一架航天飞机哥伦比亚号飞上了太空。直至2011年，美国在30年内研制生产了5架航天飞机，分别是“哥伦比亚号”“挑战者号”“发现号”“阿特兰蒂斯号”和“奋进号”。

美方一开始钟情于航天飞机的主要原因之一，是希望航天飞机可重复利用的特性能使得发射成本控制在单次5400万美元左右，但随后的事实却大相径庭。截止2011年的统计显示，美国航天飞机计划共花费1960亿美元，其中每架航天飞机的造价约为120亿美元，单次发射的费用约为4亿5千万美元，超预算近10倍。而且航天飞机返回后还要进行大量费时费力的检修，老化程度也比预期的要快，这些都让美国宇航局的财政不堪重负。再加上航天飞机的安全性很成问题，“挑战者号”和“哥伦比亚号”先后机毁人亡，造成14名航天员遇难，因此2011年7月21日美国阿特兰蒂斯号航天飞机完成了“谢幕之旅”后，航天飞机不得不退出了历史舞台。

▲ 美国发现号航天飞机

▲ 美国航天飞机发射升空

不过，航天飞机虽然没能把发射费用大幅降低，但是它的一些特性还是为人所称道的。相比其他航天器，航天飞机具有容积广、可载人员多，以及有效载荷量大等特点。

以美国航天飞机为例，其轨道器全长37.24米，起落架放下时高17.27米；三角形后掠机翼的最大翼展23.97米；不带有效载荷时质量68吨，飞行结束后携带有效载荷着陆的轨道器质量可达87吨 。一般情况下可容纳4~7人,紧急情况下也可容纳10人。航天飞机中部的有效载荷舱长18米，直径4.5米，容积300立方米，一次可携带质量达29吨多的有效载荷，舱内可以装载各种卫星、大型天文望远镜和各种深空探测器等。为了在轨道上施放所携带的有效载荷或回收轨道上运行的有效载荷，舱内设有遥控机械手，在失重条件下可以迅速而灵活地载卸10吨多的有效载荷。由于“肚大能容”，多年来航天飞机在在轨服务领域表现出众，不但频繁在天地间运载人员和货物，还在太空进行了大量的科学实验和空间研究工作。另外，在大型航天器修理、建造空间站等项目上，航天飞机也是出力甚巨。

▲ 经过206分钟的飞行后，暴风雪号航天飞机成功降落

鉴于航天飞机的巨大实际作用以及政治象征意义，苏联也出台了自己的“暴风雪”航天飞机计划，并制造了暴风雪号和小鸟号两架航天飞机。其暴风雪号航天飞机长36.37米、高16.35米，翼展23.92米，机身直径5.6米，起飞质量105 吨，外形和美国航天飞机相似，设计运载人数为10人，设计飞行寿命100次。1988年11月15 日，暴风雪号航天飞机搭乘能源号运载火箭从拜科努尔航天发射场起飞进行无人测试，用时206分钟围绕地球飞行两圈后返回发射场着陆跑道。这既是暴风雪号的首航，也是唯一一次飞行，之后由于苏联政局波动和缺乏资金，航天飞机项目被叫停，后来随着苏联的解体，1993年俄罗斯彻底终止了航天飞机计划。

▲ 1988年11月15日，苏联暴风雪号航天飞机准备发射

▲ 厂房中的暴风雪号航天飞机

无人版航天飞机再受热捧

近年来，随着人类太空活动的日益增加，可重复使用航天技术的热度也逐渐上升，航天飞机这类航天器也开始重新受到重视。同时，为了避免再次踏入成本的陷阱，无人机化成为了主要趋势。

当前，美国研制的X-37B可重复使用航天器是世界上第一款最接近传统航天飞机的飞行器。

X-37B的尺寸约为航天飞机的1/4，质量为4989.5千克，长8.8392米，翼展约4.572米，高2.926米，其有效载荷估计在227千克左右，发射方式采用火箭垂直发射,并置于火箭顶端的整流罩内。美国研制出的第一架X-37B于2010年正式起飞实验，至今已经执行多次飞行任务。

相比传统航天器，X-37B具有以下特征：一是在轨时间长，航天飞机在轨时间一般只有15天左右，而X-37B的在轨巡航时间为200~600天或更长。二是变轨能力强，根据波音公司公布的技术资料，X-37B能飞行在176~800千米的近地轨道，以第一宇宙速度7.9千米/秒的高速飞行，绕地球飞行一圈的时间为90分钟，重访同一地点的时间为4天。这意味着X-37B的变轨能力、机动性比一般可变轨卫星更快、更便捷，具有多轨道能力。

而欧空局对航天飞机的相关探索研究也从未间断过。虽然当年其研制的赫尔墨斯号航天飞机没有成为现实,但欧空局仍然通过一系列项目持续开展关键技术攻关与试验验证,如大气层再入试验飞行器项目、过渡试验飞行器项目等。

2015 年 2 月 11 日,欧空局用于验证大气层再入技术的“迷你航天飞机”——IXV,由织女星运载火箭从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。该飞行器长约 5 米,高 1.5米,宽 2.2 米,重量约 1.85 吨。 最终飞行器在升空 100 分钟、累计飞行 2.5 万公里之后,借助降落伞溅落在了太平洋中,并由回收船打捞回收。

▲ “太空骑士”是一种小型航天飞机，体型预计要比 IXV 稍微大一些

▲ 欧空局的“迷你航天飞机”IXV成功返回地球

2017年，艾维欧公司和“泰·阿”空间公司启动了“太空骑士”的研制工作。“太空骑士”是一种小型航天飞机，体型预计要比 IXV 稍微大一些，不仅能为欧洲用户提供能量、控制、数据处理和遥测等服务，还能满足载荷多样化的轨道高度和倾斜度需求，用于开展微重力实验，以及对地观测、科学、通信和机器人探索技术。该航天飞机由可重复使用再入舱、一次性使用服务舱和推进系统3部分组成。再入舱由“泰·阿”空间公司负责制造，采用升力体设计，可重复使用6次，能装载800千克有效载荷，在轨飞行时间超过2个月。在2020年底，欧空局同泰雷兹·阿莱尼亚空间意大利公司和艾维欧公司正式签署了2亿美元的合同，要求按2023年年中到年底发射的进度，安排交付欧洲首架“太空骑士”无人航天飞机。

经济困境难抑太空雄心

这些年来由于囊中羞涩，俄罗斯的航天计划一波三折，不过他们还是对航天飞机保持了一定的关注。俄罗斯航天集团总裁德米特里·罗戈津在去年就已经下令该集团研发有翼载人航天飞机，以取代现在的联盟号飞船，该集团现在已经拨付近2.4亿卢布用于航天飞机的研发。

据消息人士称：“‘闪电’科研生产联合体正在研制的一款新型航天器是与美国X-37B相似，尺寸相仿。它不是用于载人飞行，而是设计用于运输货物和从太空返回”。考虑到“闪电”本来就是暴风雪号航天飞机的缔造者，而当年“暴风雪号”已经具备了无人驾驶功能（其首飞全程依靠飞行控制中心遥控操作），因此在技术方面不会有太大的问题。

有观点认为，俄罗斯在困境中仍然坚持研发航天飞机，除了希望在太空领域重振国威外，还出于对太空军事化的担忧。现在美国等国在太空军事化方面的步伐越迈越快，这让俄罗斯感受了巨大压力。

▲ X-37B航天飞机

近日，俄罗斯联邦委员会国防和安全委员会主席维克托·邦达列夫在向外国武官讲话时指出，俄罗斯的地缘政治竞争对手已经在太空建立了监视环地空间的作战集群，同时，俄罗斯也已对世界大国对抗逐渐向太空延伸做好准备。邦达列夫强调，太空军事化引发军备竞赛，只有少数技术发达的国家能经受得住，这会不可避免地导致世界分裂为一流大国和所有无力开发太空武器的其他剩余国家。

▲ 整流罩中的X-37B

航天飞机的军事应用潜力是无法忽视的，当年美国空军就曾对航天飞机寄予了很大希望，要用其来执行卫星发射、卫星维护、卫星回收和反卫星等多种任务，以提高美国太空军事能力。对于X－37B项目，美国则一直讳莫如深，外界长期猜测其真正的身份是美国研发争夺“制天权”技术的实验平台。据之前俄罗斯航天政策研究所负责人伊万·莫伊谢耶夫表示，俄罗斯正在研发的航天飞机，除了可用于日常的航天任务之外，还可以满足俄军的一些任务需要。从俄方并不避讳航天飞机军用功能的态度看，他们明显是要和他国的太空军一较高下。

综上，在沉寂多年后，未来航天飞机再次奋起也许并非天方夜谭。