錢學森的夢想就要實現?1小時全球送達,中國亞軌道運輸技術立項

觀前提醒:本文所述源自網路公開資料,不涉及任何秘密,請放心閱讀。

“東風快遞,使命必達”,這是解決了全球運送準備性的問題;

“過於先進,不便展示”,這是解決了全球運送的時間效率問題;

“長征系列,航空航天”,這是解決宇宙內的運輸準確和效率問題;

——電動總結。

錢學森的夢想就要實現?1小時全球送達,中國亞軌道運輸技術立項

大國重器之一的亞軌道運載器重複使用試驗最近又獲得了成功,現在又迎來了一個好訊息:我國

亞軌道遠端空天運輸系統總體設計與控制技術正式立項。

這意味著錢學森“1小時送達全球”夢想,我們已經走出了堅實的一大步,實現已經只是時間問題。

那麼,亞軌道運載器到底是什麼?1小時送遍全球,將會給我們帶來哪些鉅變呢?下面我們一起來了解。

錢學森的夢想就要實現?1小時全球送達,中國亞軌道運輸技術立項

01什麼是亞軌道運載器?除了軍用,民用大有作為

很多朋友可能一直沒有明白“航空”與“航天”的區別,網上有一個很有趣的回答,可以幫助我們迅速地瞭解兩者的區別:“發動機停了,要死!要死——這是航空;發動機停火了,接下來會是一段比較平穩的旅程了,大家快來自拍——這是航天。”

錢學森的夢想就要實現?1小時全球送達,中國亞軌道運輸技術立項

這裡的區別主要是說飛行器在不同高度飛行狀態來區分的,實際上“航空”與“航天”的區別在國際上還沒有非常明確的定義,但是還是形成一定的共識:

1、“航空”,就是人類在地球大氣層中的活動;

2、“航天”,就是人類衝出地球大氣層,到宇宙太空中去活動;

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但是大氣層的厚度很大,其間分層性質不一樣,科學家人為進行劃分。錢學森的老師馮卡門對於大氣層做了一系列研究之後,提出了一些建議,後來被普遍接受,並以他的名字來命名,也就是現在說的“卡門線”,用來區分大氣層內部分層對飛行活動的影響。

錢學森的夢想就要實現?1小時全球送達,中國亞軌道運輸技術立項

也就是:高度為100公里之外為太空;100公里之內為大氣層。這個卡門線就像中國傳說中的“龍門”,跳躍過去就是“航天”,沒有跳過去就是“航空”。

而“航天”這個詞還是來自錢學森,他在60年代劃分了“航空”、“航天”、“航宇”這兩個概念,這裡就不展開來說了。

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但是實際上距離地面20~100公里,處於航空、航天的結合部,還有比較多人造飛行器活動的空白的區域,人們把這個區域叫做

“臨近空間”

,最為重要是,在國際公約中,高度超過85公里,就不算各國的領空了,這比“公海”這個區域可自由得多。

低於人造衛星的最低高度,卻高於一般載人航天器的最大飛行高度,就被命名為“亞軌道”。

能夠長時間實現在亞軌道飛行的人造飛行器並不多,除了一些被稱為“三大真理”的火箭之外,就是一些超過民航高度的無人偵察機,比如“無偵7”等等。

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導彈也好,無人偵察機也好,在臨近空間和亞軌道里飛行還是顯得太單調,畢竟麼大的空域除了軍用,其實民用也可以大有作為。

我們研究的“亞軌道+可重複+運載器”,就是為了在卡門線附近活動,比如旅遊呀,送快遞什麼的。

透過大運力,可重複,降低使用成本,來提高亞軌道飛行器的市場競爭力。

至於實現方式,實際上我國航天人早有技術討論,詳細可見本文第二部分,已經熟悉“921”立項過程的可以直接跳轉到第三部分閱讀。

02 “863計劃”早已有討論,錢學森提出寶貴建議

1986年,王大珩、王淦昌等四位老專家提出了《關於跟蹤研究外國戰略性高技術發展的建議》得到批准,經過數百位專家反覆論證,形成了著名的“863計劃”。

這個計劃包含領域眾多,有15個主題專案,其中航天技術位列第二,簡稱為863-2領域。次年該領域成立了專家委員會。專委會下面又設兩個專家組,分別研究:大型運載火箭及天地往返運輸系統,代號“863-204”;二是載人空間站系統及其應用,代號“863-205”。

“863-204”專家組採取招標的方式,針對該系統技術方案,進行了招標討論。1987年,應標單位提出了11種天地往返方案,透過專家組篩選選取了6種。

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這6種方案中只有第五研究所508所主張試製宇宙飛船,其餘5種都是不同形式的太空梭:

一院一部提出的天驕一號小型太空梭方案;

上海航天局805所與航空部604所共同提出的“長城一號”太空梭方案;

北京11所提出的“V-2”兩級火箭飛機的方案;

601所提出的“H-2”空天飛機方案;

611所提出仿製法國正在研究的赫爾墨斯小型太空梭;

關於這5種方案的具體情況,在此不再贅述,大家可以自行查閱。

經過廣泛的專家討論、比較,最終形成了決議準備上報:認為“太空梭方案”大大優於“飛船方案”。其中指出:

“載人飛船作為天地往返運輸手段已經處於衰退階段,太空梭可重複使用,代表了國際航天發展潮流,中國的載人航天應當有一個高起點。搞飛船做一個扔一個,不但不能爭光,還會給國家抹黑。”

就在這時期,專家領導小組將這個方案抄送了一份給錢學森,徵求他的意見。此時錢老已經退居二線。但是無論是飛船方案還是太空梭方案,他都再熟悉不過:

第一:1949年,錢學森就闡述了“一個有翅膀的火箭”的太空飛機想法。這個想法影響了美國學界,也讓後來的馬斯克膜拜;

第二:1966年,錢學森就主持過研製宇宙飛船的發展規劃,還試研過“曙光號”飛船,只不過因為特殊原因,最後作罷。

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其實,在筆者看來,論夢想,錢學森肯定夢想能夠成功實現空天飛機的這個技術路徑,因為著名的“錢學森彈道”理論,以及當年他提出“火箭客機”的設想:“像一隻削尖的鉛筆,紐約垂直起飛後,到達洛杉磯的飛行時間將不到1小時”,其實都是太空梭的雛形。

後來,馬斯克基於錢學森的夢想,提出了“1小時全球極速運輸服務”,他的SpaceX公司投入數十億經費研製“超重-星艦”運載器,計劃2028年投入運營;而美國、歐洲軍方也投入巨資研究1小時極速全球運用技術。

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但是,錢老基於實事求是的科學精神,按照當時的國內實際情況,錢老根據自己常說的“量力而行,因己制宜”原則,他建議使用飛船方案,飛船方案也一起上報。

後來經過專家們的進一步討論,結合國外發展情況,根據國情出發,1990年5月,“863—204”專家委員會最終確定了“投資較小,風險也小,把握較大”的飛船方案。並於1992年9月21日形成了最後的決策,也就是著名的“921工程”。

此後發展,大家有目共睹。在我們載人航天迎來里程碑發展之後,曾經的幾個太空梭方案也逐漸被嘗試實踐。

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根據網友整理的“863-204”整理的方案實施情況表可以看出,除了“帶主動力的太空梭”這個方案,其餘部分我們都在進行之中。當然,這是基於“神箭+神舟”完全成熟之後的事情了。請記住上面這張表,後面文章需要參照。

03 “過於先進,不便展示”的中國亞軌道運載器和航天器

“過於先進,不便展示”這句話最近被廣泛使用,具體到航天上卻是不同的概念,我們從公開資料中稍微梳理一下,以便於做一位合格的航天迷,至於更多詳情,小編建議你去搜搜龍樂豪院士的科普講座,認真學習一下。

最近航天領域迎來了好訊息:由火箭院研究發展部牽頭申報的

“亞軌道遠端空天運輸系統總體設計與控制技術”專案順利透過評審

,獲得立項支撐。

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其實,在除了“神箭+神舟”方案是全程公開進行的,“863-204”方案中我們其他嘗試也在進行,我們比較熟悉的有幾個:

第一:升力式亞軌道運載器重複使用飛行試驗

2021年7月16日,航天科技集團一院自主研製的亞軌道重複使用演示驗證專案運載器首飛成功;

2022年8月26日,航天科技集團一院自主研製的升力式亞軌道運載器重複使用飛行試驗獲得圓滿成功。

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這兩次試驗是相關聯的,都是“亞軌道運載器的重複使用飛行試驗”。意味著,從演示驗證到圓滿成功,我們這款尚未正式對外公開命名的亞軌道運載器獲得了成功,我們可以根據它的原理,稱它為“升力式亞軌道運載器”。它從酒泉衛星發射中心點火起飛,按照設定程式完成飛行後,平穩水平著陸於阿拉善右旗機場。

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按照相關資料顯示,它是航天科技集團的可重複使用的三步走路線中的一部分,也就是龍樂豪院士講座中所說的“AT-1BS升力式火箭”的亞軌道運載器,其全複用運載器的第二級就是一架帶動力的小型太空梭。

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這個發射系統就是“火箭飛機”,運載器與火箭垂直髮射到達卡門線附近,兩者分離,第一級火箭再入大氣層,滑翔返回在跑道上;而運載器的二級火箭點火,帶著有效載荷飛往預定軌道。

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但是,目前試驗的運載器還比較小,沒有配備入軌所需的動力系統,還不能直接用作運載系統的第二級,但它為實現兩級發射系統的全複用奠定了良好的技術基礎,也就是“三步走”中的第一步已經實現,具體分類可以參照《“863-204”整理的方案實施情況表》中“方案4”。

第二:“神箭”運送的試驗航天器

讓大家混淆的可能還有2022年8月5日,同樣從酒泉發射,由長征2號F火箭第18次任務執行的實驗航天器到底是什麼?先看新聞:

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它由長征火箭協助發射送入軌道,顯然它本身不帶運載器,也就是《“863-204”整理的方案實施情況表》中“方案2”:不帶主動力的小型太空梭。但是,它和X-37B小型太空梭不是一回事,可能是“方案4”的一個子系統。

這也不是它的第一次飛行,2020年9月4日首飛,也是由長征2F火箭送入軌道,2天后成功返回。

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透過2次亞軌道運載器的重複使用實驗,加上2次試驗航天器的飛行,如果將“863-204”中的“方案2”和“方案4”進行合併,可以得出結論:航天科技集團“三步走”的可重複使用的三步走路線,透過分步試驗已經基本完成,接下來就是運載器和航天器的結合試驗了。

但也有可能是“863-204”中的“方案2”和“方案4”是單獨進行的,而筆者更傾向於這是“方案4火箭飛機”進行測分部試驗。

因為2個原因:第一,這個方案是中國首創,國外未見同類飛行器;第二,

亞軌道遠端空天運輸系統

立項是火箭院領銜的。

具體的技術路線圖附後,也是正因為這個原因,筆者認為我們的“過於先進,不便展示”與X-37B不是一個概念,要比X-37B更為先進:自帶可回收運載器。

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這一系統採用“垂直髮射-水平降落”,意味著以後可以透過一般的機場都可以實現降落,地勤可以利用現有設施進行維護低成本的亞軌道飛行對於“航班化”的航天運輸來說,不言而喻。

04建立“航班化”航天運輸系統的必經之路

“亞軌道遠端空天運輸系統總體設計與控制技術”正式立項後,航天技術專家在接受採訪時就表示:“在以美國Space-X公司“星箭”火箭為代表的遠端極速運輸系統快速發展的背景下,該專案獲得立項意義重大,是我國開展天地往返運輸系統基礎性研究的重要一步。目前我國實現遠端空天運輸系統的技術途徑比較多,呈現出“百花齊放、百家爭鳴”的發展態勢。”

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這裡說的“百花齊放,百家爭鳴”實際上“863-204”幾個方案中的多種方式,既有依靠火箭發動機實現的,也有火箭發動機和超燃衝壓發動機等組合式發動機實現的。也就是坊間總結的:“航天科技”提出了“火箭動力方案”,“航天科工”提出了“組合動力方案”。

當然“火箭方案”還有“火箭不同構型的發展和重複使用”,“升力式火箭動力重複使用“等等。這裡就不展開說,可以看看龍樂豪院士的PPT。

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而說到“航班化運輸”和“可重複使用”,就不能不提“騰雲工程”,它是“航天科工”提出的組合動力方案,相當於“航天科技”的“三步走”中的第三步,但是區別在於“一級是亞軌道太空梭、二級是水平發射的火箭或者小型太空梭”,也就是“水平起飛-水平降落。”這意味著普通機場都可以勝任飛行發射和降落任務。

區別於“航天科技”的火箭模式,騰雲的組合動力更為強勁,其運載能力也更大,當然網上也流傳出具體的引數,未被證實咱們不過多猜測。但是2021年10月珠海航展上,我們還是看到了“騰雲工程”的“空天飛機”模型。

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網上也有不少效果圖,看起來還是很令人激動的。它集合了火箭發動機、渦輪發動機、亞燃及超燃發動機動力於一身,這也是中國首創的。

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在這樣兩種技術路線的“百花齊放”下,亞軌道遠端運輸系統正式立項,綜合利用這個高度低阻力、高升力進行和滑翔便利,1小時內實現洲際訪問將不是夢想,也就是當年錢老提出的從紐約到巴黎滑行飛行即將成真。

更為重要的隨著我國載人航天的發展,以及後續探月、探火的需要,航天運輸“航班化”已經成為我們開展航天活動的支撐和基礎。

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我國也提出了具體的技術展望:規劃到2045年,實現1小時全球抵達、地面與軌道間以及軌道與軌道間航班化運輸,按需發射,每年總飛行次數達千次量級,總貨運萬噸級,總客運萬人次。

具體的細節包為民院士的《再論航班化航天運輸系統發展展望》一文中已經充分論述,而透過我們對亞軌道運輸系統的瞭解,可以得出三個結論:

第一:我們在“可重複使用天地運輸往返飛行器系統”上已經獲得了重大的技術突破,並且實施了較為重要的一大步,整體技術處於世界領先水平;

第二:相對於國外技術,我們的方案巨頭很多獨創性,報道使用“過於先進,不便展示”絕不是故弄玄虛,而是出於工程保密要求;

第三:“載人航天,人命關天。”我們實現技術路線過程中,始終將安全放在第一位,所以每次是分步驟,充分驗證後實施的,絕不像老牌航天強國那樣,先吹牛,後延期。

寫在後面:

撰寫這篇文章的時候,我家10歲的侄子正好正電腦面前,他用稚嫩但卻好奇的聲音問我:叔叔,以後的航天會怎麼樣?

我告訴他,也許“五雲計劃”(“五雲”,飛雲:臨近空間超長航時太陽能無人機;快雲:臨近空間浮空器;行雲:天基物聯網;虹雲:天基網際網路;騰雲:空天飛行器;飛行列車:新一代交通工具。)已經到了全面實施的時候了,太空航行將不會太遙遠,而希望就在你們下一代。