神秘的「騰雲工程」：中國空天飛機之夢

前不久被北方戰鬥種族的一條新聞刷了屏。近日，俄羅斯高級研究基金會（FPI）宣布，俄羅斯成功測試了新一代液體燃料脈衝爆震發動機，此次成功代表著「太空旅行的未來」。

▲好耀眼的火光，看起來還是很高端的。。。

脈衝爆震發動機，熟悉軍事的小夥伴應該有所耳聞。這款被專家稱為夢幻動力的發動機。全稱「脈衝爆震波發動機」，顧名思義是一種採用爆震燃燒產生的爆震波來壓縮氣體產生動力的新概念發動機。

與傳統航空發動機相比省去了壓氣機，渦輪機等部件，使其具有維護簡便，成本低廉的特點。同時具有推重比高，結構簡單的優點。導彈、火箭、空天飛機均可使用此款發動機，故被稱為21世紀最有潛力的發動機。不過其距離實用還有一些技術難點。首先得解決運行過程中的劇烈震動和高雜訊。不過此種小路障又怎能阻止人類前進的步伐呢！

除了脈衝爆震發動機外還有英國的「佩刀」（SABRE）,一款協同吸氣式火箭發動機（組合動力）。佩刀的核心技術是將來流空氣快速冷卻的預冷卻技術。可以在百分之一秒內將1150攝氏度的氣流冷卻，使飛行器以每小時3500英里的速度飛行。在燃燒室中，低溫液態氫與氧化劑充分混合燃燒，並使用了氮迴路循環。

▲未來裝載著佩刀的Skylon空天飛機

相比傳統航空發動機佩刀的效率更高，更加環保。傳統航空發動機飛行速度超過每小時1900英里後就會出現無法吸氧的情況，要想到達五倍音速就必須通過一些精巧的設計來解決這一問題。

一旦飛行器抵達平流層上端時，發動機就會轉入火箭模式，可以在軌道上運行大約36個小時，甚至可以用其發射衛星。噴氣引擎的創始人艾倫·邦德認為空天飛機用於發射衛星具有良好的優勢，相比較而言火箭發射衛星的花費更大，當「佩刀」發動機研製成功後，就可以實現低廉的衛星發射任務，也可以為空間站運送物資，甚至是在軌道上組裝一個更大型的飛船。「佩刀」發動機能夠實現飛行器的水平起降和單級入軌，在軍事和民用方面具備很多應用潛力。「佩刀」發動機適合作為空天往返飛行器動力。

以「佩刀」為動力的空天往返飛行器可用於執行空天運載，實施衛星和空間望遠鏡部署、捕獲，空間站對接及全球範圍內的應急快速偵察監視任務，實現與美國正開展的X-37B項目類似的功能，但進出空間的方式較X-37B大為簡化。此外，AFRL(美國空軍研究實驗室的簡稱）對「佩刀」發動機的循環方式進行驗證之後，表示目前正在考慮能夠使用「佩刀」發動機的高超聲速飛行器。目標是在2020年建成發動機地面驗證機，集成所有組件，驗證整個發動機循環的性能。

該技術最終將產生低成本、高可靠性、可重複使用的發動機，有望應用於未來運載器。未來運載器將執行與當前火箭相同的工作，並可像飛機一樣運行，徹底改變進入空間的模式。

X-37B

「佩刀」發動機的誕生可以追溯到上世紀80年中期。那時許多國家,為了降低天地往返運輸的費用，紛紛提出了多種水平起降的空天飛機的方案，其中最著名的是英國採用預冷式吸氣火箭的「霍托爾(HOTOL)」、美國採用超燃衝壓發動機的「東方快車（NASP）」和德國採用渦輪衝壓組合發動機的「桑格爾（Sanger）」。在這些方案中，最關鍵的是其推進系統各不相同。到了90年代，這三國的空天飛機相繼下馬，但英國曾參與「霍托爾」研製的三名主力仍然堅持前行，於1989年成立了英國反應發動機公司，並自籌資金，低調實施 「雲霄塔（Skylon）」空天飛機計劃，進行了大量的技術創新，特別是在發展「佩刀」發動機方面，取得了重大進展。

「佩刀」發動機具有兩種工作模式。在火箭模式下,發動機以閉循環液氧/液氫高比沖火箭發動機工作；在吸氣模式下(從起飛階段到Ma大於5),液氧氣流被大氣中空氣所代替,使發動機比沖增加了3-6倍。此時，空氣流被吸入發動機,並在壓縮之前被冷卻至很低的溫度。氫燃料在進入燃燒室之前作為閉循環氦迴路的冷卻劑,而冷卻的氦氣則用於冷卻空氣。「佩刀」發動機的關鍵組成部分是預冷熱交換系統，該系統能冷卻進氣口吸入的空氣。熱交換系統由許多螺旋形纏繞的細小管道組成，空氣通過熱交換器時被管中流動的氦氣冷卻。反應發動機公司為此攻克了兩個關鍵技術，其一是製造技術，他們採用了鉻鎳鐵718合金管，孔徑為0.98mm,厚度為4008m,它能確保良好的熱交換性能而沒有物理強度的降低。其二是霜凍堵塞的控制技術。若「佩刀」發動機研製成功，就可在其基礎上發展兩級入軌的空天飛機，進而發展單級入軌的「雲霄塔」空天飛機。

不要心塞，中國也有自己的空天計劃。 在前些日舉行的第二屆中國商業航天高峰論壇上，中國航天科工集團公司發布了我國商業航天領域未來發展的宏偉藍圖，將重點實施飛雲、快雲、行雲、虹雲、騰雲五大商業航天工程，持續構建快舟、開拓、羽舟、巧舟、輕舟五大系列運載系統，其中的「騰雲工程」，將研製一種能從機場起飛後直鑽太空的空天飛機。

「神龍」飛行器，被認為與中國的空天飛機計劃有關

「騰雲工程」屬於空天往返飛行項目，將突破以組合動力、機體/推進一體化技術為代表的核心技術，建成空天飛行器技術綜合研究體系。其中以研製空天往返飛行器為主。

騰雲計劃中的空天往返飛行器是可執行航天發射任務，並多次重複使用的新一代天地往返飛行器，也可稱為空天飛機，它可在地面機場水平起飛，在大氣層中飛行後進入太空，這種飛行器具有廉價、安全、便捷、機動等優勢，也是國際上天地往返運輸領域的研究發展熱點。

中國空天飛機想像圖

也許在未來，中國人自己的空天飛機，將在人類的宇宙探索中起到巨大的貢獻，期待巨龍之爪深入太空吧！