康開華（北京航天長征科技信息研究所）

“云霄塔”（SKYLON）是一種類似于航空飛機(jī)的空天飛機(jī)，它可從跑道上起飛、入軌，在返回再入大氣層之前執(zhí)行如發(fā)射衛(wèi)星、向空間站運(yùn)送成員或供應(yīng)品等任務(wù)，采用滑翔返回并著陸于傳統(tǒng)跑道上。不同于當(dāng)前的天地往返系統(tǒng)，“云霄塔”能完全重復(fù)使用，可執(zhí)行操作飛行任務(wù)達(dá)200次。

2014年6月，英國再次披露“云霄塔”方案，并將其列入國家空間技術(shù)規(guī)劃，預(yù)計在未來5年內(nèi)將興建一個新的航天發(fā)射場，主要用于空天飛機(jī)的起飛和降落。

1 總體描述

“云霄塔”的研制已超過20年，當(dāng)前完成設(shè)計的構(gòu)型為C1型?！霸葡鏊庇杉?xì)長機(jī)身（包含推進(jìn)劑貯箱和有效載荷艙）、前置翼面、沿機(jī)身大約位于中部的一對三角翼和尾翼組成。發(fā)動機(jī)安裝在翼尖上的弧形軸對稱發(fā)動機(jī)艙內(nèi)。大氣層內(nèi)飛行時，“云霄塔”的俯仰控制由前置翼面來實(shí)現(xiàn)，滾轉(zhuǎn)操作由副翼實(shí)現(xiàn)，其后部安裝的全動尾翼執(zhí)行偏航操作。

“云霄塔”由“佩刀”（SABRE）發(fā)動機(jī)提供動力。該發(fā)動機(jī)具備2種工作模式—吸氣模式和純火箭模式。利用工作在吸氣模式下的“佩刀”發(fā)動機(jī)，“云霄塔”能夠從跑道上起飛，并使其到達(dá)距地面高度26km時的速度Ma達(dá)到5。隨后，“佩刀”發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)換到純火箭發(fā)動機(jī)工作模式，“云霄塔”急劇爬升沖出大氣層以將阻力造成的損失降至最低。

與傳統(tǒng)的一次性使用運(yùn)載火箭相比，“云霄塔”在降低進(jìn)入空間的成本、提高可靠性和效率等方面均提供了大幅度的改進(jìn)。

2 研制歷程

“云霄塔”項目可追溯至20世紀(jì)80年代英國開展研制的“霍托”（HOTOL）空天飛機(jī)研制計劃，該計劃生成了10個基本方案，A～J型，“云霄塔”項目研制產(chǎn)生了3個基本方案，A～C型。

“霍托”研究計劃

20世紀(jì)80年代初，針對多種重復(fù)使用運(yùn)載器（RLV）方案，英國宇航公司（BAe）開展了背景研究，目標(biāo)是研制出低成本、高可靠性、高利用率運(yùn)載器的最佳設(shè)計。最初在英國政府的支持下，羅爾斯-羅伊斯（Rolls-Royce）公司和英國宇航公司共同投資，合作開展“霍托”空天飛機(jī)及其使用的組合循環(huán)發(fā)動機(jī)RB545的研制。

云霄塔－C1基本數(shù)據(jù)及其運(yùn)載能力

云霄塔－C1布局

“霍托”和“云霄塔”系統(tǒng)研究路線

“霍托”起初的起飛總質(zhì)量設(shè)計為200t，近地軌道（LEO）運(yùn)載能力為7t。當(dāng)時的市場分析顯示：“霍托”能夠占領(lǐng)隨后85%的發(fā)射市場份額。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊不斷對運(yùn)載器構(gòu)型進(jìn)行改進(jìn)，并將“霍托”起飛總質(zhì)量提升至275t。

當(dāng)研究團(tuán)隊確定“霍托”利用組合循環(huán)發(fā)動機(jī)完成單級入軌在技術(shù)上是完全可行時，也認(rèn)識到其構(gòu)型存在平衡問題，采用傳統(tǒng)的半硬殼式結(jié)構(gòu)必須依靠國外材料，然而，正當(dāng)研究團(tuán)隊著手解決這一問題時，英國政府拒絕再為其投資，導(dǎo)致“霍托”計劃被迫終止。

“云霄塔”研制項目

20世紀(jì)90年代初，“霍托”計劃發(fā)起者和RB545發(fā)動機(jī)發(fā)明人一同成立了反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司（REL），繼續(xù)“霍托”的系統(tǒng)改進(jìn)研究。反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司采用創(chuàng)新的方法設(shè)計系統(tǒng)，以解決“霍托”突出的技術(shù)問題。新設(shè)計的運(yùn)載器命名為“云霄塔”。與“霍托”相比，“云霄塔”的主要變化有：

1）通過將發(fā)動機(jī)置于翼尖，使得空天飛機(jī)的質(zhì)心和重心重合于有效載荷艙，將機(jī)翼移至其中部，同時將推進(jìn)劑貯箱一分為二，前后設(shè)置。這些解決了“霍托”由于平衡而產(chǎn)生的控制問題；

2）研制帶有氦氣環(huán)路的組合循環(huán)發(fā)動機(jī)，提升性能并使發(fā)動機(jī)更加堅固，該新型發(fā)動機(jī)命名為“佩刀”發(fā)動機(jī)；

3）使用帶有低壓恢復(fù)的簡單軸對稱進(jìn)氣道，以便降低發(fā)動機(jī)艙內(nèi)氣壓，減少其結(jié)構(gòu)質(zhì)量；

4）使用復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)性推進(jìn)劑貯箱，降低了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，但需要進(jìn)口國外的材料；

5）起飛時起落架使用水冷卻剎車。

“云霄塔”的設(shè)計過程使用了與“霍托”相同的原理，以275t的總起飛質(zhì)量為開始，最終還將有效載荷的運(yùn)載能力提升至12t。

20世紀(jì)90年代確定了“云霄塔”的構(gòu)型為C1，隨后反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司凍結(jié)了構(gòu)型研究，轉(zhuǎn)而將工作的重點(diǎn)放到技術(shù)研制、試驗(yàn)驗(yàn)證和總體方案驗(yàn)證。

“云霄塔”從C1構(gòu)型發(fā)展到D1構(gòu)型

自20世紀(jì)90年代確定云霄塔－C1構(gòu)型以來，航天技術(shù)發(fā)生了很大變化，機(jī)身與“佩刀”發(fā)動機(jī)的理論和試驗(yàn)研究顯著提升了空天飛機(jī)的性能，因而需要對其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。此外，另一個變化是有效載荷的變化。較早設(shè)計的云霄塔－C1型近地軌道的運(yùn)載能力為12t，在20世紀(jì)90年代看來性能是相當(dāng)高的。但在2008年反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司進(jìn)行的市場分析顯示：隨著通信衛(wèi)星質(zhì)量的不斷增加，“云霄塔”在航天發(fā)射市場所能執(zhí)行的發(fā)射任務(wù)在不斷萎縮，如無法執(zhí)行將質(zhì)量達(dá)8t的“阿爾法平臺”（Alphabus）送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO），這相當(dāng)于將15t的有效載荷送入近地軌道，或是將10t的有效載荷送入“國際空間站”（ISS）運(yùn)行的軌道。因而反應(yīng)發(fā)動機(jī)公司決定增加“云霄塔”系統(tǒng)的性能余量，將其近地軌道的運(yùn)載能力提升至15t，運(yùn)載器的起飛質(zhì)量設(shè)定為325t，該起飛總質(zhì)量作為云霄塔－D1研制的起點(diǎn)。

除關(guān)于有效載荷若干規(guī)定的改變以外，D1型的技術(shù)要求與C1型的技術(shù)要求完全一致，而運(yùn)載能力的提升主要是通過改進(jìn)“佩刀”發(fā)動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。C1型使用佩刀－2發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)已經(jīng)改進(jìn)為佩刀－3發(fā)動機(jī)，吸取了多個發(fā)動機(jī)技術(shù)研發(fā)項目的成果。然而，近年來對“佩刀”發(fā)動機(jī)循環(huán)進(jìn)行了徹底的改進(jìn)，改進(jìn)后的發(fā)動機(jī)稱為佩刀－4。該新型發(fā)動機(jī)提升了工作在吸氣模式下發(fā)動機(jī)的等效比，顯著地降低了液氫的消耗量，其優(yōu)異的吸氣性能使得運(yùn)載器入軌傾角范圍更大，性能損失更少。目前佩刀－4發(fā)動機(jī)的細(xì)節(jié)屬于商業(yè)機(jī)密，尚無法得到發(fā)動機(jī)循環(huán)的詳細(xì)描述，但可以肯定，該發(fā)動機(jī)將用作云霄塔－D1發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)。

“佩刀”發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)組成

“云霄塔”系統(tǒng)由機(jī)體和任務(wù)執(zhí)行組成，其目標(biāo)是：①“云霄塔”系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)特有的近地軌道發(fā)射成本1000美元/kg（2004年幣值）；②“云霄塔”系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的失敗率低于0.1%，有效載荷的損失率低于0.01%；③“云霄塔”系統(tǒng)從接收到明確的發(fā)射指令到執(zhí)行該任務(wù)的時間段少于5天。這些目標(biāo)將作為驗(yàn)證系統(tǒng)組成各部分是否成功的基礎(chǔ)。

機(jī)體

（1）機(jī)身

“云霄塔”機(jī)身由多層結(jié)構(gòu)制成，包括氣動外殼、隔熱系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和貯箱。為了將研制成本和風(fēng)險降至最低，采用現(xiàn)有的或近期可獲得的材料技術(shù)，并利用先進(jìn)的制造技術(shù)和新穎的結(jié)構(gòu)方案來實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)設(shè)計?！霸葡鏊钡囊豁椫匾镄戮褪鞘褂昧朔怯矚な浇Y(jié)構(gòu)，承載主要載荷的結(jié)構(gòu)是一個桁架結(jié)構(gòu)，該桁架結(jié)構(gòu)由碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。鋁制推進(jìn)劑貯箱通過凱夫拉爾帶懸掛于該結(jié)構(gòu)內(nèi)。氣動外殼外部采用了耐高溫的碳化硅纖維增強(qiáng)玻璃陶瓷材料。

（2）機(jī)翼

機(jī)翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計基于飛機(jī)使用的方法。翼梁（可能使用復(fù)合材料制造）作為主承載結(jié)構(gòu)穿過機(jī)翼，每根翼梁將貫穿整個翼展。翼梁的間隔使得足以收回起落架，而不影響結(jié)構(gòu)的完整性。機(jī)翼的氣動外殼與機(jī)身相同，翼前緣計劃采用碳-碳材料，利用鉚接的方法將蒙皮固定到機(jī)翼結(jié)構(gòu)上。通過細(xì)銷接頭處理縱向熱膨脹，通過肋狀構(gòu)架處理橫向的熱膨脹。相對于整個機(jī)翼，副翼的尺寸非常重要，其結(jié)構(gòu)采用懸臂熱結(jié)構(gòu)。這扇類型的翼肋和翼梁結(jié)構(gòu)與當(dāng)前通常采用的技術(shù)途徑相比更輕，并易于實(shí)現(xiàn)。

（3）“佩刀”發(fā)動機(jī)方案

“云霄塔”的成功關(guān)鍵取決于能否成功研制出“佩刀”發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)設(shè)計既可操作在吸氣模式下（利用大氣中的氧氣和運(yùn)載器攜帶的液氫），又能工作在火箭發(fā)動機(jī)模式下（利用運(yùn)載器自身攜帶的液氫和液氧）。特別是，“佩刀”發(fā)動機(jī)工作在吸氣模式下能夠提供較高的推重比，并且燃燒的消耗量適度。同時，在發(fā)動機(jī)工作模式變換時又能轉(zhuǎn)換為一臺高性能火箭發(fā)動機(jī)。由于“佩刀”發(fā)動機(jī)工作在吸氣模式下時基于渦輪基循環(huán)，因此發(fā)動機(jī)能夠產(chǎn)生靜推力（不同于沖壓噴氣發(fā)動機(jī)），并且發(fā)動機(jī)的研制可在戶外的試驗(yàn)設(shè)施中進(jìn)行。“佩刀”發(fā)動機(jī)最基本的特征是吸氣發(fā)動機(jī)與火箭發(fā)動機(jī)的高度集成，并且將重復(fù)使用的設(shè)備降至最少。

“佩刀”發(fā)動機(jī)關(guān)鍵操作參數(shù)

在2種操作模式下，發(fā)動機(jī)使用類似火箭發(fā)動機(jī)的高壓燃燒室，并且在吸氣模式下，利用高壓力比的空氣壓縮機(jī)將吸入氣體壓縮至高壓。通過2種推進(jìn)模式下采用同一套火箭燃燒室、噴管和渦輪泵，避免了因增加獨(dú)立的吸氣式發(fā)動機(jī)而導(dǎo)致的質(zhì)量增加，同時吸氣發(fā)動機(jī)在上升段飛行工作期間，消除了不工作的火箭發(fā)動機(jī)的底部產(chǎn)生的阻力。

與其他吸氣式方案相比，盡管“佩刀”發(fā)動機(jī)的比沖相對較低，但其擁有更高的推重比。與火箭推進(jìn)模式相比，“佩刀”發(fā)動機(jī)的推重比優(yōu)勢更加明顯。此外，該發(fā)動機(jī)還具有一個顯著的優(yōu)勢，即它能夠操作在Ma為0～6的范圍，這確保了可在地面利用基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行試驗(yàn)，而無需利用昂貴的大型風(fēng)洞或飛行試驗(yàn)設(shè)備。

“佩刀”發(fā)動機(jī)與其他推進(jìn)系統(tǒng)相比較

任務(wù)

“云霄塔”的任務(wù)執(zhí)行始于總裝廠房內(nèi)安裝有效載荷的操作。隨后，該空天飛機(jī)將被牽引至燃料加注坪，加注液氫、液氧和氦氣。一旦“云霄塔”完成推進(jìn)劑的加注和加電操作，將牽引至跑道。

“云霄塔”在靜止條件下，發(fā)動機(jī)采用吸氣模式點(diǎn)火操作，燃燒液氫燃料和預(yù)先冷卻的壓縮空氣。當(dāng)標(biāo)稱的性能得到驗(yàn)證后，釋放剎車，“云霄塔”以類似于高性能噴氣飛機(jī)的模式開始從跑道上滑跑起飛。

起飛后，“云霄塔”爬升并加速到達(dá)其預(yù)先確定的軌跡，持續(xù)飛行約11.5min到達(dá)高度26km，速度Ma達(dá)到5.1。此時“云霄塔”下靶場距發(fā)射場620km，推進(jìn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到純火箭動力系統(tǒng)，在同一個燃燒室內(nèi)燃燒液氫和液氫。在這個轉(zhuǎn)換期間，“云霄塔”執(zhí)行優(yōu)化操作以達(dá)到最大性能。在火箭動力下，“云霄塔”迅速爬升，經(jīng)4.75min后，主發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，“云霄塔”到達(dá)距離地面80km高度處。

“云霄塔”的上升段和下降段軌跡

組裝臺上的熱交換器模塊

隨后，“云霄塔”釋放主推進(jìn)劑貯箱內(nèi)的殘余推進(jìn)劑，繼續(xù)沿著彈道軌跡飛行44min，到達(dá)300km高度的遠(yuǎn)地點(diǎn)。此時，“云霄塔”的軌道機(jī)動推進(jìn)系統(tǒng)點(diǎn)火工作，使其飛行在一個近圓軌道上。執(zhí)行完例行的檢查操作后，“云霄塔”打開有效載荷艙門，部署有效載荷，而后有效載荷獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)。

至此，“云霄塔”準(zhǔn)備返回基地。有效載荷艙門關(guān)閉后，軌道機(jī)動系統(tǒng)（OMS）發(fā)動機(jī)點(diǎn)火執(zhí)行制動燃燒操作，以便實(shí)現(xiàn)合適的再入速度向量。通過預(yù)先計算的軌跡，該機(jī)動操作使“云霄塔”返回發(fā)射場（或任何其他制定的著陸場）。通過一系列S形轉(zhuǎn)彎（與航天飛機(jī)相同的方式），“云霄塔”利用能量管理實(shí)現(xiàn)無動力滑翔下降返回操作。

4 最新進(jìn)展

技術(shù)驗(yàn)證

“云霄塔”項目的技術(shù)驗(yàn)證主要圍繞“佩刀”發(fā)動機(jī)和機(jī)身2個方面展開，重點(diǎn)是開展“佩刀”發(fā)動機(jī)技術(shù)的演示驗(yàn)證項目。

（1）第一階段

2009年，反應(yīng)發(fā)動機(jī)公司獲得歐洲航天局（ESA）和私企的聯(lián)合投資，開始發(fā)動機(jī)技術(shù)驗(yàn)證項目第一階段的工作。該階段的工作主要有3個方面：氧化劑冷卻燃燒室、補(bǔ)償噴管和熱交換器模塊的制造。

由于“佩刀”發(fā)動機(jī)使用液氫推進(jìn)劑冷卻進(jìn)入空氣，并且液氫不能用作發(fā)動機(jī)燃燒室的冷卻劑，因此氧化劑（空氣或液氧）必須執(zhí)行冷卻燃燒室的任務(wù)。為研究冷卻方法，歐洲航空航天防務(wù)公司（現(xiàn)已更名為空客防務(wù)與航天公司）和德國航天局進(jìn)行了詳細(xì)的研究，測試了2種試驗(yàn)燃燒室，第一種研究使用液氧冷卻工作在火箭模式下的“佩刀”發(fā)動機(jī)，第二種研究采用空氣和液氫組合氣膜冷卻工作在吸氣模式下的“佩刀”發(fā)動機(jī)。2010年成功地完成上述研究工作。

補(bǔ)償噴管技術(shù)驗(yàn)證項目建立在2009年初完成的膨脹偏轉(zhuǎn)噴管靜態(tài)試驗(yàn)項目（STERN）。該項目由反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司獨(dú)自提供資金支持，布里斯托爾大學(xué)作為合作伙伴，已經(jīng)完成超過20次的點(diǎn)火試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這種類型噴管中氣流的復(fù)雜性，并使反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司對噴管的特性有了獨(dú)有的認(rèn)識。

第一階段的主要工作集中在驗(yàn)證預(yù)冷器熱交換器模塊，這些模塊是“佩刀”發(fā)動機(jī)預(yù)冷器的基礎(chǔ)。在阿賓頓（Abingdon）對原始的管材進(jìn)行檢驗(yàn)、機(jī)加工以減少壁厚，加工成需要的外形，隨后與管座集成形成完整的模塊。

（2）第二階段

2011年，在完成技術(shù)驗(yàn)證項目第一階段工作的同時，技術(shù)驗(yàn)證項目的第二階段也正式開始了。第二階段的關(guān)鍵目標(biāo)是驗(yàn)證完整的預(yù)冷器熱交換器，其次是開始研究進(jìn)氣道的氣動力學(xué)。

試驗(yàn)預(yù)冷器的設(shè)計模型

為驗(yàn)證預(yù)冷器各模塊的功能，將第一階段中制造的21個模塊組裝成1個完整的熱交換器，并在反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司進(jìn)行試驗(yàn)。熱交換器的試驗(yàn)還包括防凍技術(shù)，該技術(shù)是一項成熟技術(shù)，已在2002－2004年間開展的驗(yàn)證項目得到檢驗(yàn)。預(yù)冷器試驗(yàn)裝置利用1臺經(jīng)改進(jìn)的“蝰蛇”噴氣發(fā)動機(jī)，抽吸空氣穿過預(yù)冷器。在預(yù)冷器中，利用氦環(huán)路中的液氧對空氣進(jìn)行冷卻。

發(fā)動機(jī)艙中的可切換進(jìn)氣道是確?？刂瓶諝饬魅搿芭宓丁卑l(fā)動機(jī)的關(guān)鍵。唇口處的激波設(shè)計由進(jìn)氣道圓錐體的移動控制，阻止在超聲速時空氣溢出增加阻力。作為第二階段研究的一部分，進(jìn)氣道的操作將經(jīng)歷一系列風(fēng)洞試驗(yàn)，以驗(yàn)證進(jìn)氣道的理論模型。試驗(yàn)將在Ma分別為3和5的情況下進(jìn)行。

（3）第三階段

第三階段的主要目標(biāo)是制造“佩刀”的Block-1型發(fā)動機(jī)，該型發(fā)動機(jī)設(shè)計用于在2016年完成的“云霄塔”的驗(yàn)證機(jī)上。該階段的驗(yàn)證工作包括開展靜態(tài)驗(yàn)證發(fā)動機(jī)（SCEPTRE）和發(fā)動機(jī)艙試驗(yàn)飛行器（NTV）研制。

第三階段研制工作的重點(diǎn)是靜態(tài)驗(yàn)證發(fā)動機(jī)，它具有“佩刀”發(fā)動機(jī)典型的基本循環(huán)，將有效地驗(yàn)證“佩刀”發(fā)動機(jī)的原理，但該發(fā)動機(jī)在尺寸上與“佩刀”有較大差異。靜態(tài)驗(yàn)證發(fā)動機(jī)使用液氫作為燃料，并安裝有飛行使用的典型預(yù)冷器和再生熱交換器。發(fā)動機(jī)的氣體組件僅選用具有典型功能的組件。該項目還將驗(yàn)證吸氣與火箭模式間的轉(zhuǎn)換。

發(fā)動機(jī)艙試驗(yàn)飛行器是一架一次性使用火箭動力飛行器，其飛行速度Ma約為4.5，飛行器長約9m、翼展2.5m。該飛行器用來降低研制風(fēng)險，驗(yàn)證進(jìn)氣道的操作，更重要的是它將驗(yàn)證進(jìn)氣道的性能控制。飛行器有2個可切換進(jìn)氣道的發(fā)動機(jī)艙、一個內(nèi)部空氣管理系統(tǒng)和典型的沖壓噴氣發(fā)動機(jī)燃燒室，以便驗(yàn)證全部的發(fā)動機(jī)艙系統(tǒng)。

第一階段中開展的技術(shù)驗(yàn)證工作提升了“佩刀”發(fā)動機(jī)的性能，推動了研制改進(jìn)型發(fā)動機(jī)佩刀－4的進(jìn)程。佩刀－4采用了新的循環(huán)方式，提升了吸氣模式下工作的等效比，顯著降低了液氫的消耗量。針對該發(fā)動機(jī)開展的初步研究工作目前已經(jīng)開始，并且第三階段將繼續(xù)設(shè)計工作，完成Block-1型發(fā)動機(jī)的制造圖紙為關(guān)鍵設(shè)計評審做準(zhǔn)備。佩刀－4型發(fā)動機(jī)還需要新的技術(shù)途徑來提升發(fā)動機(jī)技術(shù)準(zhǔn)備水平。

系統(tǒng)評審

2010年9月，英國航天局（UKSA）組織國際專家對“云霄塔”計劃進(jìn)行評審。將近100名企業(yè)家、學(xué)術(shù)界的專家、國際航天機(jī)構(gòu)的主管齊聚英格蘭的哈維爾（Harwell），包括歐洲航天局（ESA）、美國航空航天局（NASA）、俄羅斯聯(lián)邦航天局（RKA）和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的代表。

歐洲航天局對“云霄塔”和“佩刀”發(fā)動機(jī)分別進(jìn)行了評審。對于前者，歐洲航天局認(rèn)為反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司的總體方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計工作證明是可行的，飛行彈道環(huán)境對于運(yùn)載器的影響不大。通過復(fù)雜的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）建模和縮比風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)軌蚴狗桨缚焖俪墒?。對于后者的評估顯示：尚未確定任何關(guān)鍵項目將會阻礙發(fā)動機(jī)的未來研制，同時還對“佩刀”發(fā)動機(jī)循環(huán)和發(fā)動機(jī)組件，以及霧控裝置進(jìn)行了評估。歐洲航天局的總體觀點(diǎn)是：如果發(fā)動機(jī)研制項目按計劃完成，那么利用現(xiàn)有技術(shù)的“云霄塔”是可能實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)動機(jī)艙試驗(yàn)飛行器早期方案設(shè)計

美國航空航天局認(rèn)為，“云霄塔”計劃在技術(shù)上是可行的，但由于其性能余量較小，將有可能在研制期間導(dǎo)致一系列的問題。反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司完全接受上述觀點(diǎn)，對當(dāng)前的云霄塔－D1和佩刀－4研發(fā)項目充滿信心，相信能夠解決評審中所提出的全部問題。

試驗(yàn)

2012年7月英國媒體報道，反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司成功地完成了“佩刀”發(fā)動機(jī)關(guān)鍵組件的第二輪試驗(yàn)。反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司獨(dú)創(chuàng)的預(yù)冷器技術(shù)與噴氣發(fā)動機(jī)和新穎的氦氣冷卻環(huán)路集成，是驗(yàn)證“佩刀”發(fā)動機(jī)中最關(guān)鍵的新技術(shù)?？諝忸A(yù)冷器是“佩刀”發(fā)動機(jī)采用的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)，設(shè)計用來在0.01s內(nèi)將連續(xù)的進(jìn)入氣流從1000℃以上冷卻至－150℃。通過第二輪試驗(yàn)，反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司檢驗(yàn)了“佩刀”發(fā)動機(jī)預(yù)冷器組件的以下特征：①氣動穩(wěn)定性和均勻性；②結(jié)構(gòu)完整性；③大范圍超出飛行包線的振動自由度；④初步的低溫冷卻。

反應(yīng)發(fā)動機(jī)有限公司后續(xù)還將進(jìn)行“佩刀”發(fā)動機(jī)關(guān)鍵組件的第三輪試驗(yàn)，預(yù)冷器將工作在-150℃的溫度環(huán)境下。

此外，“云霄塔”計劃還將于2018年開始執(zhí)行為期2年的試飛項目，該項目將利用2臺樣機(jī)進(jìn)行約400次的飛行試驗(yàn)，以全面驗(yàn)證機(jī)身200次的飛行壽命、所有操作的功能要求、所有終止模式和全部系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié)束語

研制出快速響應(yīng)、高可靠、低成本的單級入軌、完全重復(fù)使用運(yùn)載器一直是航天運(yùn)載器的發(fā)展方向和追求目標(biāo)，世界各國均投入大量資源開展重復(fù)使用運(yùn)載器的研究或研制工作。英國的“云霄塔”項目經(jīng)過20多年的潛心研究，已攻克多項關(guān)鍵技術(shù)，為其計劃于2020年投入商業(yè)運(yùn)營打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

“云霄塔”不僅能夠廉價、可靠、高效率地將有效載荷送入軌道，還能滿足日益增長的商業(yè)發(fā)射需求，并且還可作為遠(yuǎn)程快速武器投送平臺，機(jī)動靈活、快速高效地執(zhí)行各種軍事任務(wù)。一旦研制成功，無疑會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和軍事價值，應(yīng)用前景十分廣闊。

但同時也應(yīng)看到，重復(fù)使用運(yùn)載器的研制具有極大的風(fēng)險，半個多世紀(jì)的發(fā)展歷程表明，一味追求技術(shù)的先進(jìn)性可能導(dǎo)致研究計劃的夭折?！霸葡鏊奔夹g(shù)復(fù)雜，研制受資金、技術(shù)、試驗(yàn)條件、國家政策等多種因素的制約，其能否成功研制還有待于開展的各項地面與飛行試驗(yàn)的證明。