送你入太空

李會(huì)超

特別的雙體飛機(jī)

平流層發(fā)射飛機(jī)從外觀上看與一般的飛機(jī)有著很大的不同：一般的飛機(jī)僅有一個(gè)機(jī)體，機(jī)體兩側(cè)就是飛機(jī)的雙翼。而平流層發(fā)射飛機(jī)由兩個(gè)機(jī)體組成，每個(gè)機(jī)體各與一側(cè)的機(jī)翼連接。這種設(shè)計(jì)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期就曾經(jīng)出現(xiàn)過，當(dāng)時(shí)美軍迫切需要一種重型戰(zhàn)斗機(jī)，但在戰(zhàn)事緊張的情況下又沒有充足的時(shí)間從頭開始設(shè)計(jì)研制一種全新的飛機(jī)。于是，設(shè)計(jì)師們就把已有飛機(jī)的兩個(gè)機(jī)體連接到一起，構(gòu)成了F-82雙機(jī)體戰(zhàn)斗機(jī)。

飛行過程示意圖

平流層發(fā)射飛機(jī)之所以采用比較特別的雙機(jī)體結(jié)構(gòu)，是為了在兩個(gè)機(jī)體之間提供充足的空間，掛載火箭、飛船等大型航天器，從而成為航天器的發(fā)射平臺(tái)?；鸺蝻w船由平流層發(fā)射飛機(jī)從地面攜帶到半空中釋放，之后點(diǎn)火繼續(xù)飛行，進(jìn)入太空。相比于從地面升空的發(fā)射方式，這種在空中發(fā)射的方式更具靈活性。平流層發(fā)射飛機(jī)可以攜帶火箭到人煙稀少的地方再發(fā)射，火箭的發(fā)射方向也不再需要避開人口稠密的居民聚集區(qū)。同時(shí)，火箭點(diǎn)火時(shí)已經(jīng)具有一定的速度和高度，也避開了低層稠密大氣的阻礙，所以發(fā)射同樣重量的有效載荷時(shí)，相比于地面發(fā)射能節(jié)省不少燃料。

超級(jí)鏈接

亞軌道飛行

亞軌道一般是指距地面20千米～100千米的空域，處于現(xiàn)有飛機(jī)的最高飛行高度和衛(wèi)星的最低軌道高度之間，也稱為臨近空間，大致包括大氣平流層區(qū)域、大氣中間層區(qū)域和小部分增溫層區(qū)域。這一區(qū)域既不屬于航空范疇，也不屬于航天范疇，但對(duì)于通信保障以及對(duì)空對(duì)地作戰(zhàn)等，卻有很大的發(fā)展前景。

在平流層發(fā)射飛機(jī)出現(xiàn)前，也有使用其他飛機(jī)作為空中發(fā)射平臺(tái)的嘗試。然而，這些發(fā)射平臺(tái)都是用民航客機(jī)改裝而成，其最大起飛重量與外形設(shè)計(jì)都限制了空射火箭的發(fā)射能力。一方面，火箭的重量不能超過飛機(jī)運(yùn)載能力的極限：另一方面，即便飛機(jī)的運(yùn)載能力還有余量，如果飛機(jī)機(jī)身的掛載空間已經(jīng)容不下火箭的個(gè)頭兒，那么火箭的規(guī)模就會(huì)受到限制。目前，最大的空射火箭飛馬座XL，其總重量?jī)H有2.3噸，最大近地軌道發(fā)射能力僅為0.4噸，與地面起飛的主流運(yùn)載火箭相比有著很大的差距。而平流層發(fā)射飛機(jī)擁有強(qiáng)大的運(yùn)載能力，最高可將重達(dá)250噸的航天器攜帶到半空中發(fā)射，雙機(jī)體的特別設(shè)計(jì)也為攜帶航天器留足了空間。

平流層發(fā)射飛機(jī)

平流層發(fā)射飛機(jī)大量采用民航界的成熟貨架產(chǎn)品作為配件，降低了飛機(jī)研發(fā)的復(fù)雜程度和成本。它的飛行動(dòng)力來(lái)自6臺(tái)普惠PW4056型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)是廣泛用于波音777、空客330等大型民航客機(jī)的普惠PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)家族中的一員。而航電系統(tǒng)、駕駛艙系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)，則采用了波音747-400型民航客機(jī)的現(xiàn)成設(shè)計(jì)方案?？梢哉f(shuō)，平流層發(fā)射飛機(jī)是站在巨人的肩膀上發(fā)展出的一款劃時(shí)代飛機(jī)。

太空旅行飛船

在平流層發(fā)射飛機(jī)研發(fā)的早期，研發(fā)它的縮尺復(fù)合體公司曾經(jīng)與Space X公司洽談，希望Space X能在獵鷹9火箭的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將獵鷹9火箭的9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減為5臺(tái)，為平流層發(fā)射系統(tǒng)提供一種功能匹配的空射火箭。然而，這項(xiàng)合作最終未能達(dá)成。目前，縮尺復(fù)合體公司計(jì)劃讓平流層發(fā)射系統(tǒng)通過一次發(fā)射多枚飛馬座XL火箭的方式來(lái)進(jìn)行初期的運(yùn)行，同時(shí)也在與內(nèi)華達(dá)山脈公司探討空中發(fā)射追夢(mèng)者載人飛船的可能性。

縮尺復(fù)合體公司可以說(shuō)是航天工業(yè)界使用雙體飛機(jī)發(fā)射航天器的行家。在平流層發(fā)射飛機(jī)試飛成功前，這家與英國(guó)維珍銀河合資的公司還曾經(jīng)試驗(yàn)過亞軌道商業(yè)載人飛行器“太空船1號(hào)”和“太空船2號(hào)”。

太空船1號(hào)

太空船2號(hào)

太空船1號(hào)和太空船2號(hào)都是亞軌道商業(yè)載人飛行器。和進(jìn)入軌道后能夠環(huán)繞地球多圈的軌道航天器相比，亞軌道飛行器不能完成環(huán)繞地球一整圈的飛行任務(wù)，只能在距離地面較高的位置滑行一段時(shí)間，使乘坐者獲得與航天飛行類似的體驗(yàn)后就返回地面，最大飛行高度在100千米左右。與讓太空游客乘坐軌道航天器環(huán)繞地球相比，亞軌道飛行器可以減少飛行成本，降低去往太空的“船票”價(jià)格。

太空船1號(hào)在2003年至2004年進(jìn)行了17次成功的飛行試驗(yàn)后，維珍銀河公司的研發(fā)重點(diǎn)就轉(zhuǎn)向了更實(shí)用化的升級(jí)版飛船——太空船2號(hào)。太空船2號(hào)的發(fā)射飛機(jī)為雙機(jī)體結(jié)構(gòu)的“白騎士2號(hào)”。白騎士2號(hào)飛機(jī)使用了4臺(tái)用于中小型民航飛機(jī)的普惠PW308發(fā)動(dòng)機(jī)，最大運(yùn)載能力為17噸，比平流層發(fā)射飛機(jī)小了10倍。但由于它是專門為太空船2號(hào)設(shè)計(jì)的發(fā)射飛機(jī)，所以17噸的運(yùn)載能力剛好夠用。在發(fā)射過程中，太空船2號(hào)掛載在白騎士2號(hào)飛機(jī)的兩個(gè)機(jī)體中間，由白騎士2號(hào)攜帶至15000米的高空釋放，太空船2號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)隨即點(diǎn)火，在8秒內(nèi)太空船2號(hào)就達(dá)到了超音速狀態(tài)。隨后，太空船2號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)還將工作70秒，使飛船進(jìn)入一條遠(yuǎn)地點(diǎn)為112千米的亞軌道。這個(gè)高度已經(jīng)越過距離地面100千米的“卡門線”，進(jìn)入美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)下的宇宙空間。在返回地球的過程中，太空船2號(hào)的尾翼翹起，使飛船所受的阻力增大，逐漸減速，并最終在機(jī)場(chǎng)著陸。除了兩名駕駛員外，太空船2號(hào)最多可以搭載6名乘客。

太空船2號(hào)的票價(jià)暫定為25萬(wàn)美元一張，這個(gè)價(jià)格對(duì)于一般人來(lái)說(shuō)當(dāng)然比較昂貴，但與俄羅斯之前開展的2 000萬(wàn)美元一次的國(guó)際空間站太空旅游相比，則要便宜得多。船票在2007年開放預(yù)訂后銷量很好，目前已經(jīng)售出500多張。然而，付了錢的乘客們可能需要再等幾年才能真正成行。2014年，太空船2號(hào)序列中的“企業(yè)號(hào)”在測(cè)試中發(fā)生事故，飛船損毀，一名試飛員殉職。在查明事故原因后，維珍銀河公司又制造了另一艘飛船——“團(tuán)結(jié)號(hào)”。2019年2月，團(tuán)結(jié)號(hào)飛船首次搭載試飛員實(shí)現(xiàn)了三人太空飛行。未來(lái)，在完成50—100次飛行測(cè)試，徹底驗(yàn)證飛船的安全可靠性后，維珍銀河公司才會(huì)正式邀請(qǐng)乘客乘坐飛船，體驗(yàn)太空飛行的樂趣。

平流層發(fā)射飛機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，只等相配的飛船誕生，人們就可以“站在它的肩膀上”直沖云霄，漫游宇宙了！