我国亚轨道运载器是空天飞机吗？

也许有人会说，我国可重复使用亚轨道运载器都已经试验快满两个月了，你怎么现在才发这样的文章呢？还有几个人看啊？俗话说：好酒不怕时间长！

上图为空天运载飞行器想象图

我国今年7月16日试验的可重复使用亚轨道运载器，由于官方媒体没有披露该飞行器的视频和图片，有关研究单位又“凡尔赛”式的回复，从而使国内外网民产生各种猜测。很多网友认为是空天飞机，也有不少网友认为就是去年9月4日试飞的那架可重复使用的太空飞行器，甚至有人认为是亚轨道轰炸机。笔者不妨与大家分析一下它究竟是一种什么样的飞行器。首先让我们仔细看看央视新闻的报道。

以上图片是剪辑央视新闻头条号的报道

报道的“亚轨道重复使用运载器”，那就是说这个飞行器主要是在亚轨道飞行的。那么，亚轨道是指哪个范围？通常来说，地面以上20千米～100千米的这个高度范围则被称为亚轨道。而20千米以下则是普通航空飞机的飞行高度，虽然也有航空飞机飞行高度能达到30千米的，比如美国的SR-71“黑鸟”侦察机，但毕竟它是一款特殊的航空飞机。10千米～50千米是平流层的范围，由于平流层越靠近顶部温度就越高，空气也越稀薄；普通喷气发动机对空气的密度要求很高；因此，能飞上30千米以上高度的航空飞机都不可能使用普通喷气发动机，而且机体材料也不是普通飞机使用的材料，气动构型也不是传统飞机的气动构型。所以美国SR-71“黑鸟”侦察机使用的发动机是涡喷/冲压变循环发动机，其机体外壳采用的是钛合金，气动构型采用类似乘波体外形的机身。

上图为美国SR-71黑鸟侦察机

严格意义上来说，亚轨道是指航空器飞行的最高高度至卫星轨道的最低高度（120千米）。已经有飞行高度达30千米的飞机，那么亚轨道最低高度应该是30千米。目前太空运行的最低轨道卫星是近地轨道的侦察卫星，高度一般在距离地面200千米的轨道。普通低轨卫星一般在300千米左右，空间站的高度大约在400千米。由于卡门线（100千米）至200千米轨道范围还有少量很稀薄的空气，而且这个距离也容易受地球引力的影响，一般都不会作为卫星的运行轨道范围。因此，严格意义上的亚轨道应该是距离地面30千米至200千米高度的范围。由于卡门线100千米以上属于太空，也达到卫星运行的最低轨道；亚轨道飞行器也刚刚好上到太空区域释放低轨道卫星或航天飞机。

上图为亚轨道运载器想象图

亚轨道重复使用飞行器与空天飞机有什么区别呢？亚轨道飞行器是指飞行器飞行高度达到太空低轨道；因速度、高度和地球引力因素，在太空飞行不能形成围绕地球一圈的完整轨道，需再入大气层的飞行器。比如弹道导弹和DF-17之类的水漂弹，都是属于亚轨道飞行器。由于亚轨道飞行器速度不超过20马赫，一般在15马赫左右，或采用无动力飞行，所以需要火箭发射作为冲出大气层的动力。到达太空后可以凭借自身的动力或惯性力，能够在短时间、短距离内把卫星或航天飞机送达低轨道位置。

由于亚轨道飞行器再入大气层的速度高达10～20马赫，在大气层与空气摩擦产生的温度非常高。重复使用的亚轨道运载器在材料的耐热性能上肯定会远远超过弹道导弹弹头，并且在气动构型上会采用自适应气动变形或机翼变动来适应不同空域飞行；而且自适应变形还能为该飞行器在不同空域控制飞行速度、机动动作和稳定性，从而使该飞行器能够可靠、稳定地水平降落。

上图为航天科工展览的“腾云”空天飞机

空天飞机与重复使用亚轨道运载器是完全不同的两种飞行器。空天飞机又称为航空航天飞机，既能在大气层内，又能在大气层外飞行；是一种能够在普通机场起飞，飞行高度达太空任意轨道，能够在太空、高空和中低空长时间飞行的跨空域、跨速域的跨域飞行器。空天飞机综合了航空技术和航天技术，是航空、航天两个领域复杂技术的结合体。能够载人、载货进行太空和大气层的自由进出运输，也能够用于太空和亚轨道空域的军事服务，是未来争夺制空权和制天权的革命性武器。

空天飞机是一种除航天飞机、亚轨道飞行器之外的另一种能够在太空飞行和自由往返太空和地面之间的未来飞行器，也是航天飞机和亚轨道运载器的升级版。由于空天飞机需要像普通飞机一样在机场水平起飞，起飞后逐步加速到1.6万公里～3万公里每小时的高超音速在大气层内飞行；在接近100千米太空门坎之前的飞行速度会保持在25马赫或以上，从而直接进入地球轨道，成为与航天飞机一样的航天飞行器；返回大气层后，会像普通飞机一样在机场水平着陆。

上图为空天飞机想象图

空天飞机与航天飞机、亚轨道运载器的气动构型会有很大的区别。航天飞机使用的是火箭发动机，亚轨道运载器使用的是比航天飞机发动机功率小很多的火箭发动机，或者根本就不用发动机，采用惯性跳跃式飞行。而空天飞机使用的则是非常复杂的组合动力发动机，简单来说就是涡轮喷气发动机+冲压发动机+火箭发动机的组合循环发动机。两种发动机对大气层空域的适应、需求条件完全不一样，组合动力发动机在大气层中需要吸收空气压缩燃烧、冲压燃烧来适应大气层的环境。而航天飞机和亚轨道运载器再入大气层后，可以关闭火箭发动机，利用惯性飞行、或打水漂飞行，以及利用机体气动调节来控制飞行器的速度和方向。空天飞机再入大气层则能够像航空飞机一样，可以自由的在大气层不同空域机动巡航或作战。航天飞机和亚轨道运载器采用火箭助推器垂直起飞送入太空，而空天飞机则在机场水平起飞到太空。空天飞机在飞行时段速度、高度和大气变化非常大，起飞从0到25的马赫数不断根据不同空域、不同大气环境的自适应逐步加速变化。再入大气层返回机场的时间三者也不相同，航天飞机和亚轨道运载器只需十几分钟，而空天飞机则需要1～2小时。因此，三者的发动机结合机体的构造也就有天壤之别。

上图为美国X-37B航天飞机

由于空天飞机发动机采用的是组合动力发动机，在涡轮喷气动力工作时，可以使空天飞机在机场水平起飞；当时速超过2400公里时，就自动转换为冲压动力工作；从而使空天飞机在60千米高度内以时速达3万公里的速度飞行，超过60千米高度再用火箭发动机加力，空天飞机就像火箭一样直接冲出大气层进入太空。由于空天飞机在大气层中飞行受空气摩擦，随着速度加快，空气阻力也急剧上升；因为这种因素，机体外形也必须设计为高度流线型，因此，高度流线型的空天飞机发动机与机身必须一体化融合构造，形成高度流线化的整体外形。在空天飞机的一体化外形设计中，最关键而又复杂的当属进气道与排气管的几何形状设计。进气道和排气管应随飞行速度的变化而变化，以便自适应调节进气量；从而使发动机在低速工作时能产生额定推力，而在高速工作时又能降低油耗，同时还要保证进气道有足够的刚性和耐高温性能，以便空天飞机在返航再入大气层的过程中，能够经受住超高速气流和气动力摩擦热的作用，使得进气道不至于发生明显变形，这样才能重复使用。

上图为我国组合动力发动机验证飞行器

在结构材料上，空天飞机需要重复使用，必然需要经受住多次出入大气层的热烧蚀考验。特别是以高超声速返回大气层时，气动加热会使机体表面达到极高的温度。一般来说，机头部位的平均温度会达到大约1800℃，机翼和尾翼前缘也会达到大约平均1460℃，机身下表面大约达到980℃，上表面约760℃。空天飞机的防热材料要求非常高，在返回大气层的飞行过程中，机头和翼前缘表面最高温度可达到2760℃。像这么高的温度，而且返回地面用时又远远超过航天飞机和亚轨道飞行器的时长，再沿用航天飞机的块状氧化硅防护瓦就不适用了。由于航天飞机和亚轨道飞行器再入大气层时的气动加热时间短，机体表面覆盖氧化硅防热瓦即可达到理想的防热效果，而对于空天飞机来说却远远不够。如果空天飞机使用加厚的氧化硅防热瓦，其机体重量就会大大增加，而且防热效能也不见得理想，甚至影响重复使用。再加上空天飞机在起飞爬升阶段需要经受自身的冲击力、振动以及空气摩擦等作用，再入大气层返回阶段还要经受颤振、抖振和起落架摆振的作用。因此，空天飞机必须有一个质量轻、耐热性能好，而且能够重复使用的防热、散热系统。

上图为我国变形金刚空天飞行器想象图

由于空天飞机的防热、散热系统既要保持良好的气动外形，又必须能够长期重复使用，维护保养又方便，可见其技术难度相当高，研制周期必然比较长。现在科学家已经研制出了一种新型的复合材料来代替氧化硅防热瓦，并且还在一些特殊位置采用新型冷却装置，从而避免了气动加热过程中的高温伤害。

由于空天飞机使用的发动机比较特殊，最高速度也必须达到25马赫，而且还能长期重复使用。机体构型需要适应不同空域飞行的气动外形，并且具有减轻发动机负荷的优势，而且还必须具备机动过载的稳定性。要研制出达到这种飞行速度、气动外形的空天飞行器，目前世界上的风洞还完成不了这个任务，恐怕只有等我国30倍音速的JF-22风洞建成后才能实现。由此可见，研制空天飞机的难度要比航天飞机和亚轨道运载器难度高得多。

上图为我国神龙航天飞机想象图

我国今年7月16日发射的亚轨道重复使用运载器究竟是不是去年9月4日发射的那架太空飞行器呢？今年发射的亚轨道运载器，在发射升空后按照设定程序完成飞行任务后，平稳水平着陆于阿拉善右旗机场。而去年9月4日发射的是可重复使用的航天飞行器，并且在太空轨道上飞行了两天后，于9月6日成功返回预定着陆场。虽然两者同样都是采用火箭发射，但是，能够在太空飞行两天时间的重复使用飞行器，毫无疑问就是航天飞机。而今年7月16日发射的飞行器，央视已经清清楚楚报道是可重复使用的亚轨道运载器，两种飞行器根本就不是一个概念。航天飞机是一种能够长期在太空飞行的一种飞行器，而亚轨道飞行器是不能长期在太空飞行的；因为亚轨道飞行器在太空脱离助推火箭后的初速达不到太空轨道飞行的第一宇宙速度，所以不能在太空围绕地球完整圆圈长时间飞行；它只能在太空低轨道短时间飞行，飞行轨迹也是椭圆形逐渐下降回到地面的。虽然打水漂再入大气层也称为亚轨道飞行，同样这种飞行方式也不能长时间在太空，打水漂也会随着惯性力减弱而逐渐下降高度。所以，今年发射的亚轨道重复使用运载器与去年发射的航天飞机毫无相关，更与空天飞机相差一代，是空天飞机的过度机型。