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发信人: dxmxqe (在等待), 信区: Aero
标  题: 国外主要新型可复用运载器发展概况
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年02月14日09:23:59 星期六), 站内信件

江绍东  韩鸿硕

    美　国

　　美国在新型可复用运载器研制方面走在了世界的前列。目前世界上唯一进入使用阶段
的可复用运载器就是美国航天飞机。近10年来，美国在其综合航天运输计划(ISTP)及航天
运载计划(SLI)的支持下，可复用运载器方案百出，研究活动蓬勃开展。但由于研究经费大
大超出预计，美国在2002年10月的2003财年预算修正案中，将SLI无限期搁置。美国可复用
运载器将重点发展“轨道航天飞机”和“空间作战飞行器”以及第三代可复用运载器技术
。

　　(1)轨道航天飞机

　　“轨道航天飞机”(OSP)是一种多用途航天器。它将与现有的渐进一次性运载器(EELV)
和未来的可复用运载器兼容，可乘坐4～6人。OSP将承担国际空间站航天员救生和航天员运
输任务，从而替换俄罗斯的联盟号飞船，并将航天飞机从人员运输中解放出来。据美国航
宇局(NASA)称，OSP将比联盟号飞船具有更高的安全性和可靠性。

　　NASA局长肖恩·奥基夫称，OSP是建立在现有技术基础之上的，因而风险较小，经济可
承受性较好。根据NASA的新计划，OSP将在2010年用EELV发射后，首先作为乘员救生飞行器
使用；到2012年再作为航天飞机的补充往返于国际空间站运输人员和少量物资。

　　NASA需在2003财年向OSP项目增加165亿美元，以启动该项目。该局计划在以后5年的
时间内花费48亿美元来研制这种新型运载器。NASA宣布，OSP的任务清单将在2003年底最终
敲定，2004年开始全面的系统开发工作，2005年进行选择方案评估和OSP初步设计，预计20
06年投产，2010年开始服役。为降低技术风险，NASA将采用X－37试验机进行试验，包括进
场与着陆、先进防热技术和有翼OSP用EELV发射期间经受的上升动力学等。

　　目前NASA设有一个航天运输备份计划，包括确保进入空间和交会与对接技术等。它将
被融入到OSP计划中去。2003年2月，NASA发布了OSP的顶级要求。它是根据ISTP计划所确定
的NASA任务而制定的。这些要求为飞行器及相关系统的设计奠定了基础。2003年9月23日，
NASA宣布已完成系统需求评估，并为OSP制定了一套更加详细的技术规范。OSP系统定义评
估定于2003年11月进行。

　　目前，OSP的方案选择方向趋向于带翼体和弹道密封舱。图1和图2为波音公司的设想图
。

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0601.jpg

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0602.jpg

　　(2)空间作战飞行器

　　“空间作战飞行器”(SOV)是一种能按需及时发射的可复用运载器，可将上面级送入近
地轨道或仅使上面级达到亚轨道速度。它是“军用航天飞机”(MSP)系列中的主要飞行器，
是一种可用于航天发射、操作、侦察和作战的多功能作战平台，不仅可进行天地往返运输
和维修卫星等空间系统，还可摧毁敌方空间系统、拦截弹道导弹和对地进行精确打击。作
为具有应急发射能力的可复用运载器，其远期目标是单级入轨，而近期目标是两级入轨。
它的上面级可以是能重复使用的空间机动飞行器(SMV)，或是一次性使用的通用航天航空飞
行器(CAV)、模块插入级(MIS)和轨道转移飞行器(OTV)。如它可以直接发射CAV，形成远程
对地攻击能力。与远程弹道式导弹相比，由于它能返回并重复使用，从而可节省费用。它
也可以发射激光武器、遥感系统和卫星等有效载荷。此外，它将上面级送入轨道后，还具
有滞留轨道待命和轨道机动能力。SOV完成发射和在轨任务后，可再入大气层在机场跑道上
着陆，并在短时间内重新发射入轨。它集成了航空飞行器和航天器，尤其是可复用航天运
载器等方面的设计思想，是航空与航天技术紧密结合的产物。这种飞行器能在飞机和卫星
的飞行高度之间完成多种作战任务，可与飞机和卫星等构成完整的空天立体攻防体系。

　　SOV机身长通常在10米左右，总重量约10吨，有效载荷一般不小于500公斤。机体结构
主要采用轻质复合材料。主要系统包括防热系统、推进与轨道机动系统、制导/导航/飞行
控制/任务管理系统、机载综合电子系统和能源系统等。图3是SOV的概念图。

　　预计SOV可能在2008年启动研发，2014年前后进行试验样机研制。目前，SOV正在进行
作战任务确定和发展路径规划研究，空军还在进行关键技术研究。NASA第二代可复用运载
器研究计划及X－43等高超声速飞行器计划将支持SOV入轨技术的发展研究。同时，X－40AH
和X－37等计划也在支持SOV在轨控制、再入飞行和着陆等相关关键技术的演示验证研究。

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0603.jpg

　　欧　洲

　　欧空局于1994年2月制定了欧洲未来航天运输研究计划(FESTIP)。FESTIP研究的五大技
术领域分别为结构、材料、推进、热处理和气动热力学。欧空局希望借此计划在2015年前
研制出能发射中小型卫星的可复用运载器，并将发射成本降低到目前成本的10％。后来欧
洲又制定了FESTIP计划的后续计划——未来运载器技术计划(FLTP)。FLTP将利用FESTIP在
概念研究和未来运载器技术方面的成果，重点进行欧洲未来可复用运载器的概念研究和技
术研究。

　　2003年，欧空局要为FESTIP计划制定一个准备计划，即未来运载器预备计划(FLPP)。F
LPP将分两步走，涵盖2003～2010年。第一步(2003～2006年)为成熟化阶段，焦点集中在关
键技术的比较权衡和成熟化。其间将引入一个称为“预先”X、专门用于再入试验的第一代
试验飞行器(与德国国家计划“阿斯特拉”和“不死鸟”1平行进行)，并将进行需求分析和
潜在解决方案分析。第二步(2006～2010年)为验证阶段，将发展X试验飞行器，并进行飞行
验证。

　　在FESTIP计划下提出了“跳跃者”方案(其验证飞行器“不死鸟”1正在德国的“阿斯
特拉”计划下进行研制)，而在FLPP计划下提出了“预先”X试验飞行器和X飞行器。

　　(1)跳跃者

　　“跳跃者”是一种质量500吨、长50米的有翼飞行器，如图4所示。它由一个4公里长的
轨道引导，在一个带推进的磁性橇车上水平发射升空，尔后按亚轨道轨迹飞行到130公里高
度，进行高速级间分离，接着释放出一次性使用上面级，将有效载荷推到最终轨道，最后
返回发射场自动着陆。“跳跃者”每年发射10～20次，90％发至静地转移轨道，静地转移
轨道运载能力为7.5吨。

　　欧洲目前正在利用“跳跃者”的缩比模型“不死鸟”1来验证有翼可复用运载器的自动
着陆能力。

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0604.jpg

　　(2)X飞行器和“预先”X

　　可重复使用的X飞行器是欧洲研制试验飞行器的第二步，其目的是验证高超声速火箭推
进飞行器的可重复使用性、维护性和地面操作。“预先”X是第一代试验飞行器，旨在快速
获得飞行试验结果，以证实和校验尚未在典型环境中进行试验的工具、设备、设计和技术
解决方案，并保证下一代试验飞行器的安全。“预先”X方案是由欧洲航空防务航天公司(E
ADS)提出的，外形如图5。第二代X飞行器分为两类。第一类可能是一个能涵盖着陆前的整
个飞行剖面、并能再飞一次的再入有翼飞行器。第二类可能是一个将飞行至马赫6～8、并
可重复使用几次的自推进有翼飞行器。

　　“预先”X方案的基本型是在再入期间能进行自动控制的升力飞行器。它将由俄罗斯运
载火箭(呼啸号或第聂伯号)发射后伞降回收。现行的“预先”X定义是：质量约1500公斤，
长4米，宽2米，再入期间飞行器由反作用控制系统和气动控制面控制。初步系统评审于200
1年成功进行。

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　　俄罗斯

　　俄罗斯在前苏联可复用航天运输系统的基础上开展了新型可复用运载器研究。近期主
要是发展可复用助推器，包括“贝加尔”有翼助推器。另据有关报道，俄罗斯近期也一直
在探索研究空天飞机方案。它曾于20世纪90年代研究过一种在空中加注液氧的空天飞机方
案，还曾设计过一种军用的“针”空天飞机方案。

　　“贝加尔”是一种可重复使用的第一级带翼助推器。它可飞回发射场以自动方式像飞
机一样着陆，可重复使用多达100次。它有80％的空重可以重复使用，因而可降低结构与运
输成本，预计可使发射成本比质子号火箭降低30％～50％。据赫鲁尼切夫国家科研生产中
心战略计划部国际项目主任奥列格·索科洛夫称，“贝加尔”计划开始于1998年底，目前
作为研发项目利用质子号火箭的商业发射收益来开展。

　　2001年在巴黎航展上展出的“贝加尔”1是一个足尺生产型试验飞行器，用于结构和力
学试验(图6)。试验飞行器上装有转动机翼、涡喷发动机、可收放的起落架和自动飞行与着
陆控制系统。“贝加尔”1对射向没有限制，不会发生由执行完任务的助推器带来的下靶场
破坏。它可与国际市场上的大多数运载火箭兼容。与安加拉运载火箭上面级组合，它可把
有效载荷送入低地轨道。采用双助推器配置，它能把9.3吨有效载荷送至低地轨道，把1吨
有效载荷送至地球同步转移轨道。采用4台助推器配置，它将能把18.4～22吨有效载荷送至
低地轨道，把 4.4～566吨有效载荷送至地球同步转移轨道，把2.5～3.2吨有效载荷送至
地球同步轨道。

　　下一个用于飞行试验的“贝加尔”飞行器正在生产之中，将在安－225运输机上进行系
留飞行，并进行滑翔飞行和借助喷气发动机进行有动力飞行。2001年有报道说，“贝加尔
－安加拉”组合体的首次发射定于2005年进行；而2002年又有报道说，赫鲁尼切夫国家科
研生产中心计划于2006～2007年才开始进行试验。

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0606.jpg

    日　本

　　日本近些年在可复用运载器发展方面主要开展了“希望号”航天飞机及其试验飞行器
“希望”X等的研制计划。

　　1997年日本航天预算大幅度降低，“希望号”计划被取消。日本科技厅建议发展“希
望”X试验飞行器，但该飞行器最近也已被无限期地推迟了。宇宙开发事业团(NASDA)和航
空宇宙技术研究所(NAL)并入新成立的宇宙航空研究开发机构(JAXA)后，相关工作也已归口
到新成立的机构。当前的主要工作是与法国国家空间研究中心(CNES)联合发展一种高速飞
行验证器(HSFD)，以验证飞行器的返回与着陆特性。HSFD是宇宙开发事业团和国家空间研
究中心联合研制使用的一种验证机，属于“希望”X计划的一部分，旨在验证飞行器从空间
返回的最后阶段的关键技术。第一阶段(HSFD－1)验证导航系统和着陆场周围通信设施的性
能，第二阶段(HSFD－2)验证飞行器跨声速飞行气动特性的评估方法和跨声速区制导系统的
设计方法。

　　HSFD－1是“希望”X的1／4缩比模型，长度为38米，质量为735公斤，以喷气式发动
机作为动力系统进行自主飞行，并带有着陆装置。它由普通跑道起飞，到达5公里高度后模
拟轨道航天飞机返回时的13度角下降，以此来采集自动导航、进场与着陆数据。HSFD－1于
2002年10～11月由宇宙开发事业团先后进行了3次飞行试验，验证了自主飞行、自动着陆和
导航系统性能。HSFD－2也是一个缩比模型(图7)，涵盖跨声速飞行剖面。它是一个尺寸和
形状与HSFD－1相同的无动力飞行器，在21公里的高度由一个平流层气球释放。2003年7月
初，HSFD－2在瑞典基律纳进行了一次试验，在自由降落过程中加速到了跨声速并飞行了几
分钟，但却因降落伞始终未能打开，最后坠毁在距预定着陆场约1公里处。

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0607.jpg

　　印　度

　　印度火箭科学家声称已经设计了一种称为艾瓦塔(图8)的可复用空天飞机。它可用来进
行低成本的卫星发射，并支持太空旅游。据报道，由于艾瓦塔具有军事潜力，因而有关工
作一直在严格保密的情况下进行。2001年7月初，该项目由一位退休空军军官在美国公开宣
布。

　　艾瓦塔是一种小型吸气式完全可复用运载器，也是一种高超声速飞机。它采用涡轮基
组合循环发动机、超燃冲压发动机和火箭发动机，是高超声速飞机技术和可复用航天器技
术相结合的空天飞行器。艾瓦塔的独特之处在于，它在起飞时并不携带任何液氧，其火箭
发动机飞行所需的全部21吨液氧将在最初1小时穿越大气层的巡航期间(飞行速度为8马赫)
产生出来。它将吸入空气，然后分离出氧，并进行液化和储存。艾瓦塔仅重25吨(其中60％
是液氢燃料)，据称能单级进入100公里的轨道，可发射重达1吨的卫星。此外，艾瓦塔还可
用作军用侦察机进行情报搜集、监视和侦察。

　　艾瓦塔将像普通飞机一样起飞。利用涡轮风扇、冲压喷气和超燃冲压喷气发动机组合
达到10公里的巡航高度后，低温火箭发动机接替工作，最终将飞行器推入轨道。任务完成
后，艾瓦塔离轨再入大气层，像飞机一样依靠自己的动力着陆。一架艾瓦塔在其寿命期内
可执行100次这样的任务。这也就意味着它可将100吨的有效载荷送入空间。

　　据报道，印度目前正在进行液化空气组合循环发动机等关键技术验证机的研制。印将
首先研制称为“微型艾瓦塔”的小尺寸型飞行器。“微型艾瓦塔”并不进入太空，只用于
验证艾瓦塔所采用的全部技术，其中包括氧的采集。2006年左右将研制出验证机，验证超
燃冲压发动机技术和在大气层内飞行时使氧气液化的技术。□

http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht0312/t0608.jpg

中国航天2003年第12期
http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht97-b.htm
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