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发信人: dxmxqe (婴儿), 信区: Aero
标  题: 巡天遥看万千河——俄罗斯的空天飞机规划
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年04月06日13:03:30 星期二), 站内信件

http://jczs.sina.com.cn 2004年04月05日 10:00 《环球飞行》杂志 
 
　　前苏联和现在的俄罗斯是航天大国，在世界航天领域占有举足轻重的地位，在航天史
上曾写下过辉煌的篇章。曾几何时，昙花一现的“暴风雪”号航天飞机不得不静静地躺在
公园中成为人们观赏的工具。但是，俄罗斯研制“多用途航空航天系统”(MAKS)的思想并
没有放弃，“螺旋”计划和“暴风雪”号航天飞机升空并没有白费，它使设计者积累了丰
富的经验，也为研制MAKS系统奠定了坚实的基础。现在，俄罗斯又提出了更加超前的新型
空天飞机的研制构想。

 
　　空天飞机或称“有翼航天器”不仅仅在俄罗斯，也在世界主要航天国家中得到过发展
。在所有的空天飞机计划中只有俄罗斯的MAKS计划最为现实，而新提出的空天飞机构想也
有极大的实现可能。同时，俄罗斯也拥有足够的技术储备，唯一缺乏的是资金保障。

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“暴风雪号”航天飞机

　　从“螺旋”计划到“暴风雪”航天飞机

　　有翼航天器的先锋当属60年代初在著名工程师洛吉诺洛金斯基领导下研制的“50-50计
划”，也称“螺旋”计划。1962年，米高扬领导的第155设计局根据科罗廖夫下达的任务开
始研制“50-50”计划，其中的“50号产品”为单座军用空天飞机，而“50-50”号产品”
为高超音速载机。“50”这一数字表示为即将到来的伟大十月革命50周年献礼，并计划在
此时进行首期亚音速试验。高超音速载机由图波列夫设计局负责研制，它应在极大的速度(
M5.5～6)和24～30公里的高度上释放这架10吨重的空天飞机。计算表明，该系统的有效载
荷重量约为其发射重量的12.5%，且有85%的发射重量返回地球，而当时科罗廖夫设计的320
吨重的联盟火箭只能将发射重量的2.5%送上太空，返回地球的只有2.8吨重的着陆器。同时
，“螺旋”不光能返回，它还可以再次飞行，而且无需航天发射场。当时制造了试验型轨
道飞机，并进行了首批计划内的飞行。在返回大气层时，它就像飞机一样，可在半径为600
～800公里的范围内选择着陆点。它的用途极为广泛，既可作为航天轰炸机或侦察平台，也
可作为航天武器载机或作为有人驾驶的救援机，同时还可作为截击机或只是作为技术验证
平台。

　　1967年开始制造有人驾驶轨道飞机的缩比试验器。在这些1/2和1/3模型中，代号“105
.11”的模型用于亚音速大气层试验，“105.12”用于超音速研究，“105.13”用于高超音
速研究，但这一项目于1969年6月被中止，当时的国防部长格列奇科元帅认为这简直就是“
天方夜谈”。1974年6月30日，在火箭发动机专家格鲁什科的支持下，“螺旋”计划恢复实
施，并拟进行轨道飞机的亚音速飞行试验。1976年10月11日，该轨道飞机完成了第一次飞
行，一年后的11月27日也完成了“米格-105”试验机从图-95KM型机上在5000米高度上的第
一次投放，总共进行了8次试飞，从而确定了该空天飞机的亚音速气动性能和各系统在大气
层中飞行的性能。

　　该空天飞机呈平底形状，采用升力体式机身，前部较大并向上翘起，因此该机又被戏
称为“套鞋”。这种几何形状可大大降低机身在再入大气层时的受热程度。该机的独特之
处是其可变式机翼。机翼安装时与水平面呈60度角，在起飞、轨道飞行和再入大气层时用
作垂直安定面。在再入大气层并将速度降低到亚音速后，机翼转至水平状态，从而增加了
升力。机身、机翼和巨大垂直尾翼的后掠角度分别为78、55和60度。“米格-105”安装有
科列索夫研制的RD-36-35K型涡轮喷气发动机，轨道发动机由19台大小不一的发动机组成，
以进行轨道粗定位和精确机动。该飞机长8.5米，高3.5米，重4220公斤，翼展7.4米。这一
方案最终被取消，但空天飞机的研制工作仍在继续进行。

　　在70年代初，美国研制了“太空梭”轨道飞机，也就是目前正在使用的航天飞机。这
一时间，前苏联也开始制造自己的“太空梭”，即“暴风雪”号航天飞机。为研究从轨道
返回时防热问题，设计者还研制了“布拉风-4”无人驾驶试验器，以“宇宙”系列的代号
完成了4次轨道飞行，时间分别为1982年6月4日、1983年3月16日和12月27日及1984年12月1
9日。最初两架空天试验机均溅落在印度洋上，其打捞工作引起了西方国家的注意。于是，
后两架“布拉风”均着陆于克里米亚海区。“暴风雪”号于1988年11月15日发射升空，并
完成了极其精确的自动着陆。后来，苏联的政治与经济生活发生了巨大变化，航天计划拨
款急剧减少，于是，“暴风雪”号也就成了“多余之物”。

　　前景广阔的MAKS系统

　　闪电科学生产联合企业早在80年代便已开始实施MAKS计划，甚至是在“暴风雪”号飞
行之前。该计划充分利用了“螺旋”计划、“布拉风”试验机计划和“暴风雪”号的经验
与成果。

　　MAKS可用于执行广泛的太空任务，是一种两用空天飞机，既可完成军事任务，也可用
于其它目的，其中包括：对地球上的任何一点进行侦察；向近地轨道发射和从那里回收有
效载荷；各类太空设施的运输保障；轨道应急救援；进行科学与工艺试验；对太空进行国
际监督；对太空和地球表面进行生态监控；在真空和微重力条件下制造晶体、生物制品和
其它材料。

　　与运载火箭相比，MAKS系统具有以下优势：(1)发射成本低。它将1公斤有效载荷送上
基准轨道(高度200～300公里)的费用只有1000～1500美元，而一次性运载火箭为12000～15
0 00美元/公斤。它的发射费用也低于第一代可重复使用航天器(“暴风雪”号和美国航天
飞机)。(2)具有机动发射能力。这是它与航天飞机的一个不同之处，这可保证它能将航天
器送上任何轨道，并可以向任何方向发射。(3)发射时机亦不受轨道要求的限制。(4)在从
轨道返回时可进行横向和纵向的广泛机动。(5)使用效能高，可运回有效载荷并进行多次使
用。除外挂燃料箱外，MAKS的主要系统均可重复使用。(6)可利用现有的一级飞机场，只需
再配备必要的加注设备、地面技术与着陆系统即可。(7)减少了各级火箭的溅落，而且燃料
无毒，有利于生态环保。

　　MAKS系统由亚音速的载机和驮载在它上面的、带有外部燃料箱的轨道级组成。根据原
来的设想，作为MAKS第一级载机将是安-225“梦幻”飞机。轨道级由安-225“梦幻”飞机
发射后，将借助自身的发动机进入轨道，完成任务后独自返回地球。但最新消息称，安-12
4型运输机被选定为该系统的空中航天发射场。但安-225和安-124并不是唯一的运载工具，
今后还可能将使用更加强大的双机身飞机“大力士”。

　　轨道级(即第二级)为空天飞机及助推火箭发动机。为在空中发射MAKS需要使用火箭，
以将其发射到太空轨道上。俄同时还在研制更重型的MAKS型系统，其运载能力可达18吨。
该系统第二级有三种变体，即MAKS-OS、MAKS-T和MAKS-M，即载人型、一次性使用型和无人
货运型。

　　在未来25～30年内，MAKS系统具有广泛的发展前景。在1994年11月的布鲁塞尔国际发
明博览会上，MAKS计划获得金奖和比利时总统特别奖，其比例模型也曾在1997年的法国航
展和俄罗斯茹科夫斯基航空航天博览会上展出。太空已成为卫星发射与服务市场的争夺场
所，这一市场的容量以数十亿美元计算并以每年10%以上的速度递增。在这种条件下，只有
提出最低发射价格的一方才能获胜。如果MAKS系统得以建立，俄罗斯的卫星发射工具将完
全有能力与美国未来的空天飞机相竞争，极有希望占领世界航天发射市场的60%的份额。这
一系统的研制规划能否最终变成现实，需要俄总统和政府做出最终决定。

　　MAKS的性能参数为：发射重量620吨，第二级重275吨，有效载荷重量9吨。轨道飞机部
分的主要参数为：乘员数量2人(或为无人驾驶)，飞机长19.3米，机高8.6米，翼展13.3米
，重量27吨。该项目需要财政拨款数量为18亿美元。

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MAKS-3

　　新型空天飞机浮出水面

　　早在上个世纪的70年代，前苏联便开始了研制空天飞机的工作。当时，奥布拉兹佐夫
院士还是莫斯科航空学院的院长，当时的国防工业委员会领导人要求他研究世界上，主要
是美国、欧洲和日本高超音速飞机的研制情况。为在教学过程中利用这些信息，他在莫斯
科航空学院组织了一场学术研讨会，有大量的著名学者和工程师参加。随后，他在这一问
题上与许多人找到了共同语言。于是，他们开始着手设计完全新型飞行器，即空天飞机。
当时，方案的主设计师为阿克谢诺夫，当时他是中央机器制造科研所主工程师。在他去世
后，担任这一职务的是塔拉索夫，“闪电”科学生产联合企业的副总设计师，是“暴风雪
”号航天飞机的制造者之一。

　　新型空天飞机拥有较大的载重量，这主要是借助强大的火箭发动机，也借助于翼身布
局，它可在起飞和着陆时拥有强大的地效效应，减小对机身的最大负载，更加均匀地分配
气动和重量负载，从而改善热物理性能。同时，空天飞机也借助于网状布局结构，可在重
量上占据较大的优势。空天飞机的所有内部系统都由横梁组成，有效负载配置于翼身内部
。蒙皮的第一层是耐热板，之后是陶瓷、纤维层、阴隔热量的多孔复合材料、钛金属层、
由液氢冷却的内层。特别需要强调的是其可靠性。设计者已经转入完全新型结构：机身将
为统一的网状自适应系统，根据外部负载进行自动调整，包括颠簸、大气降水、引力、太
阳辐射等。现在正在制造一种复合材料，它可适应任何外部介质的影响，同时拥有形状记
忆功能，以便预先设定所有的条件。

　　在长远的未来，开发太空的主要障碍是低效的传统化学发动机。为了飞抵海王星，“
旅行者”星际探测器共花费了12年时间，而其速度达每秒2万公里。现在，这已经是很高的
速度了。许多设计师也曾考虑使用核发动机问题，但问题在于，现在没有可靠的辐射保护
。尽管原则上这一问题可以解决。近来，有人提出了利用脉冲热核发动机进行星际飞行的
设想，它可保证达到每秒1-2公里的速度。但为了飞向其它的行星，则需要航天器达到光速
，即每秒30万公里。这一问题的解决，是下一世纪，即22世纪的事情，而21世纪则是空天
飞机的世纪。

　　空天飞机首先用于在轨工作。空天飞机起飞并爬升到80公里的高度，之后发射出配置
在机身内的第二级，即距轨道载货飞船。它可进入到任何轨道，从200公里到3600公里。载
货飞机留下卫星之类的有效负载，然后将需要返回地球的设备收回。第一级在发射载货飞
船后可立即返回地面，也可留在100-200公里的轨道上，并关闭发动机，像卫星那样进行飞
行，只需发射不大的脉冲，以保持轨道高度。在完成自己的任务后，载货飞船下降到更低
的安装轨道，与第一级进行对接，之后一起返回地球。空天飞机的所有组件都是多次使用
的。空天飞机可从一级机场起飞，而对于着陆的要求则相对较低，可在二级机场上着陆。

　　根据计算，空天飞机的第一级可运载120吨，即第二级的发射重量。第二级可运载50吨
负载(运送到200公里的高度)。也计划研制更加紧凑的单级方式，用于发射不大的负载。对
于双级结构，向200公里轨道运送1公斤负载的价格仅为100美元，而单级结构为300美元。
相比之下，利用现有的一次性使用运载火箭，这一指标为7000-10000美元，而航天飞机达2
0000-25000美元。

　　空天飞机方案规定，可以在第一级中运载600人，为双层结构。飞机上升到100公里的
高度，绕地球飞行一周，之后完成着陆。空天飞机是否可替代现有的大型客机，所有这一
切都取决于将飞往何处：距离越远，则利用空天飞机更经济有效。在其速度达2000-30000
公里/小时的情况下，乘坐这一空天飞机，从莫斯科到纽约只需要50分钟，而到旧金山约为
1小时，而到澳大利亚只需一个小时多一点点时间。同时，乘坐时的过载不超过2-3g，相比
之下，在“联盟”规划的航天飞行中，在飞船发射时过载为4g，而返回下降时为6g。这一
系统进行了专门设计，以减轻过载。

　　根据计算，这种“星际”机票的价格约为15000美元。相比之下，这一机票显得有点贵
。法英“协和”式飞机不久前已经停止飞行，因为现在很少有人愿意花费9000-10000美元
去完成超音速飞行。因此，在初期阶段，空天飞机的客运方案将主要用于旅游和消遣目的
。设计者认为，将会有许多人准备支付这样一笔钱来进入太空。此外，随着空天飞机的大
规模使用，其费用将会降低。

　　众所周知，“闪电”科学生产联合企业现在正在实施MAKS规划，即多功能航空航天系
统，其设想与空天飞机规划相近似：第一级为安-225“梦幻”飞机，从其上起飞轨道飞机
。但是，未来仍属于空天飞机，因为安-225“梦幻”的升限只有10-12公里，而新型空天飞
机可上升到100-200公里，从而成为地球卫星，其具有能力是无法比拟的。实际上，这是一
种通用型轨道发射平台，用于向更高轨道和太阳系发射其它航天器，包括有人驾驶飞船。


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C-21太空船搭乘安-225参加航展

　　现在，空天飞机仍处于研制阶段。为走到成批生产这一步，还需要10-15年时间和约60
亿美元。现在已经制造出无线电遥控的飞行模型，进行了试验，证明气动计算的正确性。
现在也拥有用于第一级的新型发动机RD-701，由卡托尔院士设计。该发动机可使用三种燃
料：煤油、液态氢和液态氧。在较低的高度时，使用煤油，因为在这一高度，煤油的使用
更加有效。而在更高处，则使用氢气。在这种体制下，可达到优化的性能。还有已准备完
毕的控制系统、对接系统和组件。如果财政拨款到位，则完全可以加快研制速度。现在设
计者知道应该干些什么，但一切都取决于国家的支持程度。

　　数月前，在俄罗斯科学院动力、机器制造、机械和控制过程分部组建了以奥布拉兹佐
夫为首的小组，将从事这一问题的研究。参加这一小组的有一系列学者和设计师。现在，
他们准备呼吁政府做出，是否需要这一规划。这一规划对于俄罗斯极为重要，如果放弃这
一规划，则俄罗斯将丧失许多东西。世界上对地球与太空之间的货运需求现在只满足15%。
俄罗斯如果不占领这一高新技术市场，则会被其他国家超过，被发达国家所占据。

　　在这一领域，俄罗斯还有希望。设计者拥有的不是蓝图，而是完全具体的计算方案。(
摘自：《环球飞行》杂志1-2期/文_卫忠/图_小白) 

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