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Author Topic: 重拾太空争霸野心?美国这款双身载机可空射航天飞机  (Read 185 times)
htmcoin
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May 13, 2017, 10:53:29 AM
 #1

 在美国加州莫哈维沙漠中缩比复合材料公司(Scaled Composites)机库旁边树立着一个巨大的广告牌,上书“You Can Never Think Too Big”(你永远会觉得不够大)。

莫哈维沙漠的广告牌莫哈维沙漠的广告牌
  广告牌背景上画着这家著名公司经典飞机的同比例剪影,其中占据广告牌近半幅的一个巨型双身六发飞机的剪影最引人注目,这就是缩比复合材料公司近年来最雄心勃勃的新项目——“同温层发射”(Stratolaunch)载机。

  双身背后的基本概念

  2010年,美国奥巴马政府出台了鼓励私营公司参加航天事业的政策,许多私营航天公司如雨后春笋版涌现出来,其中最著名的就是特斯拉电动汽车创始人伊隆·马斯克的SpaceX。目前该公司的“猎鹰9”可重复使用运载火箭风头正劲,已连续多次成功回收。

保罗·艾伦保罗·艾伦
  另一位进入私营航天领域的大鳄是微软联合创始人,亿万富翁保罗·艾伦,他在2011年提出了同温层发射概念,用飞机在同温层发射运载火箭,把有效载荷送入近地轨道(高度2000公里以下的轨道)。艾伦认为这种把发射台从地面搬到高空发射方式机动灵活,使用飞机代替火箭的第一级,不仅大幅降低了燃料消耗,还能在最佳时机和最佳地点把卫星或宇宙飞船送入最优轨道,并避开人口稠密地区,提高安全性。

  保罗·艾伦成立了火神航宇公司来实施该项目,委托著名飞机设计师伯特·鲁坦的缩比复合材料公司研制发射载机。缩比复合材料公司以研制标新立异的复合材料飞机而闻名,曾制造过环球飞行的“旅行者号”、“太空船2号”亚轨道飞机和其载机“白色骑士2号”,于2007年被诺斯罗普·格鲁曼公司并购。

  最长翼展

  “同温层发射”载机在缩比复合材料公司内部的代号是351型,双机身布局类似于该公司为维珍银河研制的“白色骑士2号”。“同温层发射”的两个机身共用一副主翼,中央翼段的对接和集成系统(MIS)能够挂载23吨载荷。每个机身都有自己独立的平尾和垂尾,外侧机翼安装三台翼吊式发动机,驾驶舱位于右机身头部。令人吃惊的是这架庞然大物仅需三人驾驶,分别是正副飞行员和飞行工程师。

“同温层发射”概念图“同温层发射”概念图
  飞机的发射高度在10700米的同温层。为了把沉重的运载火箭运到同温层,该机的翼展长达117米,成为有史以来翼展最长的飞机,超过了霍华德·休斯在1947年首飞的H-4“大力神”(即“云杉鹅”)的97.5米,安东诺夫安-225巨型运输机的88.4米,A380的79.9米,以及波音747-8的68.6米。飞机的双机身每个长72米,由12个主起落架和两个前起落架支撑,共有28个轮子,需要3600米长的跑道才能起飞。

  “同温层发射”安装6台波音747-400使用的普惠PW4056涡扇发动机,单台推力25.4吨。为了降低造价并加快研制进度,飞机的六台发动机、航电、驾驶舱、起落架和其他一些设备都拆卸自两架美联航的退役波音747-400客机。“同温层发射”和缩比复合材料公司的其他产品一样主要采用复合材料制造,完工后不仅是世界上翼展最大的飞机,也是复合材料使用比例最高的飞机,超过了波音787。

采用了波音747-400的起落架系统采用了波音747-400的起落架系统
  “同温层发射”原计划在翼下挂载SpaceX公司研制的多级火箭,但2012年12月由于两家公司的业务模式存在竞争关系,所以解除了合作。保罗·艾伦于是委托轨道阿连特公司研制“雷电”火箭,这种三级火箭长40米,重23吨,设计目标是6.1吨有效载荷发射至近地轨道。

  除卫星外,“同温层发射”还能向近地轨道发射一艘名为“追梦者”的宇宙飞船。“追梦者”可作为迷你航天飞机重复使用,返回大气层后降落在跑道上。

制造中的“同温层发射”制造中的“同温层发射”
  目前“同温层发射”的组装工作已经接近尾声,预计将于今年年底首飞,在2018年开始发射测试。如果一切顺利,“同温层发射”将成为美国私营航天发射的一匹富有竞争力的黑马。

  类似概念

  其实类似“同温层发射”这样的双身巨无霸载机概念已不是什么新鲜设计了,在美苏太空争霸的冷战时代,两个国家都提出过类似方案。

  在上世纪70年代中期,美国宇航局曾经委托洛克希德公司为航天飞机研制一种运输机。大家都知道航天飞机重返大气层后采用滑翔方式着陆,并没有自主飞行的能力,就需要一种运输机把航天飞机从着陆场运回基地。

NASA的双C-5航天飞机运输机NASA的双C-5航天飞机运输机
  洛克希德提出了双身C-5“银河”航天飞机运输机方案,把两架C-5一架拆掉左侧机翼,一架拆掉右侧机翼,用全新制造的中央翼连接在一起。中央翼向上拱起,下方挂载航天飞机,全机有6台发动机,翼展达102米。

  不过在飞机设计的真理是越简单就越好。双身C-5虽然运力足够,但对机场和后勤提出了过高要求,造价也非常昂贵。最后NASA使用经过大幅改装的波音747来驼载航天飞机,圆满解决了运输问题。

  苏联人也不甘示弱,在80年代末期,图波列夫和安东诺夫联手进行了一个空射航天飞机项目,图波列夫设计局负责研制其中的航天飞机,安东诺夫则研制发射载机。

  当时美苏的航天飞机都存在一个缺陷,那就是需要绑着巨大的外部燃料罐和火箭助推器从地面垂直发射,载荷效率极低。美国航天飞机的发射重量超过2000吨,却只能把24吨有效载荷送入入近地轨道,大部分发射重量被装满液氢和液氧的外部燃料罐和两个固体推进器占去。

  如果能用巨型运输机把航天飞机运到高空发射,那么发射高度越高,所需的发射燃料就越少,航天飞机的载荷效率就越高,直至完全不需要外部助推器,用自身燃料就能进入太空。

安-AKS巨无霸安-AKS巨无霸
  图波列夫设计局根据这个概念创造性地提出了图-OOS(单级轨道器的俄文缩写)航天飞机方案,发射重量675吨,尾部安装三台液体发动机,燃料全部内置。

  发射这架600多吨航天飞机的自然不能是普通飞机,于是擅长研制巨型运输机的安东诺夫就承担了OOS设计载机的任务,提出了惊人的安-AKS方案。

  安-AKS基本上是用全新机翼连接在一起的两架安-225,翼展120米,中央翼下方用于挂载和发射OOS航天飞机,与C-5航天飞机运输机一样,中央翼也向上拱起。

安-AKS发射图-OOS的想象图安-AKS发射图-OOS的想象图

  图-OOS和安-AKS组合的重量高达1600吨,为了让这么沉重的家伙飞起来并爬升到高空,安-AKS的机翼上下布满了24台发动机!没错,24台!而且图波列夫还表示如果推力不够,能进一步增加到40台!

  如此疯狂的设计自然比美国人的双身C-5更加不靠谱。苏联解体后,图-OOS/安-AKS这个“绝代双骄”就永远停留在了纸面上,但高空太空发射概念却越来越显示出自己的价值,即将被保罗·艾伦的“同温层发射”接过接力棒。(作者署名:空军之翼)

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algernonen
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May 13, 2017, 02:08:20 PM
 #2

唉,中国压力还是还大的 Sad
lislks
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May 13, 2017, 02:48:05 PM
 #3

好牛逼的技术陈本又降低了
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