国外主要新型可复用运载器发展概况
时间：2020-12-09 20:04:41 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
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。
图1波音公司提出的带翼OSP设想图
(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。
图2波音公司的弹道密封舱OSP设想图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2006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。
图三3SOV概念图目前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。
(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。
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。
图4“跳跃者”可复用运载器侧视图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)。FLPP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。
图5EADS的“预先”X设想图(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75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。
(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(EADS)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2001年成功进行。
