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2002年秋,美国航宇局重新审查了它的航天运输系统计划,提出要研制一种新的天地往返运输器,该运输器取名为轨道空间飞机(OSP),从而引发一场关于是研制空间“飞机”还是研制“飞船”的争论。这与上世纪80年代后期,我国在制定载人航天发展蓝图时发生的“以飞船起步,还是以航天飞机起步”的争论颇为相似。不过,美国的争论是在高起点、高水平基础上的比较。美国既有研制“水星”、“双子星座”、“阿波罗”三类飞船及30多次无人和载人飞行的经验,也有哥伦比亚号等5架航天飞机的研制和111次成功飞行经验及两次飞行失败的教训。
不要被名所误
争论由“飞机”派首先发难。他们认为,研制目标很明确,不容争辩,因为拟研制的航天器的名称中就有“飞机”二字。不料,美国航宇局局长肖恩·奥基弗却出面作了一番“修正"。他说“轨道空间飞机”一词是临时拍脑袋想出来的。当时提出研制的是一种“可重复使用的空间运输与返回系统”。这个名称太长,其缩写词RSTARS又太拗口,所以他不假思索,随口就给它换了个名字叫“轨道空间飞机”。他告诉有意参与该航天运输器开发的厂商、单位和个人,不要受这个名称的误导,设计要求以航宇局发布的顶级要求书为准。
2003年2月18日,美国航宇局发布了对轨道空间飞机的顶级要求书,要求非常简单:“美国航宇局需要研制一种能在2010年用一次性运载火箭将至少4名乘员送往国际空间站的载人运输器。”该要求书既没有规定该运输器是有翼的还是无翼的,是水平着陆还是垂直着陆,也没有规定是一次使用还是多次使用。所以,奥基弗称,凡对该项目有兴趣的商家和专家可以充分放开思路,在要求书规定的范围内,大胆创新,自由设计运输器的方案。与此同时,有专家认为“轨道空间飞机”宜改名为“轨道空间飞行器”。
飞机派:用飞船是历史倒退
主张研制空间飞机的人认为,空间飞机代表航天技术的未来发展方向,是美国在世界航天领域居于领先地位的标志,也是让美国公众引以自豪的象征,而研制飞船则意味着“历史的倒退”,不仅影响美国的威望,也有负公众的期望。
发展新一代运输器主要要求之一是降低成本,而降低成本的一个重要途径是重复使用。空间飞机最大的优点在于可重复使用。
飞机有翼,能充分利用空气动力的作用在大气层内滑翔,空气动力热对它的加热也大大缓解,且能沿机场跑道水平着陆,因此具有重复使用的能力。当然重复使用必须达到较高的频率时,费效比才会降低。换言之,在一定条件下,飞行次数越多,成本越低,而飞船只能一次性使用,飞行次数越多,成本就越高。
预计一架空间飞机要重复使用100次以上,年飞行率也要明显上升,才有可能经济高效地为国际空间站接送人员和运送物资。
还有支持者认为,作为国家级的航空航天中心,美国航宇局理应站在航天发展的前沿,代表航天技术前进的方向,集中力量于发明创新,而不应因循守旧走老路。从国家的威望和航宇局的形象考虑,研制先进的空间飞机才是其正确选择。
飞船派:安全和成本最重要
主张研制飞船的人认为,目前,特别是哥伦比亚号航天飞机失事以后,安全和成本变得更加重要,至于威望与影响则降到次要位置。
就安全可靠而言,飞船具有优势。一般来说,可靠性是与飞行器的简单程度成正比的。与飞机比较,飞船的结构相对简单,无需复杂的空气动力控制面,也没有着陆机构及相关装置。飞船的高可靠性和高安全性有历史数据为证:苏联/俄罗斯的联盟号飞船,自1971年联盟11号返回失事以后,历经联盟、联盟T、联盟TM和联盟TMA四代,至今已使用了30多年,约80艘飞船上过天,从未出现过灾难性事故。
就成本而言,飞船技术较简单,生产成本低和生产周期短是不言而喻的。飞船的成本大约只有空间飞机的几十分之一。
从紧迫性来看,美国航宇局的顶级任务书要求轨道空间飞机在2010年投入使用。自1986年“东方快车”计划开始以后的十几年中,X系列可重复使用运载器的试制“屡战屡败”,这一结果表明,可重复使用的空间飞机技术难度是相当大的,要在7年之内拿出可供实用的产品,希望渺茫。美国《空间新闻》在3月3日的社论《正确选择轨道空间飞机的目标》中指出,美国航宇局应采取较为保守的目标,研制飞船,以便能在7年以后接替现役的航天飞机。“新的飞行器不是目标,而是一种以尽可能低的代价进入太空的工具。”
美国关于新一代空间运输器采用飞机还是飞船的争论刚刚开始,争论双方还只是停留在概念性或定性论述的阶段。飞机与飞船,各有长短,轨道空间飞机究竟何去何从,虽然目前还显得有些杂乱无章,但毕竟我们已经看到了一些方案。
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SLI计划与轨道空天飞机
空间发射创始(Space Launch lnitiatives,简称SLl)计划是1986年挑战者号航天飞机爆炸发生后,为现役航天飞机开发替代方案一系列计划中最新的一个。但1999年美国航宇局又擅自动用了该计划中近50亿美元的资金,对现役航天飞机进行改造,希望借此能使现役航天飞机平安飞行到2020年。但事与愿违,多灾多难的航天飞机和许多无法克服的缺陷,比如像安全问题、成本问题等,都使它很难像美国航宇局期望的那样,继续服役很长时间。而且由于很多新型航天飞机研制计划不是因为某些核心技术问题难以解决,就是因为成本太高,不切实际,而相继下马。最终美国航宇局宣布的SLI计划将把工作重点转移到建造轨道空天飞机(OSP)上。根据设想,“轨道空天飞机”将是一种技术难度不很高,而且相对比较便宜的可重复使用航天器,可搭载一个小型机组(及少量其它载荷),并将由一次性火箭发射。美国航宇局希望“轨道空天飞机”在2010年投入使用后,能临时充当“太空出租车”角色,作为备用工具承担航天运输任务——直到美国生产出下一代航天飞机。 (耳东)
艰难的尝试历程国家空天飞机(NASP)(1986年)
1986年美国挑战者号航天飞机爆炸发生后不久,美国航宇局便启动了国家空天飞机计划。根据设想,它将利用革命性的新型超音速燃烧冲压式喷气发动机提供动力,像普通飞机一样从常规跑道上起飞,一路直奔太空。发动机所用燃料为半冻结状态的浆状氢。可是直到1992年,有关方面才认识到超音速燃烧冲压式喷气发动机的设计方案太过超前,因为没人知道它能否真正在高超音速下工作,而这又是整个计划的核心部分,该计划后来被压缩,直到1993年下马。
三角快帆 (Delta Clipper)(1991年)
美国麦道公司在20世纪80年代后期启动了该计划。“三角快帆”不仅设计用作可重复使用运载工具,还曾计划作为导御系统中的一个关键组成部分。该航天器采用水平起降方式。麦道公司还制造出一架低速试验样机,并进行了短暂的离地飞行试验。最终由于失去经费来源而下马。1996年,这架低速试验样机在一次事故中被毁。
X-33 (1996年)
X-33计划开始于1996年7月,是由美国的洛克希德·马丁公司负责研制。按照最初的设想,X-33验证机是一种外形呈三角形的空气动力装置,长约21米,宽约23.5米,起飞质量为129.4吨,以液氢和液氧作为推进剂,推进质量约为95.3吨。它不携带航天员,采用垂直起飞,水平降落的起降方式,不能进行轨道飞行,只可以进行亚轨道飞行。该项目的难点在于要使飞行器足够轻,以便在携带足够入轨的燃料的同时装载有效载荷。X-33的燃料箱曾被设计成轻质复合材料制作,但由于现有技术很难实现。而且由于经费超支和计划进度推迟等一系列问题,不得不在2001年初被取消。