空中发射航天飞机方案

空中发射航天飞机方案

空中发射航天飞机方案

空中发射航天飞机方案

空中发射航天飞机方案

　　空中发射航天飞机方案

　　当今航天飞机垂直发射，必须克服沉重的自身重量才能飞起来，所以要求推力十分巨大，但相应的能量损失率也非常大，导致其效率极低。平台式飞机驮载航天飞机水平起飞，在空中投放发射，不但将初始的发射高度提升了10公里，更重要的是为其提供了一个宝贵的水平初始动量，从而大大降低了航天飞机对总推力的需求，也就意味着极大地减少了推进剂的携带量。另外这段高度的大气非常稠密，也最适合于涡轮风扇发动机工作，同时充分发挥了平台式飞机巨大的载重能力。

　　空中投放后，固体火箭助推器点火，因为已具有800公里/小时的初速，所以很容易就能将航天飞机水平加速到大约马赫数M1.5以上，这时六台冲压喷气发动机再接续点火工作。这个高度的大气密度相对稀薄，空气阻力很小，非常有利于高速飞行，又恰好是适合于冲压喷气发动机工作的范围。

　　30公里以上高空的大气密度已经稀薄至没有利用价值，这时航天飞机仅凭借惯性作用继续向上跃升，将巨大的动能转化成上升高度。

　　到达80公里的高空后，航天飞机的惯性存速已经减至很小，届时其一台主氢氧火箭发动机点火，推动航天飞机小角度爬升。因为已没有空气阻力，加上基本是沿地球的切线方向加速，并且推进剂消耗得非常快，所以加速很快，很快就能接近入轨速度马赫数M25。而后氢氧推进剂耗尽，主氢氧火箭发动机关机，外部燃料贮箱抛落。

　　之所以采用背负式外部燃料贮箱，主要是因为氢燃料箱的体积太大，会占用有效载荷的宝贵空间，再就是从液氢的安全贮存方面考虑，一次性贮箱可以有效地避免诸多的危险隐患。客运型的有效载荷很小，根本不需要那么大的推力和推进剂用量，所以就采用常规碳氢燃料的主火箭发动机，并且其燃料和液氧贮箱的体积都不大，可以内置于客舱地板的下面。

　　空中发射航天飞机具有以下非常显著的优点：

　　①、 充分利用大气中的氧

　　②、 充分利用大气介质参与做功

　　③、 充分利用大气的气动升力

　　④、 尽可能提升初始的发射高度

　　⑤、 为航天飞机提供一个宝贵的水平初始动量

　　⑥、 尽可能在垂直方向上缓慢，甚至减速上升高度

　　⑦、 尽可能沿水平或地球的切线方向上加速

　　这些优点所带来的好处是：大大减小了总推力，大大提高了动力的效率，极大地减少了推进剂的使用量。

　　如有意外发生，空中发射航天飞机有超过百分之八十的发射进程可以立即中断并安全返回，而美国的航天飞机一经发射就无法中途返回。

　　在空中发射航天飞机再入大气层的热防护系统中，由耐高温合金（如铌）蒙皮来代替高温可重复使用表面隔热材料（HRSI）防热瓦，用来承受较低的温度648~1260°C，完全能够作到真正地重复使用；每次返回后只需更换掉全部的增强的碳/碳材料（RCC）防热瓦，以及根据脱落和受损伤的情况，更换个别的低温可重复使用表面隔热材料（LRSI）防热瓦，这样，每次更换的防热瓦总数仅仅只有几十块，极大地节省了维护成本和复飞准备时间。

　　在运载几乎相同有效载荷的情况下，空中发射航天飞机的结构复杂程度，发射重量，地面支持系统的规模，发射成本和发射准备周期等指标，均比美国的航天飞机降低了整整一个数量级！为实现大规模的太空工业化，提供一种简单廉价、安全可靠、灵活高效的天地往返运输系统。

　　空中发射航天飞机飞行过程示意图

　　a、 平台式飞机驮载着航天飞机水平起飞，缓慢向上盘悬爬升

　　b、 到达10公里的高空后，进入直线发射航线，届时平台式飞机缓慢横滚180度呈倒飞状态，二者间的联接机构解锁，航天飞机借助自身重量向下脱离开载机，以时速800公里水平投放发射

　　c、 航天飞机横滚180度，恢复正飞姿态，紧接着固体火箭助推器点火，推动航天飞机水平加速到超音速

　　d、 当航天飞机的速度达到大约马赫数M1.5以上时，六台冲压喷气发动机接续点火工作；固体助推器关机分离，伞降至地面回收

　　e、 完成投放任务的平台式飞机也恢复正飞姿态，盘悬下降，返回机场

　　f、 在冲压喷气发动机持续推动下，航天飞机以马赫数M3的速度继续小角度向上爬升，到达20公里的高空

　　g、 届时增大冲压喷气发动机的功率，使航天飞机进一步加速到接近马赫数M6，与此同时其飞行轨迹也开始逐渐缓慢上仰，当上升方向几乎与地面垂直时，冲压喷气发动机燃料耗尽关机，航天飞机凭借着巨大的惯性作用继续向上跃升

　　h、 大约60秒钟后到达距地面80公里的高度，航天飞机的惯性存速已经减至很小，紧接着主氢氧火箭发动机点火，推动航天飞机小角度爬升加速

　　i、 当速度接近马赫数M25时，氢氧推进剂耗尽，主氢氧火箭发动机关机，外燃料贮箱抛落

　　空中发射航天飞机示意图

　　1、驮载平台 2、40吨推力级涡轮风扇发动机×6

　　3、轨道器升降副翼 4、轨道器内侧升降副翼

　　5、轨道器整体式后缘襟翼 6、轨道器轨道机动发动机×2

　　7、航天飞机230吨推力级主氢氧 8、轨道器动力舱

　　火箭发动机×1 (货运型)

　　9、轨道器主机翼 10、轨道器方向舵

　　11、轨道器姿态控制发动机 12、空中发射监控舱

　　13、航天飞机前支撑杆 14、轨道器货舱 (货运型)

　　15、外部燃料贮箱前支撑杆 (货运型) 16、背负式外部氢氧燃料贮箱 (货运型)

　　17、外部燃料贮箱后支撑架 (货运型) 18、固体助推器与航天飞机的推力联接点

　　19、固体助推器分离用反推小 20、固体火箭助推器

　　火箭

　　21、平台式飞机主起落架舱 22、平台式飞机双垂尾

　　23、轨道器方向安定面 24、航天飞机后支撑架

　　25、轨道器的翼身融合体 26、20吨推力级冲压式喷气发动机×6

　　部分(内部空间存贮着

　　冲压发动机使用的常规

　　碳氢燃料)

　　27、平台式飞机主起落架 28、平台式飞机前起落架

　　29、平台下面的机体结构(包 30、增强的碳/碳材料（RCC）防热瓦

　　括主承力中央翼盒，整

　　体油箱和主起落架舱等)

　　31、低温可重复使用表面隔 32、耐高温合金（如铌）蒙皮

　　热材料（LRSI）防热瓦

　　或柔性可重复使用表面

　　隔热材料（FRSI）nomex 毡。

　　客运型航天飞机示意图：

　　Ⅰ、处于机身背风面的舷窗 Ⅱ、客舱

　　Ⅲ、常规碳氢燃料的主火箭发动机×1 Ⅳ、客舱地板下的液氧贮箱

　　Ⅴ、常规碳氢燃料贮箱