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中国空天飞机实验成功,美国专家:原理违反物理规则!怎么回事?

2023-05-11 14:35:54

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2022年8月,我国研发的空天飞机完成了首次试飞。

来源·探索智士

这一次试飞的成功,标志着我国在空天飞机研发领域进入了一个新的高度。

然而对于我国的这一成就,美国专家却提出了质疑,称我国的这一突破违反了物理规则。

美国X-37B空天飞机

什么是空天飞机究竟有何过人之处?它和普通飞机有何区别?

美国的这一论断又有哪些理论依据?

腾云工程

早在上世纪80年代,我国便开始了对空天飞机的研究和探索。

到了90年代初期,我国又提出了“921工程计划”,开始着手对航天领域的开发和研究,空天飞机便是该计划中的一部分。

然而由于当时我国经济建设刚刚起步,经济基础相对薄弱,而且这一领域过于超前,以当时的技术水平还无法实现,因此这一计划未能得到贯彻和执行。

随着我国经济和科技实力的提升,这一计划在2000年之后又被重启,并在2017年正式立项,定名“腾云工程”。

这一名称十分贴切地展示出了空天飞机的特点:可以犹如腾云驾雾一般飞翔在天际。

只不过空天飞机可以飞到太空当中,从高度上来看比神话中的神仙还要略胜一筹。

这一工程分为两个阶段,分别是单级可重复使用的亚轨道运载器和双级可重复使用的亚轨道运载器。

从名字上便不难看出,这种飞机的关键之处就在于是否可以被重复使用,以及是否两级都可以被重复使用。

与普通飞机不同的是,空天飞机的主体部分虽然同样是飞机,但是为了能够达到太空当中,空天飞机必须达到第一宇宙速度,也就是7.9千米/秒,只有达到这样的速度,空天飞机才能摆脱地心引力,在太空中围绕地球飞行。

因此,为了达到第一宇宙速度,就必须借助外部燃料的力量来为飞机加速,这也是火箭发射的常规操作。借助外部燃油箱,空天飞机便可以得到足够的动力直冲云霄。

2021年9月16日,腾云一号首次试飞成功,标志着我国的空天飞机已经实现了零的突破。然而这样的成绩并没有使我国的航天科研人员感到满足,因为美国早已完成了这一目标,并且X-37B型空天飞机也早已投入到使用当中。

为了能够填补这一领域的空白,我国的科研人员又开始了对腾云二号的研究和开发工作。

而与腾云一号相比,腾云二号的科技含量更高,实现难度更大,甚至一度被美国专家认定为“不可能完成的任务”,因为其设计的方案中,有太多“违反物理规则”的内容。

作为在这一领域深耕多年的专家,他们的言论几乎可以被视为行业中的真理。然而随着腾云二号飞行试验的成功,他们的这一论断被彻底打破,这些专家的权威发言看起来也不再那么权威了。

水平起飞的“火箭”

美国专家之所以得出这样的结论,并非没有道理。

事实上,他们之所以敢发表这样的言论,正是由于之前美国的科研团队已经进行了多次实验,因此他们才会知道其中的难度究竟有多大。

与腾云一号相比,腾云二号在各个环节都有着极高的要求,因此在开发的过程中,其难度也远超过腾云一号。

腾云一号的实现原理,与美国的X-37B型空天飞机十分相似,都是以外部燃料箱作为动力来源,在达到预定高度之后便将燃料箱抛离,完成任务后,飞机再以滑行的方式回到地面。

由于其发射的原理与火箭类似,因此建造火箭的相关技术同样可以应用到这类空天飞机上,其发射方式也需要采用与火箭发射相同的垂直发射方式。

而腾云二号所要实现的目标,不仅要完成对燃料箱和飞机的全部回收,而且还要摆脱发射角度的束缚,使其能够在普通的飞机跑道上也能完成发射。

这样一来,其研发的难度自然也就大大增加。

为了实现这一目标,我国的科研人员在腾云二号的身上可谓煞费苦心。

在动力方面,腾云二号率先采用了双模式发动机,这一发动机的发明,为腾云二号的问世奠定了坚实的基础。

这种发动机之所以被称为双模式发动机,是因为它可以在近地环境和真空环境实现无缝切换。

也就是说,腾云二号在进入轨道之后,无需再以滑行的方式返回地面,其所携带的双模式发动机依旧可以为其提供动力。

(双模发动机示意图)

如此一来,腾云二号便拥有了更大的机动性和可操作性,其可以执行的任务也不再是路线早已规划好的固定任务,而是可以随时更改计划和目标,让我国的空中防御有了更加灵活的战术。

如果将敌对国家的卫星设定为打击目标,拥有双模式发动机的腾云二号将称为名副其实的“卫星杀手”。

依靠这套动力系统,腾云二号在追击卫星时将毫不费力,顷刻之间便可以摧毁敌方的人造卫星,为战争的胜利争取更大的优势。

除此之外,双模式发动机在腾云二号发射时也可以提供更强劲的动力,而不再像之前那样,单纯地依靠外部燃料箱为其提供动力。

这样一来,腾云二号便可以摆脱火箭发射时的垂直姿态,实现“躺平”。

除了优秀的动力系统,腾云二号还将外部燃料箱进行了更加精细的调整,使其成为了一个同样可以回收,实现反复利用的小型飞行器。

这样一来,每次发射的成本也被大大降低。

这样的改进,使得腾云二号在具备巨大战略意义的同时,也拥有了极大地商业价值。

一旦技术成熟,腾云二号便可以在极短的时间内,将乘客搭载到世界上任何一个角落,可反复使用的燃料箱则可以大大降低其运营的成本。

目前,腾云二号的飞行验证已经完成,这意味着我国将很快便可以将这样的空天飞机建造出来。

按照计划,我国将在2025年左右实现首飞,并于2030年将其投入到实际使用当中。

美国的反应

既然腾云二号的飞行验证已经成功,那么美国的专家又为何称其违反物理规则呢?

实际上,美国专家的态度,反而是对腾云二号的一种肯定。

作为最先进的飞行器,空天飞机在各个环节都需要经过严密的计算,因此其复杂程度远远超过火箭。而要做到顺利地将空天飞机和燃料箱顺利回收,则进一步增大了空天飞机的建造难度。

腾云二号并没有违反任何物理规则,恰恰相反的是,腾云二号飞行试验的成功,反而是将物理规则运用到极致的结果。

正是出于对科学始终保持着端正严谨的态度,我国的科研人员才能将其一步步转化为现实。

例如腾云二号最重要的双模式发动机,就是将物理规则发挥到极致的产物。

在近地环境当中,发动机采用常规涡轮模式,使用燃油作为燃料,当进入太空后则自动切换成太空模式,继续为腾云二号提供动力。

在这一过程中,如何监控腾云二号所处的环境,模式切换时如何过渡,位于临界值时如何处理,都需要科研人员付出极大的心血和努力,在实现上确实存在相当大的困难。

除此之外,由于燃料箱同样需要回收,因此在发射的时候,燃料箱悬挂的位置自然也会产生一些变化。而这一点点变化,导致燃料箱喷射出的火焰将直接与飞机机体接触。

在这样的情况下,对于腾云二号机体的耐热能力便产生了巨大的考验。为了解决这一问题,腾云二号的科研人员花费了大量精力,为其量身打造出了一种全新的复合材料。

这种材料不仅能够承受住燃料箱喷射出的高温,而且还可以适应太空中的环境,承受住巨大的温差考验而不变形。

这样的材料在美国专家的眼中,同样是“物理规则以外”的不应该存在的东西。

除了上述提到的高科技产物之外,腾云二号的每一个细节都倾注了科研人员们的心血。

飞机和燃料箱的回收系统、实时定位导航系统、翼身融合技术,这些都使腾云二号成为了目前科技含量最高的空天飞机。

腾云二号的成功,不仅是我国在空天飞机研发领域的一次突破,更是全体科研人员智慧的结晶。

正是由于这些顶尖人才的勤劳和努力,才能够将美国认为不可能存在的空天飞机创造出来,使我国从原来落后于美国的情况下,一跃成为了这一领域的领军国家。

随着腾云工程的一步步推进,腾云二号的研发工作仍在有条不紊地进行着。

有了腾云二号的加持,我国的空军将在未来的战争中取得更大的优势。

腾云驾雾,上九天揽月,我们将见证古人的浪漫梦想变成现实。


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