歐空局開發可重複使用的太空飛機：發射時放火箭內部

北京時間4月19日消息，據國外媒體報道，在太空梭退役之後，人類就一直缺少能執行多次任務的宇宙飛船。歐洲空間局的「太空騎士」（Space Rider）是否能填補這一空缺呢？宇宙飛船的造價非常高昂。它們需要數十年時間進行設計、測試和建造。然後，在船員艙載著宇航員返回地面之後，宇宙飛船就永遠失落在無垠的宇宙中。它們的第一次任務也是最後一次任務。

太空騎士最早可能在2020年到達地球軌道

為什麼不使用一種返回地球之後還能繼續執行多次任務的飛船呢？類似飛機的宇宙飛船概念，最早是由德國科學家歐根·桑格（Eugene S?nger）在1933年提出的。幾十年之後，太空飛機的研究和開發轉移到了美國。1959年以及20世紀60年代的大部分時間，美國航空航天局（NASA）和美國空軍（USAF）在桑格的工作基礎上，發射了試驗機型「X-15」。X-15的起飛既不像火箭，也不像飛機——它是從美國空軍的B-52轟炸機上丟下去的。一旦脫離轟炸機，X-15就會啟動火箭發動機，飛到美國空軍所決定的太空高度——80.4千米——之上。

X-15並沒有到達地球軌道，它本身只是一個試驗品。不過，它是自20世紀30年代之後最接近太空飛機的航天器，直到1981年被NASA發射的太空梭所取代。1971年，時任美國總統理查德·尼克松（Richard Nixon）宣布了建造太空梭的計劃。這種新型的飛船能像飛機一樣降落，但起飛時需要藉助火箭。當然，人們夢想中的太空飛機是能像大型客機一樣方便、快捷地起飛和降落。在NASA的太空梭編隊於2011年退役之後，這個夢想又變得縹緲起來。前蘇聯也有十分類似美國太空梭的設計——暴風雪號太空梭（Buran）。不過，暴風雪號只進行了一次無人駕駛的測試任務，並沒有將宇航員送入地球軌道。

受到NASA在20世紀80年代發射的太空梭啟發，歐洲空間局（ESA）也開始設計自己的「赫爾墨斯太空飛機」（Hermes spaceplane）。這種太空飛機重量為21噸，能搭載3名宇航員，並運送3.3噸的貨物前往海拔800千米的軌道上。歐洲空間局最新的太空飛機計劃「太空騎士」（Space Rider）則不像「赫爾墨斯」這麼有野心，它只能載重800千克，能到達的高度只有400千米。但是，「太空騎士」的意義在於，它表明了可重複使用的太空飛機設計並沒有隨太空梭的退役而終結。

無獨有偶，總部位於倫敦的跨國軍火工業和航空設備公司英國宇航系統（BAE Systems）——前身是英國宇航（British Aerospace）——當年也推出了「霍特爾」（Hotol）太空飛機的概念。「Hotol」是「Horizontal Take-Off and Landing」的縮寫，意為「水平起飛和著陸」。顧名思義，「霍特爾」可以像一架普通飛機一樣在跑道上起飛和降落。相比之下，「赫爾墨斯」需要搭在歐洲空間局的新型火箭——阿麗亞娜5（Ariane 5）運載火箭——上進行發射。

「赫爾墨斯」和「霍特爾」最終都沒有成為現實，但在某種程度上，它們又都繼續存在著。歐洲空間局最新的太空飛機計劃「太空騎士」也將使用一枚歐洲的火箭——織女星（Vega）運載火箭——進行發射。

與歐空局研製的迷你無人太空梭IXV（Intermediate eXperimental Vehicle，IXV；中文譯為過渡試驗飛行器或太空計程車）一樣，太空騎士也將在法屬蓋亞那進行發射。不過與IXV和赫爾墨斯不同，太空騎士將作為一個軌道自動化實驗室，可用於材料的測試。屆時，太空騎士的載荷艙將打開，暴露在太空環境中。

歐洲空間局太空騎士和織女星火箭開發項目負責人喬治·圖米諾（Giorgio Tumino）說：「（太空騎士）第一個主要任務是在軌道上進行一系列技術的演示，包括地球觀測、自動化探索和微重力實驗等。」

在圖米諾及其團隊研究、開發IXV和太空騎士的同時，歐洲其他國家也提出了自己的設想。英國「噴氣發動機」（Reaction Engines）公司正在研發一種被稱為「雲霄塔」（Skylon）的無人駕駛太空飛機，可用於發射衛星。德國航空航天中心（DLR）則提出了「太空班機」（SpaceLiner）的概念，可以用於載人亞軌道飛行。然而，無論是雲霄塔還是太空班機，短時間內都還無法看到它們出現在地球軌道上，至少不會在太空騎士之前。

太空騎士可能會在2020年或2021年到達地球軌道，這得益於去年12月時，歐洲空間局的27個成員國批准了對該項目的設計撥款。這筆錢將確保歐洲空間局與義大利航空航天研究中心（CIRA）、泰雷茲阿萊尼亞宇航公司（Thales Alenia Space）和洛克希德馬丁公司（Lockheed Martin）的合作順利進行，在2019年時完成太空飛機的設計。目前該項目由義大利航空航天研究中心負責管理。

不過，太空騎士的首次飛行很可能不會脫離地球大氣層。該飛行器的全尺寸模型將於2019年通過大氣氣球或直升機進行投放，以測試其著陸效果。設計中採用了一個翼傘系統，可以幫助太空騎士減速。圖米諾稱，這些飛行和著陸測試將在兩個地點進行，可能是聖瑪利亞島，也可能是瑞典的S-range飛行測試場。

大氣氣球可以用來測試太空騎士的全程降落飛行，翼傘系統可以引導太空騎士著陸，而直升機可以投下太空騎士，進行接近跑道和最終著地的測試。20世紀60年代，NASA曾經使用翼傘進行過雙子座載人飛船的跑道著陸引導試驗，接著在20世紀90年代初的SpaceWedge項目和2000年的X-38試驗機（後來被取消）測試中也使用過翼傘。

此前，在IXV項目中也進行過這類著陸測試，測試地點包括美國亞利桑那州和地中海的撒丁島。IXV的唯一一次飛行是在2015年，當時它以每秒7.5公里的速度進行了100分鐘的亞軌道飛行。在降落到太平洋之前，IXV總共飛行了25000公里。

太空騎士將降落在葡萄牙聖瑪利亞島的一條跑道上。聖瑪利亞島位於大西洋，是亞速爾群島的一部分。圖米諾表示，該島位於大海當中，很適合在太空騎士投入運行後作為返回地球的著陸點。

在IXV之後，歐洲空間局曾經提出過一項名為「歐洲可重複使用在軌驗證器項目-創新太空飛行器」（Programme for Reusable In-orbit Demonstrator for Europe – Innovative Space Vehicle，Pride-ISV）的計劃。「太空騎士」正是Pride-ISV項目的新名字，只是在設計上略有不同。

圖米諾解釋稱，太空騎士將比IXV稍微大一些，後者長度為4.4米。他相信太空騎士將會成功，因為它是基於已經成功飛行的IXV開發的。「我們沒有很多未知的問題，我們只需要把一切整合在一起，使其最有利於任務目標的實現，」他說，「一切都已經證實是可行的，而且很容易實施。」

儘管太空騎士是降落在跑道上，但它的起飛卻不是在跑道上。與NASA的太空梭相比，太空騎士的體積小了很多，但同樣也需要藉助火箭進行垂直發射。暴風雪號太空梭和NASA的太空梭與搭載它們的火箭推進器是並排而立的，而太空騎士將被放置在織女星-C運載火箭的頂部。作為織女星運載火箭中體量最大的成員，織女星-C將在2019年發射。

不過，太空騎士並非以這種方式發射的第一台太空飛機。2010年，美國空軍首次使用阿特拉斯-5型運載火箭發射了無人太空飛機X-37B軌道試驗飛行器（Orbital Test Vehicle，OTV）。這台飛行器由參與過太空梭項目的波音公司研發，體積比太空騎士大很多。它的長度達到9米，能在軌道上運行至少270天。在第4次任務中，X-37B實現了軌道飛行。美國空軍在去年宣稱，他們將使用X-37B測試電力推進技術。

太空騎士是一款民用太空飛機，它未來的任務時間只有幾個月。在發射期間，太空騎士和X-37B都將被密封在火箭整流罩內。整流罩是火箭的突出部分，由兩片子彈頭形狀的半殼組成，使火箭能切開低層的大氣。一旦到達大氣層頂端，這兩片半殼就會從火箭上分離，墜落到地面。

X-37B和太空騎士還有另一個共同點：它們都裝有太陽能板，可以在軌道飛行時為自己供能，從而延長任務時間。太空飛機在重新使用時都需要進行翻新，太空騎士也不例外。當然，最重要的是，我們終於又有機會見到新的太空飛船在地面和太空之間往返穿梭了。（任天）

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