前沿科技之通天铁轨：可发射达10倍音速飞船

扫街 · 发表于 2012-4-6 12:21:59

据国外媒体报道，想象一下，一架安装超音速喷气发动机的V形飞机沿着一条带电铁轨飞驰，搭载着飞船奔赴轨道，听起来是不是有些遥不可及？但实际上，这种带有科幻色彩的技术可能在将来的某一天在美国宇航局手上成为现实。目前，美国宇航局位于佛罗里达州肯尼迪航天中心的一组工程师以及其他中心的工作人员正将目光聚焦两种新奇的发射系统上，上文提到的带电铁轨便是其中之一。两种发射系统均采用高精尖技术研发。
超音速冲压喷气太空发射平台
早期的一项提议建议为运载飞机安装超音速冲压喷气发动机。借助于这种依靠超音速燃烧推进的喷气发动机，运载飞机的速度最大可达到10马赫(即10倍音速)。在进入上层大气层之后，飞机尾部类似火箭第二级的推进器将点火，负责将小型有效载荷舱或者太空舱送入轨道。完成高空发射之后，运载飞机将重返地球并在跑道上降落，而后再准备下一次飞行。
肯尼迪航天中心应用物理学实验室部门主管斯坦·斯塔尔表示，研发这种发射系统虽然需要对当前的技术进行改进，但并不需要研发任何全新的技术。他说：“所需要的一切技术都已被研发出来。我们所要做的就是让这些技术趋于成熟，达到可以投入使用的程度，也就是进一步对其进行完善和改进。”
通天铁轨
美国宇航局官员表示，超音速冲压喷气发射者技术是未来先进太空发射系统的基础，宇航局的多家中心需要共同努力实现这一计划。根据早期的设计，在肯尼迪航天中心的宇航局飞行器装配大楼(组装用于发射的航天飞机)和39A发射架之间，宇航局可以铺设一条2英里(约合3.2公里)长的测试用发射铁轨，轨道器将借助这条铁轨发射。
“发射铁轨”这种方式将面临一些挑战。宇航局的科学家表示，在一条带电铁轨上进行发射时，铁轨本身必须能够承受住速度10倍于过山车铁轨的高速考验。过山车的速度通常在每小时60英里(约合每小时100公里)左右。除了借助铁轨，宇航局的科学家同样考虑其他一些方式，为铁轨发射飞行器提供能量。
一项采用空气推进的铁轨发射者研究正在进行当中。目前，斯塔尔的小组正向宇航局的革新技术计划申请更多资金，以完成这项研究。宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔航天中心的工程师对一个基于铁轨的系统进行了测试。该系统采用磁悬浮方式，让飞行器达到发射速度。
在研究利用铁轨发射飞机过程中，设计人员同样可以借鉴已经进行的一系列测试。宇航局的X-43A或Hyper-X计划以及美国空军最近的X-51超音速冲压喷气发动机测试结果显示，超音速冲压喷气发动机可以达到令人吃惊的速度。5月晚些时候，空军的X-51A“波行者”超音速冲压喷气发动机实验用飞行器创造了一项最长高超音速飞行的世界纪录。测试中，X-51A“波行者”以超过5马赫的速度飞行了3分多钟，此前的纪录为12秒，由宇航局的X-43A飞机于2004年创造。
商用超音速冲压喷气发射就在眼前？
斯塔尔表示，如果一家公司决定利用美国宇航局基础研究的优势，采用超音速冲压喷气发动机的飞行器便可以充当商用发射计划的基础。斯塔尔及其工程组提出了一项10年计划，这项计划的第一步就是发射一架无人机，与空军测试中使用的无人机类似。在此之后，更多先进原型将进行测试，最终目标是研制出一种能够将小型卫星送入轨道的飞行器。
斯塔尔指出，先进太空发射系统并不适于取代宇航局即将退役的航天飞机或者其他任何载人飞船计划。但如果早期的无人发射器取得成功，这一系统将最终用于运送宇航员。他说：“能够参与一项重要的技术革命是一件非常幸运的事情，这种机会毕竟不是经常碰到。”