昊龍貨運航天飛機亮相：中國航天如何破解成本難題？

昊龍模擬圖

最近的珠海航展上，我國下代貨運航天飛機“昊龍”亮相，關(guān)注航天的朋友們可能并不陌生，美國和蘇聯(lián)都曾經(jīng)研制過航天飛機，并且在很長一段時間里，美國的航天飛機都是他們的太空客貨運主力。當然，這種航天器也是造成傷亡最多的航天器。在正式航天飛行中，人類一共犧牲過18名宇航員，航天飛機就帶走了其中的14人。并且，這種可重復(fù)使用的天地往返運載器，原本是為了節(jié)約成本而出現(xiàn)的，結(jié)果美國用了幾十年之后發(fā)現(xiàn)，成本非但沒有降低，反而大大增加了。那么，我們現(xiàn)在重新開始使用航天飛機的方案，難道是又踩進了美國人踩過的坑嗎？

要知道，美國的航天飛機之所以最終被放棄不用，不是因為他的方案不夠先進，而恰恰是因為方案過于先進，過于先進這就叫激進了。以當時的工程技術(shù)水平，實現(xiàn)這樣的方案，最終的結(jié)果就是，要么成本控制不住，要么可靠性控制不住。就像是給一個人出一套超過了他能力的試卷，那么他就需要更多的時間來答題，而且錯誤率會高的多。航天飛機就是這樣的一套產(chǎn)物。而他的方案之所以更加困難，是因為他將大部分的火箭系統(tǒng)都放在了航天飛機上，主發(fā)動機在上面，貨倉在上面，客艙也在上面，雞蛋放到了一個籃子里，也就是說，運載系統(tǒng)里面最貴的火箭發(fā)動機，要跟著飛船一起上太空，飛機待多久，他就待多久，而且發(fā)動機還要跟航天飛機一起落回來，經(jīng)歷重新回到大氣層這個再入階段的熊熊烈焰。這么一番折騰下來，就得進大修廠好好地檢修一遍了。而且把客艙、貨艙、主發(fā)動機全放在航天飛機上，他的尺寸可就大多了，更大的尺寸需要更大的防隔熱面積，損壞的概率也大很多，2003年哥倫比亞號航天飛機在返回時發(fā)生的事故就是隔熱瓦損壞造成的。

反觀咱們中國的昊龍方案，我在航展現(xiàn)場看了，他背后是沒有主發(fā)動機的，只有對接口和幾個姿控噴口，用來調(diào)節(jié)姿態(tài)和變軌。也就是說，他是依靠運載火箭發(fā)射升空的，高價值的火箭發(fā)動機并不跟著他一起上去一起返回。而可重復(fù)使用的運載火箭，spacex已經(jīng)為我們打了個樣，我國的航天企業(yè)近些年也在奮起直追，所以我們有理由相信，在昊龍研發(fā)出來的時候，我們應(yīng)該就會有可以將他送上太空的可重復(fù)使用火箭了。而且，為了求穩(wěn)，昊龍是一艘純貨運飛船，替代的是目前的天舟貨運飛船。即便可靠性沒有載人飛船那么高，偶爾出一點小問題，也至少沒有生命危險。

目前，咱們的天舟貨運飛船是一次性的，每次給空間站上送上去貨，他就變成了一個臨時艙庫，航天員從里面取生活實驗物資，再把用過的廢品，包括垃圾甚至糞便存放在里面，等到裝滿，貨運飛船準備交接班的時候，天舟就離開空間站，再入大氣層，連同里面的垃圾廢品一起燒毀了。這其實很浪費，因為天舟貨運飛船也有他自己的姿控系統(tǒng)，能源系統(tǒng)，貨倉的環(huán)境控制系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)的壽命遠不止半年，完全可以像飛機上的這些系統(tǒng)一樣重復(fù)使用。而因為天舟不能回收，我們現(xiàn)在空間站雖然上行能力很強，但下行能力不足，也就是把空間站上的東西帶回來的能力不足，很多東西其實我們還想要呢，但是因為帶不回來，只能塞進天舟里燒了。因為截止目前，我們只能用神舟飛船的那個返回艙往回帶東西，運力很小，所以很多的試驗樣品我們沒辦法帶回地面進行檢測，而空間站再高級，上面的檢測儀器受限于體積重量，也是不可能有地面上的好的。就拿前段時間很火的那幾條斑馬魚來說，最近我看到，他們已經(jīng)被放進天舟貨運飛船了，你看到這個視頻的時候，他們可能已經(jīng)成烤魚了，為人類的科研做出了貢獻。但如果能夠帶回來，解剖一下，化驗一下，是不是就能更深入地進行太空生物研究了。因此，擁有一個可以把更多空間站上的東西帶回來的貨運飛船，或者說航天飛機，就非常重要了。

從返回地球的方式來看，昊龍航天飛機跟目前的神舟飛船返回艙是完全不同的，神舟飛船這種叫半彈道式，返回時的過載更大，最大溫度更高，需要更厚的隔熱層，產(chǎn)生的升力比較小，控制力也比較小，所以他的降落精度不太高，需要不停地進行預(yù)測，搜救人員向預(yù)測點靠攏，最后回收。而昊龍這種叫升力式，也叫滑翔式，說白了就是個滑翔機。它再入的時候溫度峰值更低，過載更小，而且他是有機翼的，能夠產(chǎn)生氣動力，從而在再入的過程中對自己不停地進行控制。于是，他的落點可以非常精準，直接降落在跑道上，這就進一步降低了回收成本，我們不需要那么多直升機和越野車去追返回艙了。

當然，隨著技術(shù)的不斷進步和成熟，這種滑翔式再入的航天飛機方案的成熟性會越來越高，那么未來將他用在載人飛行上的可能性也會越來越高，還是那句話，在萊特兄弟發(fā)明飛機之初，哪怕是最簡單的飛行，都是勇士們的游戲，但現(xiàn)在民航客機可以輕松隨意地將普通老百姓安全送到大洋彼岸。航天也一定會遵循這樣的發(fā)展規(guī)律，成本越來越低，服務(wù)人群越來越廣，取得地方越來越遠。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

作者：茍勝

審核：周炳紅 中國航天科普大使 研究員

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司