出品：科普中國
制作：川陀太空（科普作者）
監(jiān)制：中國科普博覽
不久前閉幕的第15屆珠海航展上，中國航空工業(yè)集團在新聞發(fā)布會上公布了“昊龍”貨運航天飛機的實體模型，再次激起了我們對中國航天下一步發(fā)展的關(guān)注熱情。
“昊龍”貨運航天飛機在中國空間站低成本貨物運輸系統(tǒng)方案征集活動中脫穎而出，目前已獲得飛行驗證階段合同，這意味“昊龍”驗證機的研發(fā)已經(jīng)展開，由成都飛機設(shè)計研究所主導(dǎo)，服役后將率先用于天宮空間站的貨物運輸。
第15屆珠海航展上公布的“昊龍”貨運航天飛機外形
（圖片來源：四川在線）
“昊龍”航天飛機的特點
根據(jù)珠海航展上“昊龍”貨運航天飛機的模型，可以看出，這是一個帶有明顯機翼結(jié)構(gòu)的航天器，采用大后掠三角翼設(shè)計，整體特征與航天飛機相似。大后掠三角翼是三角形機翼為基礎(chǔ)，加大了機翼的后掠角，從機身上方俯視，就像一個“尖”的三角形?！瓣积垺钡淖笥乙砑膺€設(shè)計了面積較大的小翼，有著升力體的些許特征，這是一種能讓機身自己產(chǎn)生升力的外型，后方還有一個垂直尾翼。機腹下方、機翼前緣都敷設(shè)了隔熱材料，尾部安裝有發(fā)動機，這說明可實施軌道機動。
大后掠三角翼示意圖
（圖片來源：空氣動力學(xué)報）
可以認(rèn)為，“昊龍”結(jié)合了傳統(tǒng)航天飛機和升力體飛行器的特征，在世界范圍內(nèi)是一次重大創(chuàng)新，成都飛機設(shè)計研究所作為殲-20、殲-10的生產(chǎn)商，其在氣動領(lǐng)域的雄厚技術(shù)積累在“昊龍”上得到了集中體現(xiàn)。
“昊龍”貨運航天飛機外形機身底部敷設(shè)了隔熱材料
（圖片來源：澎湃新聞）
**從發(fā)射方式上看，“昊龍”貨運航天飛機采用火箭發(fā)射，即垂直升空。**返回地球時使用機翼在大氣層內(nèi)滑翔，最終水平降落在指定機場跑道，與航天飛機一致，所以我們可以稱“昊龍”是一種小型的無人航天飛機。目前世界上采用類似發(fā)射方式的還有X-37B，也是使用運載火箭垂直發(fā)射，水平降落。
“昊龍”的定位是貨運，因此其機身像個長方體，并設(shè)計了大型艙門，這樣可以盡可能裝更多的貨物。機翼結(jié)構(gòu)在機身下方，確保了機身內(nèi)部有較大的貨艙空間。這一點與“追夢者”等升力體航天器有著顯著區(qū)別，后者有著明顯的翼身融合特征，機翼和機身之間沒有明顯的分界線，就像融合在一起。由此推測，“昊龍”后續(xù)完全可以研發(fā)出其他衍生型號，比如在貨艙內(nèi)安裝機械臂，勝任更多的近地軌道任務(wù)。
“昊龍”貨運航天飛機可在機場跑道上降落
（圖片來源：中國航天科技集團公司）
根據(jù)珠海航展的介紹，“昊龍”航天飛機長度為10米，比X-37B的8.92米還要長?！瓣积垺钡囊碚惯_到8米，也超過X-37B的4.55米，當(dāng)然這主要是因為“昊龍”設(shè)計了兩個巨大的小翼，用于改善在大氣層中滑翔的姿態(tài)控制。從航展官方公布的數(shù)據(jù)可以看出，“昊龍”航天飛機塊頭不小，內(nèi)置貨艙可變程度較高，將來必然有大用途，當(dāng)然近期先以服務(wù)天宮空間站為主要任務(wù)。
有了“天舟”，為什么還要“昊龍”？
“昊龍”航天飛機的早期任務(wù)是用于空間站的貨物運輸，這里可能有小伙伴不太理解，為什么我們已經(jīng)有了“天舟”貨運飛船，還要研發(fā)“昊龍”貨運航天飛機？
“天舟”的塊頭比“昊龍”大得多，也裝得多，但是“天舟”與世界上其他貨運飛船一樣“只能上天，不能著陸”，這意味著我們能夠?qū)?噸多的貨物送到空間站，但是無法將需要帶回地面的貨物帶回來，只能使用神舟載人飛船帶回極少部分比較關(guān)鍵的貨物，畢竟該飛船主要任務(wù)是載人。
“天舟”貨運飛船
（圖片來源：中國航天科技集團公司）
“天舟”貨運飛船
（圖片來源：中國航天科技集團公司）
按照發(fā)射程序，“天舟”飛船在脫離空間站后，就攜帶著空間站產(chǎn)生的生活垃圾等進入大氣層銷毀了，并沒有設(shè)計返回艙，不能返回地面。這對一些科研樣品來說，就顯得非常不方便了，在必要的時候，仍然需要帶回地面進行進一步研究。比如隨天舟八號貨運飛船進入軌道的“月壤磚”，被送往空間站進行微重力環(huán)境暴露實驗，如果能將其重新帶回地面，就可以讓更多的科研人員接觸到這些實驗樣本，對后續(xù)進一步開發(fā)“月壤磚”顯然有積極的意義。這時候就需要用到“昊龍”航天飛機，可將空間站上的實驗樣本等物件帶回地面。
**“天舟”飛船運載能力強，能將7噸多的貨物送上軌道，“昊龍”則相對小一些，突出下行貨物運輸能力。**據(jù)載人航天工程辦公室發(fā)布的《空間站運營低成本貨物運輸》方案設(shè)想，單次貨物上行重量為密封艙貨物不少于1.8噸。所以“天舟”和“昊龍”形成了互補，前者側(cè)重上行運輸，后者有較強的下行運載能力。同時，“昊龍”航天飛機還具備重復(fù)使用能力和快速發(fā)射能力，實現(xiàn)低成本高頻次發(fā)射。
“昊龍”貨運航天飛機已進入研發(fā)階段
（圖片來源：中國航天科技集團公司）
“昊龍”貨運航天飛機大氣層飛行想象圖
（圖片來源：中國航空工業(yè)集團）
目光聚焦地月空間
“昊龍”航天飛機計劃源于2021年中國載人航天工程辦公室提出的“低成本貨物運輸方案”征集活動，此時距離天舟一號貨運飛船首次發(fā)射也不過4年的時間。
一方面有載人航天工程事物發(fā)展的客觀規(guī)律所要求，我們需要將空間站上的部分實驗載荷帶回地面，并且建立可重復(fù)、快速響應(yīng)的天地往返平臺；另一方面也有國際上載人航天向地月系發(fā)展的大趨勢，所謂兵馬未動糧草先行，對新型貨運飛船的需求也水漲船高，重返月球和開發(fā)地月系空間資源，就需要能夠在地球與月球之間穿梭的物資補給平臺。
“昊龍”貨運航天飛機有尺寸可觀的貨艙
（圖片來源：中國航空工業(yè)集團）
2022年11月，我國公布了探月工程四期和深空探測任務(wù)后續(xù)規(guī)劃，我國正在論證以月球為主要基地，建立國際科研站。嫦娥七號將在月球南極著陸，負(fù)責(zé)尋找水資源，嫦娥八號和嫦娥七號將組成我國月球南極科研站基本型的主體。同時，我國還將對木星、天王星等行星進行探測，并實施地外小行星防御任務(wù)。
2024年10月，我國發(fā)布了《國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃（2024—2050年）》，再次明確提出聚焦地月系空間，并向太陽系其他天體拓展，比如金星大氣層采樣返回等。全面推進空間科學(xué)研究，比如高精度紅外觀測、空間高能物理研究、引力波探測等。
“昊龍”貨運航天飛機可對接天宮空間站
（圖片來源：中國航空工業(yè)集團）
這些任務(wù)都可能需要“昊龍”航天飛機，因為它有個巨大的貨艙，可以裝貨物，也可以安裝機械臂，尾部有動力系統(tǒng)，具備大氣層內(nèi)滑翔飛行能力，集合了航天飛機的優(yōu)點。
尤其是我國在2022年提出的小行星防御任務(wù)，要對小行星進行探測、預(yù)警。研究小行星就可能需要采集小行星樣本，那么“昊龍”航天飛機的貨艙就可以派上用場，比如可使用機械臂抓取數(shù)米級直徑較小的小行星樣本，并將其帶回地面。后期甚至可以衍生出“昊龍”PLUS版本，使用更大的運載火箭發(fā)射，執(zhí)行更遠(yuǎn)的行星際貨運任務(wù)，這對我們開展火星綜合探測有積極意義。
同時，“昊龍”也是個無人平臺，不需要復(fù)雜的航天員生命保障系統(tǒng)，可以執(zhí)行多種空間任務(wù)。從近期看，“昊龍”是天宮空間站的好幫手，從遠(yuǎn)期看，可為我國的月球地面站、月球空間站提供快速補給通道，也能讓月面樣本快速返回地面。畢竟“昊龍”可在機場降落，比返回艙著陸效率更高。
參考文獻：
1. 空天往返、降低成本、可重復(fù)使用——貨運航天飛機“昊龍”來了！
2. 中國航天深空探測規(guī)劃來了！未來有這些大動作
3. 維基百科：中國空間站低成本貨物運輸系統(tǒng)
4. 含冗余控制面飛行器配平優(yōu)化設(shè)計與性能分析
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