“技术难度极大”的空天飞机究竟难在哪里？( 二 ) _小知识

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英国正在研制的“云霄塔”空天飞机概念图（图片来源：spacenews.com）
除起飞方式不同外，空天飞机和航天飞机还存在诸多差异。比如，航天飞机只能部分重复使用，而空天飞机除消耗推进剂外，却可全部重复使用，因而发射费用只有前者的十分之一。空天飞机的作战用途更为广泛，起降时受气象、地理等因素影响较小，既可巡航太空，又可乔装成侦察机、歼击机、轰炸机等各类战机，这些都是航天飞机难以望其项背的。
科技树为啥难点亮？
尽管空天飞机优点多多，但迄今为止，它仍只存在于设想与试验阶段，世界上还没有一架实用的空天飞机。即使是媒体口中风头正盛的“X-37B” ，严格来说也只是一款迷你版的航天飞机，并非真正的空天飞机。

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美国“X-37B”轨道测试飞行器（图片来源：www.airspacemag.com）

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“X-37B”基本结构及数据，其由运载火箭发射，严格而言是迷你版的航天飞机（图片来源：搜狐网）
其实，近几十年来，人类在空天飞机的研制上没少花功夫。美国曾于上世纪80年代推行过“国家空天飞机计划” ，当时虽研制出“X-30”等试验机型，但苦于无法攻克关键的发动机技术，最终无奈下马。英、德等国也曾有各自的空天飞机计划，后来也纷纷折戟。空天飞机的科技树为何如此难以点亮呢？

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各国空天飞机概念图（图片来源：黄志澄新浪博客）
空天飞机面临的技术瓶颈非常多，其中首要的就是动力问题。空天飞机要实现跨大气层飞行，速度必须从零加速至25马赫（即25倍音速），因而必须具备强大的心脏——发动机。然而，常规的吸气式发动机只能在马赫数小于3.5的条件下工作，冲压发动机在马赫数超过6之后效率也会急剧下降，想要实现更大马赫数的飞行，必须研制新型发动机。一个解决方法是采用超音速燃烧冲压发动机，其可在超音速气流中燃烧，燃烧效率及推力都比常规冲压发动机高。不过，美国科学家对此研究了数十年，依然无法弄清楚马赫数大于10后气流流动的基本物理过程。此外，由于空天飞机采用了吸气式发动机、冲压发动机及火箭发动机，如何将它们组合在一起也是一件十分棘手的技术难题。

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英国“云霄塔”空天飞机所采用的发动机（图片来源：spacenews.com）
在气动设计方面，空天飞机同样面临着巨大挑战。我们平素看到的飞机常将发动机吊在机翼下，但空天飞机为减小阻力以适应高速飞行，必须采用高度流线化的外形，因此发动机需与机身合并。合并后的一大难题就是如何保证发动机的进气道与喷管能随飞行速度变化而变化，既能使低速飞行时有足够的推力，又要降低高速飞行时的油耗。不过，即使你能设计出来，还面临另一大难题：难以实验验证。风洞实验是验证气动设计的重要手段，不幸的是，人们目前尚无能力制造横跨25马赫的风洞。