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中国航天飞机计划——揭密921工程
2018-4-27 15:51:00           作者: 超大军事

中国航天飞机计划——揭密921工程

中国921载人航天工程中的“长城一号”航天飞机方案,采用无垂尾布局,自带火箭发动机

航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器,它以火箭发动机为动力发射到太空,能在轨道上运行,且可以往返于地球表面和近地轨道之间,可部分重复使用,由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发,但只有美国与前苏联实际成功发射过。

航天飞机因具有重复发射、运载量大等宇宙飞船不可比的优越性而一度受到热捧。但这种由200多万零件组成的高度复杂系统,可靠性非常差。事实证明美苏两国设计的航天飞机并没有达到当初设想的目标。每次发射之前的检查、维护、修理都成为浩繁的工作。原计划每架航天飞机的设计寿命应是20年、100次发射,但美国总共5架航天飞机加起来才发射了100多次,20年的机体寿命却已超过,每次发射的成本也被证明远远高于当初设计目标。

更关键的是,在载人航天事业中,没有什么比宇航员更珍贵的,确保宇航员的生命安全,是第一重要的任务。迄今,全球历次载人航天失事一共造成22位宇航员丧生,而在美国两次航天飞机失事中丧生的宇航员就占了14位,其比例之高令人吃惊。在技术和安全的双重压力下,苏联的“暴风雪”、欧洲的“赫尔梅斯”(Hermes)等航天飞机计划相继下马。

中国航天飞机计划——揭密921工程

中国在1988年提出来的4种航天飞机方案和宇宙飞船方案,当年被誉为“五朵金花”,最后选择了最右边的神舟系列宇宙飞船。

中国航天飞机计划

中国也曾有过航天飞机的研制计划。当时在载人航天方面有宇宙飞船与航天飞机两条道路。美国在实现载人登月后放弃了飞船发展,转而研发可以反复使用的航天飞机并取得了一定的成功,但是航天飞机无法克服在发射过程中因强烈震动而造成隔热瓦脱落的问题,而相比于航天飞机,宇宙飞船则不存在上述情况,因而要安全得多。我国在发展载人航天的过程中是走飞船的道路还是走航天飞机的道路曾经产生过广泛的争论,以当时的主流意见来看,走航天飞机的发展道路占了上风,因此在此后的一段时间中我国也全力开始了航天飞机的预研。

我国的航天飞机研制计划最早提出于80年代中期,构想起于发展天军的战略,最早将其归属于863计划子项目编号204的航天附属项目中,是一个由宇宙飞船到航天飞机的渐进构想。当时,美国航天飞机成功首飞取得了巨大的轰动,所以我国国内主导意见是上航天飞机项目,宇宙飞船当时根本排不上号。在整整争论了三年后,1992年中国载人航天计划工程正式制定,提出了研制和运行以空间站为核心的载人航天系统,而天地往返系统确定为宇宙飞船,即后来的神舟系列宇宙飞船。当年力主宇宙飞船方案的航天专家王希季院士回想道:“如果中国当时研制航天飞机,那么现在载人计划(神舟飞船)恐怕早就下马了。

中国航天飞机计划——揭密921工程

长城一号航天飞机风洞模型,经过了空气动力试验。

“863计划”为中国的载人航天开辟了道路

航天技术是“863计划”《高技术研究发展计划纲要》七大领域中的第二领域,主题项目是:大型运载火箭及天地往返运输系统、载人空间站系统及其应用。“863计划”出台后,航天领域成立了两个专家组,一是大型运载火箭及天地往返运输系统,代号863-204;二是载人空间站系统及其应用,代号863-205。1987年,在原国防科工委的组织下,组建了“863计划航天技术专家委员会”和主题项目专家组,对发展我国载人航天技术的总体方案和具体途径进行全面论证。

“863—204”专家组在1987年4月发布《关于大型运载火箭及天地往返运输系统的概念研究和可行性论证》的招标通知,以招标方式选择在技术方面有优势的单位,按要求各自论证载人航天方案。航天部、航空部、国家教委、中科院、总参谋部、国防科工委等系统60多家科研单位参加了这场大论证,仅航天部所属的单位就有一、三、五、八等四家研究院分别参加了投标。由于是科学界里的技术概念论证,没有太多的行政干预,所以这番讨论思想相当解放,视野相当开阔,是中国航天技术发展史上前所末有的。

在不到2个月的时间里,各竞标单位提出了11种技术方案。“863—204”专家组筛选出6种方案,要求他们在1988年6月底前,完成技术可行性论证报告,以便参加高层专家的评审。虽然1987年的方案距今已有22年之久,但是我们今天翻看它们,仍然不得不为我国科学家的大胆和卓识油生敬意。

中国航天飞机计划——揭密921工程

方案一: 航天部五院508所提出的载人飞船方案。这个方案看起来不那么时髦,似乎有些落伍。它用火箭把飞船发射升空,飞船靠降落个定点返回,类似苏联使用的联盟号飞船。论证方认为,飞船是一种经济、技术难度都不很大的运输器,在时间上能保证21世纪初期投入使用,经费上不会突破国家2000年前投资的总盘子。根据我国的国情,在很长时间内航天运输的规模不会很大,使用一次性飞船的投资效益比会比可重复使用的航天飞机好的多。飞船可为空间站和航天飞机进行技术探路,空间站建成后还可作为太空救生艇,即使航天飞机、空天飞机研制成功,飞船也可以与其大小搭配,成为其有益的补充。

中国航天飞机计划——揭密921工程

方案二: 航天部一院一部提出的天骄一号小型航天飞机方案。它与方案三的长城一号航天飞机接近,所不同的是轨道器不带主动力,返回时利用自身结构滑翔着陆。天骄一号借助运载火箭送入轨道,即可载人又可载货,可部分重复使用,研制周期15年,它是当时世界拥有航空技术实力的国家正在发展和准备发展的运输器。以法国为首的欧共体集欧洲十几个国家的力量,正在联合攻关赫尔墨斯小型航天飞机,这种飞机以美国航天飞机为原型,缩比1/6研制。中国如完成此方案,可以为发展空天飞机和火箭飞机解决许多技术难题。

中国航天飞机计划——揭密921工程

方案三: 航天部上海航天局805所与航空部604所共同提出的长城一号航天飞机方案。它垂直起飞,水平降落,部分重复使用,轨道器带主动力可自主飞行。这个方案基本是以我国现有大型火箭为基础,虽有一定技术风险,但并非没有可能解决。

方案四: 航天部北京11所提出的V-2两级火箭飞机的方案。它像火箭一样垂直起飞,如飞机一样水平着陆,以火箭发动机为动力,可完全重复使用。这个方案既有新型高空高速飞机的技术,又有新型氢、氧、烃火箭发动机技术,它需要先搞二个初级型,后搞最重要的轨道器部分,再搞全尺寸的火箭飞机,时间进度亦在2015年前后。

中国航天飞机计划——揭密921工程

方案五: 航空部601所提出的H-2空天飞机方案。它可以像飞机一样水平起飞和降落,使用吸气式涡喷组合发动机,可完全重复使用。这是一种集航空、航天技术为一体的高技术方案,技术难点较多,特别是吸气式涡喷组合发动机在国外也是一个久攻不克的难关,英国曾经提出过这种方案,后来放弃了,所以没有可借鉴的经验。但是它符合瞄准世界前沿的战略思想,一旦2015年能获成功,则我国的航空航天技术可一步到位世界先进水平,或大大缩小与世界先进水平的距离。

方案六: 航空部611所对法国正在研究的赫尔墨斯小型航天飞机的综合分析。论证方认为法国搞的航天飞机在政治、经济、技术背景与我国有相似之处,其总体技术与航天部一院一部提出的天骄一号小型航天飞机方案类似,是航天飞机诸方案中最省力、省时的方案。611所正在与国外开展航空技术方面的合作,可以一并引进国外的有关技术。

经过一年多的论证,专家委员会于1988年7月在哈尔滨召开了评议会。航天专家选取了五种方案进行深入论证和对比分析,分别是宇宙飞船、不带主动力的小型航天飞机、带主动力的航天飞机、两级火箭飞机和空天飞机。1988年7月20日至31日,上百位航天专家汇集哈尔滨,根据五种方案的主题报告,讨论决定最终“机型”。

专家们的主导意见是:航天飞机和火箭飞机虽然是未来天地往返运输系统可能的发展方向,但我国目前还不具备相应的技术基础和投资力度,尚不宜作为21世纪初的跟踪目标;带主动力的航天飞机要解决火箭发动机的重复使用问题,难度比较大;可供进一步研究比较的是多用途飞船方案和不带主动力的小型航天飞机方案。

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两种航天飞机风洞模型和关键材料样本

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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