[航天飞机] 改进的空中发射航天飞机方案

第一篇：[航天飞机]改进的空中发射航天飞机方案[航天飞机]改进的空中发射航天飞机方案

当今航天飞机垂直发射，必须克服极其沉重的自身重量才能飞起来，所以要求其火箭发动机的推力十分巨大，但相应能量的损失率也非常大，导致其效率极低。使用平台式飞机驮载航天飞机水平起飞，在空中投放发射，不但将初始的发射高度提升了10公里，更重要的是为其提供了一个非常宝贵的水平初始动量，从而大大降低了航天飞机对总推力的需求，也就意味着极大地减少了推进剂的携带量。这段高度的大气非常稠密，最适合于平台式飞机的涡轮风扇发动机工作，同时也充分发挥了其巨大的载重能力，尽可能地提高了航天飞机的初始发射重量。

空中投放后，六台与冲压发动机一体化的固体助推火箭点火，因为已经具有了800公里/小时的初速，所以很容易就能将航天飞机水平加速到大约马赫数m1.5以上，而后六台冲压喷气发动机再接续点火工作。这个高度的大气密度相对稀薄，空气阻力很小，非常有利于高速飞行，又恰好最适合于冲压喷气发动机工作。

30公里以上高空的大气密度已经稀薄至没有什么利用价值，这时航天飞机仅凭借巨大的惯性作用向上跃升，将积累的动能转化成上升高度。

到达80公里的高空后，航天飞机的惯性存速已经减至很小，届时其一台主火箭发动机点火，推动航天飞机小角度爬升。因为已没有空气阻力，加上基本是沿地球的切线方向加速，并且此时航天飞机的质量又尽可能的小，推进剂消耗得又非常快，所以加速就很快，很快即能达到入轨速度马赫数m25。

因为仅在大气层之外水平加速时才使用火箭发动机，所以根本无需非常大的推力及推进剂携带量，采用常规碳氢燃料主火箭发动机即可，并且其燃料和液氧贮箱的体积都不大，可以布置在有效载荷舱的地板下面。空中发射航天飞机具有以下非常显著的优点：

①、充分利用大气中的氧②、充分利用大气介质参与做功③、充分利用大气的气动升力④、尽可能提升初始的发射高度

⑤、为航天飞机提供一个宝贵的水平初始动量⑥、尽可能在垂直方向上缓慢，甚至减速上升高度

⑦、尽可能沿水平或地球的切线方向上加速

这些优点所带来的好处是：大大减小了总推力需求，大大提高了动力的总体

效率，极大地减少了推进剂的使用量。如有意外发生，空中发射航天飞机有超过百分之八十的发射进程可以立即中断并安全返回，而美国的航天飞机一经发射就无法中途返回。

在空中发射航天飞机再入大气层的热防护系统中，用耐高温合金（如铌）蒙皮来代替高温可重复使用表面隔热材料（hrsi）防热瓦，以承受较低的温度648~1260°c，完全能够做到真正地重复使用。这样，每次返回后只需更换掉全部的增强的碳/碳材料（rcc）防热瓦，及根据脱落和受损伤的具体情况，视情更换掉个别的低温可重复使用表面隔热材料（lrsi）防热瓦，那么每次更换的防热瓦总数就仅有区区几十块，极大地节省了维护成本和复飞的准备时间。

在运载几乎相同有效载荷的情况下，空中发射航天飞机的结构复杂程度，发射重量，地面支持系统的规模，发射成本和发射准备周期等等指标，均比美国的航天飞机降低了整整一个数量级，甚至更多。而且真正实现了“零抛弃”发射入轨，为将来大规模的太空工业化，提供一种简单廉价、安全可靠、灵活高效的天地往返运输系统。

改进的空中发射航天飞机飞行过程示意图

a、平台式飞机驮载着航天飞机水平起飞，缓慢向上盘悬爬升。