解码美国四大空天飞机

在丹·布朗的科幻小说《天使与魔鬼》中，罗伯特·兰登乘坐X-33飞行器一个小时从纽约飞到日内瓦，该飞机时速达到15马赫，也就是每小时飞行17702公里。小说中的这种飞行器并非虚构，它正是目前各国正在研发的空天飞机。

X-37空天飞机想象图。

在丹·布朗的科幻小说《天使与魔鬼》中，罗伯特·兰登乘坐X-33飞行器一个小时从纽约飞到日内瓦，该飞机时速达到15马赫，也就是每小时飞行17702公里。如果您知道新一代波音737能达到的最大速度也只有0.785马赫，即每小时853公里，对X-33的速度您大概就有更清晰的概念了吧。兰登乘坐的X-33是一种无需火箭发射便能直接太空中飞行的载人飞行器。小说中的这种飞行器并非虚构，它正是目前各国正在研发的空天飞机。这种飞机速度惊人，将会彻底改变人类对距离的概念。

从1956年苏联发射第一颗人造卫星开始，各国科学家便致力于研究更方便的载人太空飞行器。从1980年代开始，美国开始国家空天飞机计划（NASP）。1986年时任美国总统的罗纳德·里根在国情咨文中提出：“在未来的十年中，要发明出一种新的东方快速航班，从杜勒斯机场起飞，用超过25倍音速的速度，二个小时内飞到东京。”接下来的二十多年中，美国的空天飞机计划一直在持续进行中，本文将向您介绍美国的四大空天飞机计划。

罗克韦尔X-30空天飞机想象图

罗克韦尔X-30

国家空天飞机计划（NASP）旨在研发一个超音速吸气式单极入轨飞行器。由于该飞机由罗克韦尔公司领导研发，因此，这个空天飞机也被称为罗克韦尔X-30（Rockwell_X-30）。

这架飞机计划将有95.7米长，136吨重，项目初期，科学家认为如果使用超音速燃烧冲压喷气发动机，这架飞机最高速度可达到8马赫每小时，因为大气摩擦会消耗掉大量能量。接下来的研究发现，如果能量得到补偿，速度达到20马赫也有可能。

X-30的外形是根据空气动力学设计的，铲状的前机身可以压缩空气进入引擎，后机身形成一个集成的排气口。机翼采用很小的鳍状设计，用于平衡。这种设计有利于高速飞行，但不利于起飞和减速。

X-30飞行时，机身大部分表面的温度预计达到980摄氏度，飞机前端和引擎部分的最高温度可超过1650摄氏度，这要求机身使用耐高温、重量轻的材料，当时钛铝化合物、高级碳复合物、钛金属机体复合材料（TMC）和碳化硅纤维都被用于机身的设计。麦道公司使用钛金属机体复合材料制造了一段机身，这段机身高1.2米、宽2.4米、长2.4米。研究人员还制造了一个碳纤维低温氢气舱。在1992年，这些设计都已经通过了机械载荷及820摄氏度的高温试验。

尽管项目在飞机结构和动力技术上都有不错的进展，但美国宇航局（NASA）依旧面临大量技术难关，国防部希望这架飞机至少可以承载2-3名飞行员。一架由人驾驶的空天飞机，需要仪表、环境控制系统和安全设备，这就要求X-30设计的更大、更重，也需要花费更多的资金。这一切都导致计划在1993年的结束。

接下来，美国开始实施另一项比之X-30较为保守的超音速飞行器计划，这就是无人驾驶空天飞机 X-43飞行器。

X-43想象图

美国宇航局X-43飞行器

作为NASA超音速飞机(Hyper-X)项目的一部分，X-43无人驾驶超音速试验飞行器，其实就是X-30的缩小版。X-43共3.7米长，1300公斤重，在没有推动力下依然可以高速飞行。不过X-43只是一次性使用的测试飞机。

X-43早期设计X-43A速度可以超过7马赫（每小时8050公里），海拔达到30000米，飞行结束后落入大海中。X-43A的超音速燃烧冲压发动机主要以氢气为原料，发动机只有在速度达到4.5马赫以上时才开始运作，因此需要由火箭提供推力。科学家们在X-43A上加了一个助推火箭，当高度及速度达到预定值，助推火箭便自动脱离X-43A，接下来，X-43A利用自身的发动机进行飞行。在高速飞行时，压缩震波会产生大量的热量，为了不让热量融化掉飞机，科学家们在发动机整流罩和前缘气流分罩后设置了循环水系统。飞行时，循环水系统在速度达到3马赫时开始运行。

NASA 一共试验飞行了三次X-43A，第一次飞行在2001年6月2日，由于助推火箭失去控制，飞机在大约11秒飞行后坠入太平洋。NASA认为这次失败主要由于数据建模中的一些错误。其它两架都成功飞行。2004年3月进行的第二次飞行中，X-43A速度达到7马赫，成为当时世界上速度最快的吸气式飞机。2004年12月16日，X-43A进行了第三次飞行试验，并打破了之前的记录，速度达到每小时9.8马赫（每小时12144千米），超音速燃烧冲压发动机运行10秒，飞行10分钟后坠落在加州附近的海面，大约消耗1千克氢气。

目前X-43空天飞机的其它项目也正在进行中，包括X-43B、X-43D，X-43C于2004年3月被暂停。