极超音速引擎引领太空飞机新时代

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1、极超音速引擎引领太空飞机新时代邓雪梅/编译●协和式超音速喷气客机或许终有一天会陈列在博物馆中，然而，人类对超音速空中旅行的梦想仍然会继续下去。现今，正在研制的用于太空飞机的强有力火箭引擎能够以飞快的速度运送我们，并将以创新的方式将燃油重量限制到最低。“云霄塔”太空飞机未来将以大于5马赫的速度飞行科学家们正在研发可重复使用且强有力的火箭引擎。通常，亚轨道运行的太空飞机能够在四个小时内从伦敦飞到悉尼，包括使用普通喷气引擎的协和式超音速客机以2马赫（即两倍声速）速度飞行，而带有新型引擎的太空飞机其飞行速度将达到5马赫甚至更高，这样的速度被

2、称为“极超音速”。协和式吸气火箭引擎然而，这些太空飞机必须携带极其昂贵且足够多的液态氢和液态氧燃料，因此，在研制过程中，其自重越轻则飞行价格越便宜。那么，如何减轻自重呢？答案是显而易见的：空气中有大量的氧气。利用空气中的氧气并通过氢来燃烧它，太空飞机就能减少大量用于助推飞行的氧化剂。这就是代号为“佩刀”的协和式吸气火箭引擎理念，即由英国喷气发动机公司研发的燃烧氢气和空气的引擎，未来将用于名为“云霄塔”太空飞机的引擎——“云霄塔”将以5马赫的速度用于点到点的客机航行。仅用一个引擎，“佩刀”就能够给可重复使用的太空飞机以动力（从跑道上起

3、飞升入太空），这是“佩刀”领先于超燃冲压喷气引擎的主要优点之一。而超燃冲压喷气引擎其理念是通过太空飞机的超高速运动把空气压缩成燃料，并以4马赫的速度工作，前提是需要通过一个火箭引擎才能达到这个速度。英国喷气发动机公司的本·加拉格尔（BenGallagher）说：“如果在不同飞行阶段使用不同的引擎，这样的太空飞机其重量会急剧飙升。”“佩刀”的关键技术是“预冷器”：一个超高速、轻型冷却装置。这个“预冷器”能够将空气同氢一起燃烧。“空气以5马赫速度进入‘佩刀’并把它加热到超过1000度以上。通常这能融化掉火箭引擎”，加拉格尔说，“我们研制

4、的预冷器可以在百分之一秒的时间里将空气冷却到零下150度。”这种冷却意味着当空气被压缩时，它并没有变得更热。预冷器如何工作的细节是保密的——甚至英国喷气发动机公司没有就此技术申请任何专利。我们所了解的就是它用许多薄的、装有冷冻氦的管道大面积冷却空气的。在今年7月的英国范堡罗国际航展上，公司总裁艾伦·邦德（AlanBond）称，“佩刀”预冷器在最近的测试中已经超出6分钟运行稳定且没有震动——6分钟正是把太空飞机发射到轨道上所需的时间。我们或许不必相信他们的话。欧洲空间技术中心的马克·福特（MarkFord）是“佩刀”测试的独立观测员，

5、他说：“最初的结果非常好，我们也很满意，预冷器提供了直达引擎的稳定低温气流。”接下来（8月底）“佩刀”将接受更具挑战性的测试，即测试其引擎是否能够将空气冷却到零下150度。脉冲式喷气引擎技术与此同时，范堡罗国际航展上也出现了速度为5马赫的太空飞船。该飞船是由欧洲导弹集团、欧洲宇航防务集团以及俄罗斯Lavrentyev流体力学研究所共同研制。这些合作者透露，他们正在研发一种脉冲式喷气引擎技术，该技术曾在二战中用于驱动德国的V-1飞弹。脉冲式喷气引擎的工作原理，即通过把燃料和空气中的小型脉冲注入一个通道并点燃这些可燃混合物而工作的。同时

6、，为了确保可燃产物向后燃烧，将关闭引擎前部的百叶窗以驱动太空飞机——这种脉冲爆震引擎是在超音速飞行时点爆燃料和空气运行的。合作者们试图用他们所声称的“持续爆震波”引擎将太空飞机提升到极超音速——他们改进了每秒几千次的燃料喷射压力使之保持持续的激波形式点火，使燃料更加充分的燃烧并产生5马赫的推力速度。对于普通乘客而言，想进行如此快速的亚轨道飞行仍然要等很长一段时间。尽管如此，由于近期引擎测试的成功，已经促使英国科学大臣大卫·威利茨（DavidWilletts）呼吁欧洲航空安全局（EASA）评估在欧盟机场试行太空飞机的可能性。“这并不是

7、说EASA对太空飞机持有敌意，”威利茨说，“仅仅是因为没有针对太空飞机的监管制度。”与此同时，已经计划基于太空飞机的亚轨道旅游的维珍银河公司对极超音速点到点的飞行也有着很高的期许。维珍银河公司执行副总裁朱莉娅·蒂泽德（JuliaTizard）说：“点到点的飞行将会是最神奇的事情。绕地球一圈只需要90分钟，因此你从英国飞往澳大利亚仅需45分钟并可以在澳大利亚用午餐。”[资料来源：NewScientist][责任编辑：则鸣]“云霄塔”太空飞机动力系统“云霄塔”的设计理念与美国宇航局（NASA）的航天飞机以及其他大多数太空飞机有所不同，它

8、不再需要助推火箭。相反，作为一种单级入轨航天器，“云霄塔”采用了一种独特的喷气/火箭混合发动机“佩刀”。目前，“佩刀”喷气/火箭混合发动机正在由英国喷气发动机公司研发。“佩刀”喷气/火箭混合发动机通过燃烧氢气和氧气产生推力。在“云霄塔