空天飞行器目前的发展现状，未来发展方向 摘要：空天飞机是一种低成本、高收益的水平起飞、水平着陆、可完全重复使用的新一代天地往返运输系统。它是航空技术和航天技术相结合的产物，不仅用于向空间站等天基系统补充人员、物资、燃料、提供在轨服务，并把空间站等内制成的产品运往地球，而且可用作全球性快速运输机
关键词：空天飞行器 现状 未来的发展方向
1、引言
与航天飞机相比，地面设施简单，维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落，具有一般航线班机的飞行频率的空天飞行器具有更大的竞争优势。据估算，用它发射近地卫星费用只有航天飞机的1/5，而发射地球同步卫星费用则可减少一半。人们可以像坐飞机一样进行宇宙旅行。即使不上太空，乘坐它去大洋彼岸去看望朋友也很方便。并且在军事价值上还可以改装为空天战斗机，空天轰炸机及空天运输机等类型的飞机。而且空天飞机的突防力强，可以轻易突破敌人的防御系统并且进攻敌人，摧毁敌人的装备设施。 2、国外的空天飞行器
60年代初，美国空军将领就对空天飞机的性能做出一些要求，当时它被称为“跨大气层飞行器”。由于当时的技术、经济条件相差太远，且应用需求不明确，因而中途夭折。80年代中期，在美国的“阿尔法”号永久性空间站计划的刺激下，一些国家对发展载人航天事业的热情普遍高涨，积极参加“阿尔法”号空间站的建造。但是，为了开发和利用太空资源，向空间站运送人员、物资和器材等任务每年将达到数千次之多。如果这些任务如果用一次性运载火箭、载人飞船或航天飞机来完成，那么一年的运输费用将达到上百亿美元。为了寻求一种经
往返运输系统方案。
1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起阵的“国
家航空航天飞机”，其特点是采用组合式超音速燃烧冲压喷气发动机。英国提出了一种名叫“霍托尔”（或译“霍托克”，意为“水平起落航空航天飞机”）的单级水平起降空天飞机，其特点是采用一种全新的空气液化循环发动机。90年代，他们又提出了一个技术风险小，开发费用低的新方案。德国则提出两级水平起降空天飞机“桑格尔”，第一级实际上相当于一架超音速运输机，第二级是以火箭发动机为动力的有翼飞行器。两级都能分别水平着陆。法国和日本也提出过自己的空天飞机设想。 具备研制空天飞机技术、条件的国家，主要有美国、俄罗斯、欧盟和日本。美国的空天飞机研制计划大家知道的比较多，比如X-24、X-33、X-34、X-43等，实际上欧盟也在紧锣密鼓地研究，欧洲航空航天局和英国政府在推行欧洲“云霄塔”空天飞机计划，并为它研制火箭基的吸气式组合循环发动机。法国主要是进行自主研制，在上世纪80年代曾研制过“赫尔墨斯”空天飞机，虽然计划没有进行下去，但积累了相当丰富的技术和经验，此外法国在航天技术和超燃冲压发动机等方面都有很成熟的技术。俄罗斯是老牌的航空航天技术强国，在空天飞机使用的超燃冲压发动机方面技术积累尤为雄厚，彩虹机械设计局在上世纪70、80年代就先后推出了“针”式、“彩虹”--2等验证机计划，对高超音速的空天飞行器进行预研。而日本在上世纪80年代已经研制过类似航天飞机的H--2轨道飞行器，对空天飞机的相关技术进行过研究验证，2002年更是决定终止以前研究多年的航天飞机计划，开始全力研制使用循环组合发动机的空天飞机。
1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起阵的“国家航空航天飞机”，重点是对高超音速喷气式发动机技术进行研究，后来又将研究重点转移到了火箭动力航天飞机方面，为研制空天飞机打下基础。
NASA原计划于1999年7月4日制造出X-33样机，1999年7月26日进行马赫数为7的第一次飞行。但由于技术难度太大，X-33技术验证机的研制任务未能如期完成。2001年，在经过5年的研究，耗资12.6亿美元后，NASA和空军相继宣布取消X-33技术验证机的研制计划。
1996年，NASA提出了Future-X计划。这个计划被拆成两个子计划，其中规模较小的“探险者”，就是X-37计划。
X-37B共进行了三个架次的飞行，第一架X-37B从美国佛罗里达州卡纳维拉
尔角空军基地发射升空，同年12月降落加州范登堡，任务编号OTV-1；2011年3月5日，第二架X-37B（OTV-2）升空，发射工位仍然位于卡角，在轨运行时间469天，2012年6月返回，降落地点为加州范登堡；第三架X-37B（OTV-3）在2012年12月升空，现在已经完成了轨道任务。
X-37B的第三次太空之旅在前两次飞行试验对系统总体结构合理性、飞行器隔热防护材料可靠性、姿态控制精确性进行试验的基础上，在以下几个方面取得了重要成果：一是进一步检验了天地往返系统的精确导航、定位与自动着陆系统的稳定性、可靠性。已经进行的三次飞行试验均取得成功，证明了相关系统的可靠性。二是验证了飞行器在轨道间自由机动飞行的能力。在此次飞行中，X-37B可以灵活地在亚轨道和轨道之间进行机动飞行，表明其具备了从预定轨道向非预定轨道进行机动的能力。三是对飞行器所携载的任务设备进行综合测试。美方曾用“研究导弹”一词来形容X-37B，这在某种程度上表明，X-37B不仅可以执行侦察任务，也将具有某种天天攻击和天地攻击的能力。四是验证了长时间在轨部署能力。经过此次飞行，X-37B的在轨部署时间已经由前两次的224天和469天，拓展到674天，使人们对其下一次试验的在轨时间作出更加乐观的期待。
X-37B从一开始就是一个具有鲜明军事特征的航天装备项目，三次成功试验大致可以折射出X-37B可能对未来战争和大国战略竞争的影响。在制空、制海和制信息权方面，美国凭借其掌握的核心技术，已经与对手形成相对优势，而X-37B所具有的快速进入太空能力，使美国拥有显著的航天响应能力优势，能够快速构建航天信息支撑与应用体系，并将航天技术优势转换为航天能力优势，在制航天权的战略竞争中掌握主动权。从这个角度理解，X-37B也折射出太空战从潜在可能性向现实危险性演进的趋势，随着功能从传统的传感器平台拓展成为集信息搜集、航天目标捕获与天地精确攻击于一体的通用航天平台，其将既能在作战中直接捕获或攻击对手天基系统中的节点目标，又能对时敏高价值目标直接实施超高声速天地精确打击，实现“1小时内全球快速打击”，使太空战由科幻变为现实。
美国空军X－37B“轨道试验飞行器”将于2015年5月执行第四次在轨飞行任务。与此前3次任务高度保密、完全避谈细节不同的是，美国空军此次主动透露，将在飞行中测试一种可提高能效的新型推进器。美国联合发射联盟公司28日说，5月20日，一枚“宇宙神－5”型火箭将从佛罗里达州卡纳维拉尔角把X
－37B送入太空。美国空军快速反应能力办公室主任兰迪·沃尔登在一份声明中表示，此前3次飞行任务主要是验证飞行器，而此次任务的重点将转为对试验性载荷的测试。[
3、我国的空天飞行器
80年代末，空天飞机热达到高潮，同时也激起了中国航空航天专家的很大兴趣。
神龙空天飞机是中国自主研发的空天飞机。
首架“神龙”飞机比美国X-37B小。在试飞获得成功后，中国的空间设计师可能已开始尝试研制放大版的“神龙”空天飞机。中国航天装备专家为此多次召开秘密会议，已展开这种大型航天器的设计工作。由于解放军的一些文献中提及未来的“太空防御行动”，大号的“神龙”空天飞机对于解放军很有吸引力。 神龙空天飞机为中国正在研发的跨大气层飞行器，是863计划支持的其一个项目。网民合称东风-21D、歼-20、神龙，为解放军“三剑客”。2007年，网站已开始流传出神龙的照片，神龙被悬挂在轰-6的机身下方。2011年1月8日陕西电视台的新闻播出了“我国跨大气层飞行器试飞成功”的画面。但神龙的详细资料一直被中国大陆官方保密，部份大陆网站的报道已被删除。
然而2012年6月中国湖北媒体主动披露证实，大陆在研发“神龙”空天轰炸机，也就是类似美国X-37B的无人太空飞机。报道说，大陆在短短的两年多时间里，神龙次轨轰炸机一举突破了四大关键技术，火箭发动机取得重大突破，也就是说，发展空天飞机必须要征服的推力发动机，大陆已经宣告完成。
空天飞行器的发展涉及中国空天安全，其特点是高速度、高机动、高隐身和长航程。空天飞机优势在于可作为侦察监视与预警平台，像军用卫星一样在太空轨道运行的过程中获取敌方情报，与卫星相比，更灵活，综合侦察能力更强，实时性更好。 空天飞机还可作为空间武器发射平台，还是天基系统的支援平台；空天飞机可作为快速远距离运输机，从普通机场起飞，可在一至两个小时之内快速达到全球任何地方，对全球范围发生的地区冲突迅速作出反应；更重要的是，空天飞机可用于反卫星或在轨服务，能发现敌方卫星，对其进行跟踪和干扰，战时还可以使其失灵或将其击毁。
作为中国最先进的两级固体火箭发动机，在短短的两年零三个月时间里，中
国神龙次轨轰炸机一举突破了4大关键技术，创造了参加飞行试验发动机5项先例、6项国内之最的辉煌成绩，，标志着中国固体火箭发动机设计与研制水平实现了新的跨创造了四院发动机从研制到首飞的最短周期记录越。
4、我国空天飞行器进一步工作设想
发展空天飞机的主要目的是想降低空天之间的运输费用。其途径归纳起来主要有三条：一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞重量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，减少维修费用。
1. 设想的空天飞机的动力一般为采用超音速燃烧冲压发动机+火箭发动机或涡轮喷气+冲压喷气+火箭发动机的组合动力方式。
或者通过核反应堆产生很多高速移动的离子，这些高能粒子移动速度非常快，从而可以使用磁场来控制它们的喷射方向。这和离子火箭的原理相似，从飞机尾部喷射出高速移动的离子，从而使飞机产生反冲运动。
2当空天飞机以6倍于音速以上的速度在大气层中飞行时，空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。亚音速飞机常采用的翼吊式发动机已不能使用．需要将发动机与机身合并，以构成高度流线化的整体外形。即让前机身容纳发动机吸人空气的进气道，让后机身容纳发动机排气的喷管。这就叫做“发动机与机身一体化”。
在一体化设计中，最复杂的是要使进气道与排气喷管的几何形状，能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回再入大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。
空天飞机需要多次出人大气层，每次都会由于与空气的剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超音速返回再入大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。机头处温度约为1800℃，机翼和尾翼前缘温度约为1460℃，机身下表面约为980℃，上表面约为760℃。因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。
空天飞机的结构材料要求很高。在飞行时，它头部和机翼前缘的表面温度可达2760℃。这样，像航天飞机上的防热瓦块式外衣，就不再适用了。科学家们研制了一种新型复合材料来代替，并且在一些特殊部位采用新型冷却装置，避免了高温的伤害。
3.采用具有大升阻比的升力体构型。其结构是超轻质、高强和功能／结构一体化的，具有最先进的高超声速动力系统、结构防热系统、控制系统和安全保障系统。
空天飞行器目前的发展现状，未来发展方向 摘要：空天飞机是一种低成本、高收益的水平起飞、水平着陆、可完全重复使用的新一代天地往返运输系统。它是航空技术和航天技术相结合的产物，不仅用于向空间站等天基系统补充人员、物资、燃料、提供在轨服务，并把空间站等内制成的产品运往地球，而且可用作全球性快速运输机
关键词：空天飞行器 现状 未来的发展方向
1、引言
与航天飞机相比，地面设施简单，维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落，具有一般航线班机的飞行频率的空天飞行器具有更大的竞争优势。据估算，用它发射近地卫星费用只有航天飞机的1/5，而发射地球同步卫星费用则可减少一半。人们可以像坐飞机一样进行宇宙旅行。即使不上太空，乘坐它去大洋彼岸去看望朋友也很方便。并且在军事价值上还可以改装为空天战斗机，空天轰炸机及空天运输机等类型的飞机。而且空天飞机的突防力强，可以轻易突破敌人的防御系统并且进攻敌人，摧毁敌人的装备设施。 2、国外的空天飞行器
60年代初，美国空军将领就对空天飞机的性能做出一些要求，当时它被称为“跨大气层飞行器”。由于当时的技术、经济条件相差太远，且应用需求不明确，因而中途夭折。80年代中期，在美国的“阿尔法”号永久性空间站计划的刺激下，一些国家对发展载人航天事业的热情普遍高涨，积极参加“阿尔法”号空间站的建造。但是，为了开发和利用太空资源，向空间站运送人员、物资和器材等任务每年将达到数千次之多。如果这些任务如果用一次性运载火箭、载人飞船或航天飞机来完成，那么一年的运输费用将达到上百亿美元。为了寻求一种经
往返运输系统方案。
1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起阵的“国
家航空航天飞机”，其特点是采用组合式超音速燃烧冲压喷气发动机。英国提出了一种名叫“霍托尔”（或译“霍托克”，意为“水平起落航空航天飞机”）的单级水平起降空天飞机，其特点是采用一种全新的空气液化循环发动机。90年代，他们又提出了一个技术风险小，开发费用低的新方案。德国则提出两级水平起降空天飞机“桑格尔”，第一级实际上相当于一架超音速运输机，第二级是以火箭发动机为动力的有翼飞行器。两级都能分别水平着陆。法国和日本也提出过自己的空天飞机设想。 具备研制空天飞机技术、条件的国家，主要有美国、俄罗斯、欧盟和日本。美国的空天飞机研制计划大家知道的比较多，比如X-24、X-33、X-34、X-43等，实际上欧盟也在紧锣密鼓地研究，欧洲航空航天局和英国政府在推行欧洲“云霄塔”空天飞机计划，并为它研制火箭基的吸气式组合循环发动机。法国主要是进行自主研制，在上世纪80年代曾研制过“赫尔墨斯”空天飞机，虽然计划没有进行下去，但积累了相当丰富的技术和经验，此外法国在航天技术和超燃冲压发动机等方面都有很成熟的技术。俄罗斯是老牌的航空航天技术强国，在空天飞机使用的超燃冲压发动机方面技术积累尤为雄厚，彩虹机械设计局在上世纪70、80年代就先后推出了“针”式、“彩虹”--2等验证机计划，对高超音速的空天飞行器进行预研。而日本在上世纪80年代已经研制过类似航天飞机的H--2轨道飞行器，对空天飞机的相关技术进行过研究验证，2002年更是决定终止以前研究多年的航天飞机计划，开始全力研制使用循环组合发动机的空天飞机。
1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起阵的“国家航空航天飞机”，重点是对高超音速喷气式发动机技术进行研究，后来又将研究重点转移到了火箭动力航天飞机方面，为研制空天飞机打下基础。
NASA原计划于1999年7月4日制造出X-33样机，1999年7月26日进行马赫数为7的第一次飞行。但由于技术难度太大，X-33技术验证机的研制任务未能如期完成。2001年，在经过5年的研究，耗资12.6亿美元后，NASA和空军相继宣布取消X-33技术验证机的研制计划。
1996年，NASA提出了Future-X计划。这个计划被拆成两个子计划，其中规模较小的“探险者”，就是X-37计划。
X-37B共进行了三个架次的飞行，第一架X-37B从美国佛罗里达州卡纳维拉
尔角空军基地发射升空，同年12月降落加州范登堡，任务编号OTV-1；2011年3月5日，第二架X-37B（OTV-2）升空，发射工位仍然位于卡角，在轨运行时间469天，2012年6月返回，降落地点为加州范登堡；第三架X-37B（OTV-3）在2012年12月升空，现在已经完成了轨道任务。
X-37B的第三次太空之旅在前两次飞行试验对系统总体结构合理性、飞行器隔热防护材料可靠性、姿态控制精确性进行试验的基础上，在以下几个方面取得了重要成果：一是进一步检验了天地往返系统的精确导航、定位与自动着陆系统的稳定性、可靠性。已经进行的三次飞行试验均取得成功，证明了相关系统的可靠性。二是验证了飞行器在轨道间自由机动飞行的能力。在此次飞行中，X-37B可以灵活地在亚轨道和轨道之间进行机动飞行，表明其具备了从预定轨道向非预定轨道进行机动的能力。三是对飞行器所携载的任务设备进行综合测试。美方曾用“研究导弹”一词来形容X-37B，这在某种程度上表明，X-37B不仅可以执行侦察任务，也将具有某种天天攻击和天地攻击的能力。四是验证了长时间在轨部署能力。经过此次飞行，X-37B的在轨部署时间已经由前两次的224天和469天，拓展到674天，使人们对其下一次试验的在轨时间作出更加乐观的期待。
X-37B从一开始就是一个具有鲜明军事特征的航天装备项目，三次成功试验大致可以折射出X-37B可能对未来战争和大国战略竞争的影响。在制空、制海和制信息权方面，美国凭借其掌握的核心技术，已经与对手形成相对优势，而X-37B所具有的快速进入太空能力，使美国拥有显著的航天响应能力优势，能够快速构建航天信息支撑与应用体系，并将航天技术优势转换为航天能力优势，在制航天权的战略竞争中掌握主动权。从这个角度理解，X-37B也折射出太空战从潜在可能性向现实危险性演进的趋势，随着功能从传统的传感器平台拓展成为集信息搜集、航天目标捕获与天地精确攻击于一体的通用航天平台，其将既能在作战中直接捕获或攻击对手天基系统中的节点目标，又能对时敏高价值目标直接实施超高声速天地精确打击，实现“1小时内全球快速打击”，使太空战由科幻变为现实。
美国空军X－37B“轨道试验飞行器”将于2015年5月执行第四次在轨飞行任务。与此前3次任务高度保密、完全避谈细节不同的是，美国空军此次主动透露，将在飞行中测试一种可提高能效的新型推进器。美国联合发射联盟公司28日说，5月20日，一枚“宇宙神－5”型火箭将从佛罗里达州卡纳维拉尔角把X
－37B送入太空。美国空军快速反应能力办公室主任兰迪·沃尔登在一份声明中表示，此前3次飞行任务主要是验证飞行器，而此次任务的重点将转为对试验性载荷的测试。[
3、我国的空天飞行器
80年代末，空天飞机热达到高潮，同时也激起了中国航空航天专家的很大兴趣。
神龙空天飞机是中国自主研发的空天飞机。
首架“神龙”飞机比美国X-37B小。在试飞获得成功后，中国的空间设计师可能已开始尝试研制放大版的“神龙”空天飞机。中国航天装备专家为此多次召开秘密会议，已展开这种大型航天器的设计工作。由于解放军的一些文献中提及未来的“太空防御行动”，大号的“神龙”空天飞机对于解放军很有吸引力。 神龙空天飞机为中国正在研发的跨大气层飞行器，是863计划支持的其一个项目。网民合称东风-21D、歼-20、神龙，为解放军“三剑客”。2007年，网站已开始流传出神龙的照片，神龙被悬挂在轰-6的机身下方。2011年1月8日陕西电视台的新闻播出了“我国跨大气层飞行器试飞成功”的画面。但神龙的详细资料一直被中国大陆官方保密，部份大陆网站的报道已被删除。
然而2012年6月中国湖北媒体主动披露证实，大陆在研发“神龙”空天轰炸机，也就是类似美国X-37B的无人太空飞机。报道说，大陆在短短的两年多时间里，神龙次轨轰炸机一举突破了四大关键技术，火箭发动机取得重大突破，也就是说，发展空天飞机必须要征服的推力发动机，大陆已经宣告完成。
空天飞行器的发展涉及中国空天安全，其特点是高速度、高机动、高隐身和长航程。空天飞机优势在于可作为侦察监视与预警平台，像军用卫星一样在太空轨道运行的过程中获取敌方情报，与卫星相比，更灵活，综合侦察能力更强，实时性更好。 空天飞机还可作为空间武器发射平台，还是天基系统的支援平台；空天飞机可作为快速远距离运输机，从普通机场起飞，可在一至两个小时之内快速达到全球任何地方，对全球范围发生的地区冲突迅速作出反应；更重要的是，空天飞机可用于反卫星或在轨服务，能发现敌方卫星，对其进行跟踪和干扰，战时还可以使其失灵或将其击毁。
作为中国最先进的两级固体火箭发动机，在短短的两年零三个月时间里，中
国神龙次轨轰炸机一举突破了4大关键技术，创造了参加飞行试验发动机5项先例、6项国内之最的辉煌成绩，，标志着中国固体火箭发动机设计与研制水平实现了新的跨创造了四院发动机从研制到首飞的最短周期记录越。
4、我国空天飞行器进一步工作设想
发展空天飞机的主要目的是想降低空天之间的运输费用。其途径归纳起来主要有三条：一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞重量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，减少维修费用。
1. 设想的空天飞机的动力一般为采用超音速燃烧冲压发动机+火箭发动机或涡轮喷气+冲压喷气+火箭发动机的组合动力方式。
或者通过核反应堆产生很多高速移动的离子，这些高能粒子移动速度非常快，从而可以使用磁场来控制它们的喷射方向。这和离子火箭的原理相似，从飞机尾部喷射出高速移动的离子，从而使飞机产生反冲运动。
2当空天飞机以6倍于音速以上的速度在大气层中飞行时，空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。亚音速飞机常采用的翼吊式发动机已不能使用．需要将发动机与机身合并，以构成高度流线化的整体外形。即让前机身容纳发动机吸人空气的进气道，让后机身容纳发动机排气的喷管。这就叫做“发动机与机身一体化”。
在一体化设计中，最复杂的是要使进气道与排气喷管的几何形状，能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回再入大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。
空天飞机需要多次出人大气层，每次都会由于与空气的剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超音速返回再入大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。机头处温度约为1800℃，机翼和尾翼前缘温度约为1460℃，机身下表面约为980℃，上表面约为760℃。因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。
空天飞机的结构材料要求很高。在飞行时，它头部和机翼前缘的表面温度可达2760℃。这样，像航天飞机上的防热瓦块式外衣，就不再适用了。科学家们研制了一种新型复合材料来代替，并且在一些特殊部位采用新型冷却装置，避免了高温的伤害。
3.采用具有大升阻比的升力体构型。其结构是超轻质、高强和功能／结构一体化的，具有最先进的高超声速动力系统、结构防热系统、控制系统和安全保障系统。