钱学森飞行器原理（要在空天飞机上显身手）

钱学森飞行器原理（要在空天飞机上显身手）于是需要持续不断输出巨大动力的航天火箭，需要非常多的燃料，每一次起飞搭载的燃料都达到了数千吨。所以像航天火箭这种“大圆棍”，很难进行水平飞行，只能进行垂直起飞。而垂直起飞最大的劣势，是飞行器飞行完全是靠自己出力，不像飞机那样可借助空气的浮力。目前我们最常见的航天设备是火箭，而火箭和空天飞机最大的差别，在于前者是垂直起飞，后者可以水平起飞。要理解航天火箭和空天飞机之间的区别，需要对飞机的飞行有一定理解。简单来说，飞机飞在天上并不完全靠自己的发动机，很大程度上靠自己的机翼。通过发动机向前的推力，飞机机翼下会产生向上的气流，从而托起飞机飘在天上。

上世纪60年代，钱学森编撰了一本“教材”，名叫《星际航行概论》，里面系统性地提到了航天发展会面临的细节问题。

在这本书里，钱学森还提到了一种现在即将得到证实的航天设备，那就是空天飞机。

在钱学森看来，要压低航天的成本，就得突破空天飞机技术。

空天飞机的优势

空天飞机，顾名思义，是能直接往返于太空轨道和大气层内的飞行器。

目前我们最常见的航天设备是火箭，而火箭和空天飞机最大的差别，在于前者是垂直起飞，后者可以水平起飞。

要理解航天火箭和空天飞机之间的区别，需要对飞机的飞行有一定理解。

简单来说，飞机飞在天上并不完全靠自己的发动机，很大程度上靠自己的机翼。通过发动机向前的推力，飞机机翼下会产生向上的气流，从而托起飞机飘在天上。

所以像航天火箭这种“大圆棍”，很难进行水平飞行，只能进行垂直起飞。而垂直起飞最大的劣势，是飞行器飞行完全是靠自己出力，不像飞机那样可借助空气的浮力。

于是需要持续不断输出巨大动力的航天火箭，需要非常多的燃料，每一次起飞搭载的燃料都达到了数千吨。

从1957年，苏联把第一颗人造卫星送入近地轨道到现在，已经快70年的时间了，但航天火箭在升空时，燃料重量占比依旧为火箭总重的90%以上。

我们平常开车的时候，油价高几毛都受不了，火箭这一次升空用几千吨的燃料，自然价格高昂。

于是可以水平起飞和降落，能借助空气浮力，实现节省燃料这一目的的空天飞机，成为了人类下一阶段的主要航天路线之一。

另外，除了燃料方面的优势，它能重复利用这一优势，也使得它的成本在理论上可以降得很低。

现在的航天火箭多是3级入轨，即整个火箭绑上一大堆的燃料罐，在大气层内带上所有东西先起飞。

在飞行到一定高度时，抛弃这些燃料罐（一级火箭），让火箭主体带着“货物”起飞。到最后阶段连火箭主体（二级火箭）也抛弃掉，靠惯性或三级火箭将货物送入轨道。

整个流程走下来，其实只有火箭搭载的货物会留下来，上天的“交通工具”全给丢掉了。而空天飞机在入轨和落地时，主体依然在，所以能节省下丢弃交通工具的成本。

各国的空天飞机项目

目前很多国家都有空天飞机的研究项目，像英国的Skylon空天飞机项目，中国的腾云工程，美国的X-37B等。

其中中国的空天飞机在2020年9月时实现了首飞，不过在这个项目里，留给大众印象最深的其实是2021年7月的那次试飞，中航集团留下了一句“过于先进，不便展示”。

在官方对于空天飞机报道含糊其辞的情况下，中国的空天飞机研发进度自然是个谜。

但根据腾云工程的计划，2030年中国就要建成可投入使用的空天飞机，在航天领域我国一直是稳步推进，且实现了所有大目标，不会大放厥词，因此该项目的研究大概率较为顺利。

空天飞机的劣势和军事运用

对于空天飞机，除了它的原理和优势外，还有两个值得说的地方。一个是劣势，另一个是它在军事上的运用。

空天飞机的劣势其实也很明显，其中最大的自然是它的技术难度。

空天飞机的技术难度，主要集中在材料和路线两个方面。

在材料上，航天火箭因为是垂直起飞，空气对它的影响是从整流罩到尾喷管完美包裹，火箭整体的受力很均匀，因此对材料强度的需求很低。

但空天飞机要实现飞出大气层，至少需要达到第一宇宙速度，即每秒7.9千米。

这个速度换算成音速超过了23马赫，对于飞机这种有又薄又大“大翅膀”的飞行器来说，对材料的要求非常高。

二战中的飞机基本不能加力俯冲，不然过快的速度会让其机翼折断。到了现在战斗机的速度依旧受到了材料的限制，因为速度过快而折断机翼的事情其实不少。

另外在考虑材料强度的同时，还得考虑在空气中高速摩擦时的温度问题，这使得空天飞机在材料上的问题更难解决。

在路线上，其实很多国家都有对于空天飞机到底该不该研究的路线之争。

空天飞机的“飞机”外形，在距离地面高度越高的地方，发挥的作用就越小，以人类现阶段的技术水平，直接从地面起飞，然后单级入轨的空天飞机可造不出来，只能走类似美国当年航天飞机的路线。

简单来说，就是空天飞机的主体先用一个“火箭”抗到足够高的高度，然后再入轨。

从某种程度上，这种方案也能算“二级火箭”了。如果只是单纯的为了降低航天成本，这种方案并没有太大的优势。

现在的重复使用火箭技术已经较为成熟，在成本上比空天飞机有优势得多。

所以就连现在世界上的第一航天强国美国，对于空天飞机的研发都不太感冒了，其航天重心转入到了猎鹰9号这种，可重复使用的航天火箭身上。

中国的腾云工程，现在在国际上已经是投入最大的空天飞机项目了。

在军事上，火箭送入轨道的是货物，空天飞机进轨道的东西是“交通工具”，而交通工具是能装东西的。

所以空天飞机既是航天工具，也是一款近地轨道或亚轨道轰炸机。

如果其载重足够，就是一款能以23马赫的速度飞行，高度在亚轨道甚至是近地卫星轨道上的超级轰炸机。