云霄塔：8小时环游地球

　　赵洋

　　英国反应发动机公司2012年11月28日公布了自发明喷气发动机以来航空航天推进技术领域最大的突破，“佩刀”发动机完成了重要技术的关键试验。未来，该发动机可使水平起飞的空天飞机在4小时内到达地球的另一端，或直接飞入近地轨道。

　　飞机丧失统治权？

　　曾有人这样形容京津城际高铁开通后的旅程：“一本杂志还没看完，天津就到了。”在高速铁路的时代，短途航班失去了竞争力。

　　尽管大型客机的时速已达到九百千米，但要飞越太平洋或从北半球到南半球，往往还需要12个小时以上。没有更快的办法摆脱时差、无聊和疲惫的洲际旅程吗？

　　办法是有的，只要乘客愿意花钱。于1976年投入商业飞行的“协和”式超音速客机可将从伦敦到纽约的旅程压缩为三个半小时，这得益于其速度达到战斗机般的两倍音速。遗憾的是，2000年7月25日，一架满载旅客的“协和”号客机在巴黎失事，使113名乘客殒命蓝天。2003年10月24日，“协和”飞机执行了最后一次航班后，全部退役封存。现在，英国“佩刀”发动机试验的成功揭开了洲际旅行的新一页，或许能实现将客机的水平起降能力与航天飞机的轨道飞行集于一身。

　　航空与航天的联姻

　　在英国，空天飞机的研发已近30年。目前的“云霄塔”空天飞机方案是从英国宇航公司和罗尔斯-罗伊斯公司在20世纪80年代提出的“霍特尔”太空飞机概念演变而来。由于“霍特尔”概念存在技术缺陷，最终两家宇航公司终结了该项任务。但参与该项目工程师们在“霍特尔”之后继续攻关，终于设计出这种在海平面以上29千米巡航，速度达到5倍音速、可进入近地轨道的空天飞机。

　　预备装载在“云霄塔”空天飞机上的“佩刀”吸气式火箭发动机同时采用了喷气式涡轮发动机和火箭技术。起飞时不用火箭助推器，而是像普通飞机一样从跑道上水平起飞，发动机吸入空气、与氢混合燃烧。在高空逐渐加速，以高超音速在大气层上层飞行。进入太空前，因为氧气稀薄，喷气式发动机切换为火箭发动机模式，以自带的液氧和液氢助推进入太空，成为航天器。空天飞机降落时则可以像普通飞机一样在飞机场降落，飞机的所有部分均可重复使用。

　　研制吸气式火箭发动机的最大的困难在于造出轻便高性能的热交换机，这可以提升发动机的基础热动力循环效率，有助于空天飞机进行高速巡航。“云霄塔”最大的创新是预冷器技术，它能在百分之一秒内将气流从1000摄氏度冷却到零下150摄氏度，但不会造成霜冻堵塞。在这项试验成功的鼓舞下，欧空局专家也认为“佩刀”发动机项目可以顺利进入下一阶段研发工作。

　　坐着上太空

　　如果“云霄塔”空天飞机能够投入使用，它将成为第一种使乘客“坐着”上太空的飞行器。此前的载人飞船和航天飞机都要求宇航员躺在里面垂直发射，巨大的加速过载不是未经训练的人可以承受的。为提供舒适的乘坐空间及合适的运载能力，“云霄塔”长达90米、翼展25.4米，起飞质量345吨，比美国航天飞机大许多。30位乘客的运载力也是普通航天飞机望尘莫及的。据估算该空天飞机每次飞行费用为945万美元，可发射人造卫星。在客运状态下折合每位乘客30万美元。价格看似昂贵，但目前运载火箭每次发射费用为5000万美元，航天飞机每次发射费用为5亿美元。届时热爱太空游的富豪们要算一笔账，是只花区区30万美元舒舒服服地进入近地轨道，还是花3000万美元乘颠簸的俄罗斯“联盟”号飞船到国际空间站上过一周。

　　“云霄塔”的研发目前还处在前期阶段。一旦投入商业运营，“云霄塔”在降落后两天内可以实现再次起飞，每架可以完成大约200次飞行任务，其发射成本低的优势将使未来的太空旅行更经济、更便捷。“云霄塔”有望2016年开始亚轨道试飞，2018年实现轨道试飞，2020年能够实现商业运营。虽然预计研发总费用将超过60亿欧元，但比起空客A380客机的研制费用，这个费用也不算高。

　　(作者系中国科技馆副研究员)