空间运输系统

美国计划中的空间运输系统由航天飞机、空间试验室、空间拖船和各辅助系统组成。苏联的载人飞船、货运飞船、航天站和各辅助系统实际上也可看作空间运输系统。近期的空间运输系统这一概念的含义是不再需要一次性使用的垂直起飞的系统，像航天飞机、暴风雪或赫尔姆斯(HermeS)那样。更确切地说，新的空间运输系统完全能重复使用，能够水平起飞和着陆，和在地球上任何地方具有最短转场时间。研制这类航天器最为鼓舞人的是有希望降低把有效载荷送入轨道的成本,能把当前高得可怕的2万美元/公斤降低到设想的2千美元/公斤。整个世界都对此颇感兴趣,美国、西欧、印度、日本、也许还有苏联都是如此^[1]。

NASP是一种真正有雄心的单级入轨航天器，它用超音速燃烧冲压喷气发动机来推进，马赫数可达到25。它是一种比较新的推进系统。就空天飞机来说，它必须达到它的理论上的上限值，要付出很高的成本和冒很大的险。即便是如此，是否仅借助于超音速燃烧冲压喷气发动机能使NASP抵达轨道，这一间题仍未得到解决。

除了发动机的研制极其复杂之外，机架结构本身也是一种挑战,这主要是由动能加热造成的，这种动能加热在上升阶段要比于降阶段更为关键，它能使驻点温度达到2500℃以上，为此在材料选择上要有相应的要求。

西欧方案要求略低，部分原因是由于财政上的限制，部分是由于其技术基础略为逊色。

Hotol和Sanger两者都是预想用涡轮和冲压喷气组合推进系统来达到M=5.7，接着是使用火箭推进系统。

英国的Hotol方案是共种单级入轨飞行舞，预期的载荷能力为7吨，不载人，其主要任务是把卫星放置在低地球轨道。Hotol将使用一种非常独特的发动机，该发动机可以从冲压喷气推进转换成火箭推进,也可以从后者转换成前者。研制这种超轻型的发动机，并且以四台或六台一组组装在机架中，这是一项具有挑战性的任务。

机身前面部分包含液氢箱,机身截面有点呈圆筒形，通过贯穿式翼(Carry一throughwings)和发动机短舱来防护再入气动加热。氧气贮箱是一个安置在翼结构内的自备式容器并由翼支撑万水平起飞借助于火箭推进运输系统。

有关双功能发动机的细节目前知道得很少。据报道有一种RB545型发动机推力较大，并且与Concorde’s Olympus发动机相比要轻1000公斤，不过可能它已被较新的产品(Satan)所取代。

应当指出的是，Hotol方案主要是由英国航宇公司和罗尔斯罗伊斯公司提供资金。直到1988年才从政府方面得到了断断续续和少得可怜的支持。

Hotol方案确实有它的优点，但它的最大的缺点是其可实现的有效载荷的裕量几乎没有增加潜力，它可能由于意想不到的设计更改和加工问题而受到严重危害。

德国Sanger方案是一种两级入轨系统，其原始方案的年代可追溯到1940年，而再次由德国宇航工业将EngenSanger的理想复兴则是在1985年。

Sanger的下面级在技术上没有多大问题，一台涡轮冲压喷气发动机组将它推进到M=6.8,此时上面级与之离。机体主要部位的最高温度为60。℃,局部热点达到1100℃。从材料角度考虑：应付这样高的温度只有使用带有硅涂层的钦合金才能完成。气动加载与超音速运输机差不多,只是分离阶段除外。

看来第二级必须先向上飞行，然后受分离时具有火箭发动机功能的液压作动筒的作用进入倾斜状态。这一机动飞行，可能是在上升过程中两个级之间的空气动力的相互影响将是问题的主要方面。分离之后,载人的卞面级将返回并在普通的跑道上着陆。

上面级，它可以是有效载荷重量为7吨的载人型，或者是有效载荷重量为10吨的载货型,非常类似于Hermes和其它再入飞行器，并将得益于现已在使用的技术。

德国看到Sanger方案的两个明显的优点：1)两级是在人们所熟知的环境中独立工作，2)下面级可随时转变成超音速运输机。因此，下文的论证仅能在下列假设条件下才能有效，即假如存在有一个超音速运输机商业市场,而且在Sanger取得成果之前,美国和自本产品仍然没有取得优先地位。

不言而喻，没有一个西欧国家将会或能够承担独立研制一种新的空间运输系统的沉重的财政负担。它必然要求一些欧洲国家在欧洲空间局的主持下集资联营,或者更好的是与美国和西欧共同努力^[1]。

随着空间开发的集中化、多样化、大量化的发展，为了能有效地并且自由地开展空间活动，今后要建立多项共同任务为基础的系统，即把建设“天基”作为重要的课题。

在天基建设中，承担运送人员和物资的运输系统是其最重要的组成要素，但考虑到21世纪多样化的空间开发活动时，不是使用过去从地面向空间单向运输的一次性运载系统，而是使用双向运送的(将来可能重复使用)一次性运载系统。

(1)在中低高度轨道上有助于稳定地完成日本的空间活动。

①轨道上服务

例如在中低高度轨道上观测领域，存在卫星大型化和开发经费增大的倾向，但是目前延长卫星寿命受到限制。通过空间往返运输系统，实施轨道上的服务(检查、修理、补给、交换、回收)，克服延长卫星寿命的限制。此外，出故障后任务的完成，交换新的任务仪器等，使各领域的卫星应用的效率提高。

②利用空间环境的实验与观测

利用空间环境进行实验与观测的机会，今后会越来越多。

通过空间往返运输系统，就能自由地且适时地进行实验与观测,更能稳定地完成这些任务。

③空间站等业务

有关向空间站运送人员与物资，评估美国航天飞机的作业,指出也要有效利用其它的运输手段。日本应具有空间运输手段，为有效利用空间站日本舱(JEM),必须有自己的航天飞机来填平补齐。

(2)维持并发展以空间活动为中心运输系统的技术基础。

从维持并发展运输系统的技术基础(技术人员、知识、设备等)的观点出发,空间往返运输系统是继世界高水平的大型火箭技术之后,又迈上更为重要的新台阶。

通过发展未来型完全能重复使用的空间运输系统,有助于大幅度降低运输成本和实现空间开发活动的整个“重复循环系统”。

(3)科学技术振兴

正当开发空间往返运输系统之际,不但使航空技术和航天技术融合在一起,而且集新材料、电子学、机械学等广泛尖端技术之大成,这些新技术的开发为日本科学技术振兴作出很大贡献。

空间往返运输系统尖端技术的开发,反过来也促进了航空工业的发展^[2]。

空间运输系统(9)