亚轨道还是空天飞机？中国史诗般的计划：超越全世界的腾云工程

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央视新闻在8月26日报道了我国亚轨道运载器，重复使用飞行试验获得圆满成功的新闻：

中国航天科技集团有限公司，所属中国运载火箭技术研究院，自主研制的升力式亚轨道运载器，经健康检测维护后，在酒泉卫星发射中心再次点火垂直起飞，按照设定程序完成亚轨道飞行，平稳水平着陆于阿拉善右旗机场，成功实现我国亚轨道运载器首次重复使用飞行。

笔者的第一反应是空天飞机回来了，降落在了内蒙古阿拉善右旗机场，并非此前猜测的罗布泊某机场，结果仔细一看，是亚轨道运载器，和8月5日同样在酒泉发射的可重复使用的试验航天器完全不是同一个东西！但是问题来了，两者究竟有什么区别？

亚轨道运载器和可重复使用试验航天器，到底有什么区别

很容易搞混这两个飞行器的原因有两个，一是都是酒泉卫星发射的，二是都是水平起飞和降落，这就让很多朋友直接和8月5日发射的神秘“空天飞机”直接对应起来了，但其实这两种飞行器的差别可不是一般的大。

亚轨道和“空天飞机”的区别

亚轨道的意思就是不入轨，有很多朋友理解为亚轨道的意思就是卡门线（100千米，大气层和外太空的界限）以下，但这样理解却是不对的，恰恰相反，亚轨道的飞行时飞行最高高度至少要超过100千米。

比如洲际导弹都是亚轨道飞行的，尽管它们的速度并不能达到入轨的第一宇宙速度，但它们却可能因为抛物线发射角度原因，弹道高达数百或者上千千米甚至更高，因此是否是亚轨道，还是以速度来区分比较合适。

一次典型的亚轨道飞行是一个抛物线（无控），由于速度很高，一个小时内即可从欧洲抵达北美，要是这架飞行器是一个升力体，那么它在进入大气层后可以做相当复杂的运动，比如高超音速滑翔等，如果装载有某种在稀薄大气层可以工作的发动机，比如火箭或者爆震发动机，那么它可以一直从大气层-太空-大气层这样以俗称的水漂弹道持续飞行，绕地球一周也要不了多少时间。

亚轨道飞行其实种类挺多的，可以有很多种，根据起飞和降落方式不一样：

1、垂直起飞-超过100千米高度-垂直降落；

2、垂直起飞-超过100千米高度-水平降落；

3、水平起飞-超过100千米高度-水平降落；

蓝色起源那个像丁丁一样的火箭就是为亚轨道飞行准备的，这个发射到100千米高度后火箭自行返回地面，而飞船就自由落体，然后晃悠悠打开降落伞落地；

垂直起飞水平降落的，就是8月26日新闻中的亚轨道运载器重复使用的飞行器，而且这是升力式，这表示它可以在大气层内高超音速滑翔。

水平起飞-水平降落的那种就是维珍银河的飞行器，它有一架载机带向高空后发射进入亚轨道高度，然后再自行返回。

从最后一种方式来看，起飞方式分种类就更多了，有火箭、自身动力以及载机负载等多种方式，假如按动力方式区分那就更多了，在这里就不展开了，否则本文收不起来。

真是空天飞机？其实还差远了

很多朋友将8月5日发射的可重复使用的试验航天器称为“空天飞机”，这到底是什么性质？准确地说，这架飞机属于无人版航天飞机，和美国当年的航天飞机可以归到同一类，只是目前的飞行器是属于无人性质，并且可重复使用率以及技术参数都比当年要略高一筹。

这种飞行器也是垂直起飞和水平降落的，但它和亚轨道飞行不一样的，因为这种飞行器已经是近地轨道的航天器，它的速度达到了第一宇宙速度，是可以长期在轨运行的，除了慢慢的空气阻力以及减速再入以外。

再入时的速度也不一样，比如第一宇宙速度的航天器再入速度基本就在25马赫以上，而亚轨道飞行器“再入”时的速度基本就在十几马赫，速度大小和弹道也有区别，但再高也绝对不会高于轨道再入的航天器。

因此在轨航天器再入时的耐热要求就是，飞船的防热大底或者航天飞机的防热瓦，而亚轨道飞行器再入时则是高超音速的气动加热，一般都不太会达到防热瓦的烧蚀级别的要求，但也有可能有些跨洲际飞行的亚轨道飞行器，弹道顶点很高，再入速度也很高的飞行器比较接近这个级别。

但无论是8月26日的亚轨道还是8月5日的重复使用航天器，都不是空天飞机，准确的空天飞机定义是使用自身动力，完成水平起飞-入轨-重返大气层-水平着陆的飞行器，才能真正称得上是空天飞机。

这就对动力类型要求很高了，目前所有的动力类型中，只有火箭是可以完成这种要求的，但火箭既带氧化剂又带燃料，体积和重量实在太大，荷载比只有1.5%~4%之间，实在太低了，然而在低层大气中氧气比比皆是，所以航空航天专家们希望开发一种能在低层空间吸气燃烧，而高层空间则开启火箭的发动机，但到目前为止没有任何一种商业化的发动机可以满足这样的要求，至少得有三种发动机组合：

1、涡轮发动机以零速度加速从水平跑道上滑跑起飞；

2、达到超音速后开启超燃冲压发动机（或其他能高超飞行的发动机）；

3、到达稀薄大气层以上含氧量无法支撑燃烧时开启火箭发动机加速入轨；

这种组合的发动机也有非常专业的名字，比如TBCC就是涡轮+冲压发动机，TRRE就是涡轮+火箭+超燃冲压组合发动机，而RBCC就是火箭+超燃冲压发动机，这些类型的发动机中，只有TRRE发动机是适合空天飞机的，其他两种则属于高超音速飞行器。

中国史诗般的计划：腾云工程！

亚轨道和重复使用航天器试验的新闻的留言区，很多朋友都提到了我国的腾云工程，这个腾云工程的宏大，可能超过了很多朋友的预料，腾云工程的目的是制造一种执行天地往返任务的飞行器，显然这不是火箭，而是真正水平起飞和水平降落的空天飞机，但和大家的想象不一样，它不是单级入轨的，而是分成两级，恰恰是这两级让很多网友都高潮了，直接说太高明了，一次计划囊括了高超音速和空天飞机两种飞行器。

腾云工程：2030年前完成技术验证试飞

新华网于2016年9月13日报道，中国航天科工集团公司副总经理刘石泉日前在武汉举行的第二届商业航天高峰论坛上首次披露了“腾云工程”的“空天飞机”计划，这是一种可以执行航天发射任务，并多次重复使用的新一代天地往返飞行器，其飞行过程如下：

1、空天飞机可从地面机场水平起飞，在大气层中加速爬升；

2、到达30至40公里高度时一二级分离，一级水平着陆返回；

3、二级继续爬升进入近地轨道，完成运输任务后再入大气返回，具有廉价、安全、便捷、机动等优势。

腾云工程中需要突破的多项关键技术，包括结构和热防护、气动外形设计、组合动力系统等，其中组合动力系统将实现：飞行器起飞时，使用低速性能最高的航空涡轮发动机；达到一定速度后，改用适应在大气层内高速飞行的冲压发动机；到达临近空间，再用火箭发动机进入太空。

这种发动机就是典型的TRRE就是涡轮+火箭+超燃冲压组合发动机，此后关于这方面突破性进展的新闻不断：

1、2020年9月4日，长征二号F运载火箭，成功发射一型可重复使用的试验航天器。该试验航天器的可能是腾云工程的空天飞机部分就是其他可重复使用飞行器的空天飞机部分。

2、2020年9月21日，西安航天动力研究所透露国产新型组合动力发动机载机首飞成功！

3、2021年7月16日，航天科技研制的亚轨道重复使用演示验证项目运载器在酒泉发射中心首飞，航天科技在相关报道中称，其试飞的亚轨道重复使用飞行器过于先进不便展示。

这里值得说道一下，比如第一项就是2022年8月5日发射的“空天飞机”，目前还在轨飞行，而第三项就是8月26日当天发射的亚轨道飞行器，和上次一样，连张概念图都没有。

而第二项坊间则解读为RBCC，是火箭+超燃冲压发动机的类型，有人表示是空天飞机的动力，但显然TBCC更适合，因为RBCC用火箭跨越0~3-4马赫的速度，再启动超燃冲压发动机，而TBCC需要涡轮发动机跨越3~4马赫后再启动超燃冲压发动机，后者难度太大。

珠海航展组合体：空天飞机更优解决办法

2021年第13届珠海航展上，中国航天科工集团有限公司在展会现场，展出了两级入轨的空天飞行器“腾云工程”的模型，此前“腾云工程”并没有详细公布细节，很多朋友一位是一级入轨的，但就目前的技术而言，很可能是涡轮发动机+冲压发动机+火箭发动机组合体，这种类型的一级入轨死重比较大，因为到达30~50千米高空后，涡轮发动机+冲压发动机就成了累赘。

而组合式两级入轨（TSTO）则解决了这个问题，完全是水平起飞水平着陆（HTHL），第一级是基于涡轮的联合循环（TBCC），第二级则是经典的火箭。两个阶段都是可重复使用的（100次以上），并通过执行水平着陆返回地面。TBCC推进系统等新技术研发计划于2025年完成，2030年首飞。

能担任二级重任的，大家熟悉的垂直起飞，水平降落的“神龙”可以达到这个要求，整个体系中这个一级难度反而是比较低，而最受大家关注、难度最高的则是涡轮联合循环发动机（TBCC）一级飞行器，它的参数堪称是世界级的：

1、基本参数：机体长度为80多米，总重量高达140多吨！

2、动力系统：发动机为六台涡轮基组合循环的涡火冲组合动力发动机，

3、起飞方式：和普通飞机一样在机场起飞，

4、最高飞行高度：最大飞行高度3万米以上，

5、最高速度：依托于涡火冲组合动力发动机，其最高速度可达7马赫以上

可能已经有朋友想起了美国的巨型平流层发射飞机这个在高空发射卫星的平台，还有维珍银河的载机“白色骑士”，尽管这两种和腾云工程的一级母机工作过程有些类似，但两者完全不在同一个水平线上：

前两种发射母机最高飞行高度只能达到1.1万米左右，速度最高为高亚音速，也就是不会超过300米/秒，而腾云工程的一级母机的飞行轨迹顶点时高度在30千米以上（3万米），而最高速度可达7马赫，差不多在2千米/秒。

各位应该明白过来是咋回事了，因为这架一级母机在不载二级空天飞机时，它就是一架最高速度达到7马赫的高超音速飞行器，而且载荷高达十几吨，这样的飞行器到处游荡，估计敌对国家都吓尿了吧。

当然咱们是用来驮二级空天飞机入轨用的，据英国专家测算，如果这种一二级组合体用来发射卫星，那么抵达近地轨道的卫星每千克成本大概会在1000美元以下，未来的空间站显然不会是目前这种圆筒状的组合结构，而是更为庞大的圆环结构、带自转人造重力的大型空间站，到那时，真正的太空时代就将会到来！

太空旅游或者将就此普及，大规模建设这种空天飞机，那么成本可能会更低，在不远的未来，也许只要十万人民币的级别就能去一趟空间站旅游，各位赶紧赚钱吧，估计大家都能赶上。

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