建设月球小镇少不了这种特殊的空天飞机！分析发现我国已能造

　　厉害了我的国！2022年1月28日，国务院新闻办公室发布了《2021中国的航天》白皮书，其中提到我国即将启动国际月球科研站计划！该计划的最终目标是：在月球上建一个类似＂小城镇＂一样的设施。几百年前，麦哲伦凭借环球航行带领人类进入大航海时代，如果这个计划能够成功实施，我国很可能将人类带入＂星际移民时代＂！
　　然而，现有航天发射成本太昂贵，如果依靠火箭来实施这个计划，那成本将十分高昂，中俄未必有足够的资金来完成这个计划。
　　长征5号运载火箭发射升空
　　据了解，目前国际市场上近地轨道的每公斤发射成本大约在1万美元左右，未来有可能降低至5000美元，换算过来就是每吨500万美元，成本仍然十分高昂。这主要是因为现有往返太空的工具是火箭，即便是马斯克Space X开发的可重复使用火箭，近地轨道每吨发射成本仍然要超过500万美元。
　　因此，完成＂月球小镇＂计划的关键因素在于中俄能不能研制出新式低成本往返太空的新式飞行器！
　　经过调查分析，我们有了一个惊人的发现，现阶段我国已经有能力利用电磁弹射技术在西藏建造一个电磁发射系统，用于将空天飞机加速到亚燃冲压发动机启动速度。
　　接下来用数据分析告诉你怎么做：
　　一、总体思路。
　　在西藏海拔5000米以上的地区寻找一处合适地带，建设一条足够长的电磁弹射轨道，用于发射空天飞机。这种空天飞机分为两级，第一级采用以＂亚-超结合＂双燃冲压发动机作为动力，用于背负第二级。第二级采用传统的火箭动力就够了。
　　空天飞机模型
　　初始阶段，这种空天飞机被移动至电磁轨道，然后启动电源，弹射系统将这种空天飞机加速至亚燃冲压启动速度。然后依靠空天飞机自身安装的＂亚-超结合＂双燃冲压发动机作为动力加速至10马赫左右，并飞到距离地面约100公里的＂卡门线＂空域。这个空域已经达到亚轨道下限，空气阻力非常小。然后两级分离，一级自行返回降落，二级启动自身的火箭发动机，继续加速入轨。
　　二、具体设计方案。
　　1、电磁发射轨道方案。
　　众所周知，高原地区具有海拔高、气压低的特点，如果在高原起飞空天飞机，那么其加速过程中的空气阻力将大大减少，还可以减少至少5千米的爬升高度，这将为空天飞机起飞阶段节省大量燃油。
　　在西藏选择一处合适地带，设计一条总长为5890米的组合式电磁加速轨道。第一段是3000米的磁悬浮加速轨道，用于安装一台原理类似磁悬浮列车那样的磁悬浮助推器，用于以2G（相当于每秒加速20米）的加速度将空天飞机加速至340米/秒。这一段全程加速时间为17秒，距离为2890米，预留的110米为加速误差距离。然后再上接第二段，这是一条长为2580米的电磁弹射轨道，用于以3G的加速度加速空天飞机至520米/秒的速度。这一段全程加速时间为6秒。
　　卫星拍到我国大连兴城的电磁弹射器和蒸汽弹射器照片
　　在第一段的基础上接上一条2000米长的普通轨道用于完成加速任务后的磁悬浮助推器的能量回收发电，并达到减速目的。在第二段的基础上也接上一段1000米的弹射滑块减速轨道。
　　在磁悬浮助推器完成助推任务后自动断电，并启动动能回收系统回收动能，并顺便完成减速任务。
　　之所以要设计成两段，主要是因为磁悬浮轨道加速到音速以上后成本大大增加，技术难度也大大增加，并不划算。此时改用电磁弹射器加速更合适，事实上电磁弹射器和电磁炮技术是相通的，都适合用于将物体加速至极高速度。
　　2017年12月，军事专家尹卓就曾说过：＂我国的电磁弹射器和电磁拦阻索的可靠性将不亚于美国＂福特＂级航母。 ＂
　　这也说明，我国早已开发出电磁器。
　　2、空天飞机运行方式。
　　资料显示，亚燃冲压发动机的启动时间是1.5马赫，但在1马赫时就已经能够工作，只是推力较小而已。因此，在经过第一段加速后，即电磁助推加速的第17秒，就可以启动亚燃冲压发动机，经过第二段电磁弹射器6秒继续加速后就能轻松超过1.5马赫，达到亚燃冲压发动机最佳工作区间。
　　超燃冲压发动机结构示意图
　　在启动＂亚-超结合＂双燃冲压发动机后，空天飞机整体加速至10马赫，并达到100公里卡门线，然后两级分离，二级依靠自身火箭发动机继续加速入轨。
　　3、空天飞机设计方案。
　　这种空天飞机采用两级设计，总重为160吨。
　　一级载机加满油后的总重为100吨，自身结构重量约60吨，燃料40吨，安装2台并列式组合循环发动机，用于加速空天飞机，以及一台推重比达到70以上、推力为15吨的氢氧发动机（自重215千克以下），用于载机返回时提供有限动力辅助降落。液体火箭发动机的推重比可做到70甚至200，而涡扇发动机做到10都很难。其中，美国的梅林1D火箭发动机的推重比甚至高达惊人的160。如果采用涡扇发动机作为辅助动力，其自重至少要达到1.5吨，死重太大，不划算。
　　二级加满油后总重为60吨，其中载荷为24吨，结构自重为3吨，载油达到33吨。在10马赫左右分离后，二级启动火箭发动机可将24吨载荷送入近地轨道。
　　一级之所以只需要40吨燃料就能将空天飞机整体加速到10马赫，主要是因为＂亚-超结合＂双燃冲压发动机的平均比冲达到2500秒 4000秒，平均比冲可达3000秒以上，是传统开式循环液氧煤油火箭发动机比冲的10倍以上，可极大提升燃油效率！
　　土星五号运载火箭技术参数
　　以美国的土星五号为例，其一级燃油装载量高达2169吨，却只能将火箭整体加速至2756米/秒，近地轨道的载荷也只有119吨。当然，这主要是因为土星五号的一级采用的F1火箭发动机比冲仅263秒，相比之下，＂亚-超结合＂双燃冲压发动机的平均比冲是它的11.4倍！这意味着，理论上采用＂亚-超结合＂双燃冲压发动机的飞行器加速到同一个速度所需的燃料重量仅为采用火箭发动机的飞行器所需燃料总重的8.77%即可。
　　整个设计方案已经过理论简要计算验证过，有兴趣的网友也可自行计算分析是否合理。
　　三、优势。
　　1、成本优势。
　　空天飞机相比火箭主要优势有三方面，一是可重复使用优势，可极大节省运载工具制造成本；二是等效比冲高很多倍，可大大节省发射过程中的燃料消耗量；三是保障要素更少，大大节约了成本。
　　各种发动机比冲和适用速度区间
　　根据此前测算，采用组合循环发动机的空天飞机发射成本相比传统火箭可降低90%的发射成本。而本文提到的这种空天飞机成本还将进一步降低，相比火箭甚至有可能降低95%的发射成本！
　　这主要是因为电磁发射系统十分简便，接通电源就无需投入其他设备，所需的保障设备、人员相比采用组合循环发动机的空天飞机更少。
　　电磁加速轨道两级设计主要目的是为了节省成本。
　　资料表明，磁悬浮列车的轨道建设成本大概是1.5亿元/公里，而电磁弹射器的成本则高10倍以上！即便弹射器的每公里建设成本为30亿元，那总的建设成本也就91.2亿元。利用3千米的磁悬浮轨道就可以将空天飞机加速这1马赫的速度。
　　上面提到的这种空天飞机方案可将24吨载荷送入近地轨道，如果这24吨载荷再携带一台100千瓦级霍尔推进器和推进剂，就可以轻松往返地球和月球轨道，而且相比现有方案成本大大降低。
　　2、可靠性优势。
　　相比没有电磁弹射系统辅助的空天飞机，这种空天飞机可直接省去从0加速至冲压发动机启动速度（通常要达到1.5马赫以上）之间所需的动力系统，比如涡扇发动机或者火箭发动机。这样做可减少整个动力系统的复杂度，还可以降低空天飞机的下面级总重和死重占比，进一步提升发射效率！
　　四、可行性分析。
　　上文提到的这种采用电磁助推发射的空天飞机所需的关键技术主要有这几项：1、磁悬浮列车技术；2、电磁发射技术；3火箭发动机技术；4、＂亚-超结合＂双燃冲压发动机技术。
　　如果再加上电推技术也就5项。除了前面三项都是我国已经攻克的技术之外，其余两项我国也已经解决！
　　2021年8月13日，我国就已经研制出可水平起降的空天飞机，并成功环球飞行一周。此事国内当时都没报道，9月份被美国媒体曝光，10月有记者就此事向外交部发言人询问，得到的回复是＂就是一种可重复使用航天器＂。这种可重复使用航天器就是一种比本文提到的空天飞机更为复杂的空天飞机验证机。因此，本文提到的这种更简单的空天飞机没有理由造不出来。国内也有大量关于＂亚-超结合＂双燃冲压发动机的研究论文，掌握这种发动机技术也是没有问题的。
　　近期被曝光，我国媒体也报道了电推技术取得重大技术突破，型号为HET-450的单通道霍尔推进器测试功率高达105千瓦，已经能够满足探月需求了！
　　HET-450单通道霍尔推进器
　　显然，现阶段我国就已经掌握了造出本文提到的这种空天飞机所需的所有关键技术，一旦这种空天飞机研制成功，必将在空天领域掀起一场技术革命！
　　结论：通过本文分析，我们发现，我国现阶段就完全有能力解决本文提到的这种空天飞机和一整套电磁发射系统的所有技术难题，并且建设成本仍然是可以接受的！期待国家相关部门尽快启动研究！