亚轨道飞行器的动力与气动布局

　　2021年7月16日，由中国航天科技集团有限公司一院研制的亚轨道重复使用演示验证项目运载器在酒泉卫星发射中心准时点火起飞，按照设定程序完成飞行后，平稳水平着陆于阿拉善右旗机场，首飞任务取得圆满成功。
　　要了解亚轨道重复使用的运载器，先要了解什么亚轨道？什么样子的运载器可以在亚轨道重复使用？
　　亚轨道就是地面20～100km的空域，因为这一区域高于飞机最高飞行高度，低于卫星最低轨道高度，属于太空的过渡区域。在这一高度，散布着：1、对流层（0 km～7至11 km），2、平流层（7至11 km～50 km），3、中间层（50 km～80至85 km），4、热层（80至85 km～800 km），再往外面就是散逸层（800 km～2000 km至3000 km）。而这每一层的特性都不一样，比如对流层富含氧气，平流层以上氧气稀薄，中间层就是个臭氧层，热层就是个电离层，散逸层则是摆脱地球引力层。
　　说这些的原因就想说明一下亚轨道飞机的工作环境，一、介质的不同，意味着亚轨道飞机动力方式的选择不同，二、介质的不同，意味着亚轨道飞机的气动不同。下面我们就从这两方面来分析一下亚轨道飞机。
　　一、介质的不同，意味着亚轨道飞机动力方式的选择不同：在2万米以下，氧气富足，涡扇最经济，但涡喷更快，亚轨道飞行器选择涡轮喷气发动机（涡喷），2万米到5万米，氧气稀薄，涡喷已无法胜任，但冲压发动机在过3马赫以上就能在这个空域工作，进入5万米就是臭氧层，臭氧是火箭发动机的助燃剂之一，但考虑到不太可能利用两种燃料，除非找到合适解决方案，因此在这一阶段很可能采用火箭发动机，此后亦如此。而亚轨道飞机又不可能同时携带三种发动机，那么将这三种发动机整合到一起成为一台集涡喷、冲压、火箭发动机为一体的自适应变循环发动机将是动力的选择。
　　2019年1月12日，据国内媒体报道，由航天科工集团北京动力机械研究所独创的吸气式组合动力方案——涡轮辅助火箭增强冲压组合循环发动机，或已于去年年底完成该发动机的首次原理样机验证，成功的进行了点火和模式转换。该文称：＂这型组合发动机属于国内、国际都竞争激烈的热门领域，它具有独特的技术优势，是未来商业航天等领域动力装置的重要方向。
　　在这则报道里，我们看到了火箭发动机+超燃冲压发动机的组合，但是超燃冲压发动机并不具备从静止速度加速到高超音速的能力。但是在超燃冲压发动机前面加一个大功率压力风扇，将风速加至3马赫以上，超燃冲压发动机就可以工作，但是当速度过5马赫以上，不需要这个加力风扇后怎么办？这显然是需要解决的问题。
　　2020年12月1日了，中国航空领域传来了重磅消息，中国首创的站立式斜爆轰冲压发动机完成了风洞测试，理论最高速度达到16马赫，也就是16倍音速，彻底刷新发动机的速度记录，这也标志着中国在冲压式发动机研究领域处于世界领先地位。
　　所谓的站立式斜爆轰冲压发动机，它是超声速燃烧发动机的一种，这款发动机结构十分简单，主要由单级进气口、氢燃料喷射器以及燃烧室三个部分组成，它的工作原理也并不复杂，高速气流从单级进气口进入燃烧室，与氢气混合，然后被点火器点燃爆炸，高温燃气随后经过推进喷管膨胀加速，由喷口高速排出而产生推力。这很可能是一款集涡轮喷气发动机、冲压发动机、火箭发动机为一体的发动机。
　　目前亚轨道飞机动力方式的选择有三种，第一种涡轮喷气发动机与冲压发动机组合的涡轮基组合发动机，俗称TBCC，这种组合一般体现在是美国的X51。第二种是＂涡轮辅助火箭增强冲压组合循环发动机＂是火箭发动机与冲压发动机组合的火箭基组合发动机俗，称RBCC，第三种站立式斜爆轰冲压发动机是由涡轮喷气发动机、冲压发动机、火箭发动机三者组合的吸气式火箭发动机，俗称SABRE。这三种发动机研制难度依次递增。
　　二、介质的不同，意味着亚轨道飞机的气动不同。亚轨道飞机，顾名思义，就是在第宇宙速度7.9公里/秒附近，即23马赫左右，这个速度，又是往返大气层边缘，其气动外形无疑是高超音速飞行体。
　　近年来，我们在高超音速飞行体方面取得长足发展，尤其是东17、星空二号的性能更是让别国难以望其项背。基于它们的先进性，美国已经放弃对其拦截，而是将高价值目标撤出2000公里以外——惹不起就只有躲了。而我们高超音速飞行体的发展更源风洞的建设。
　　JF-12复现风洞是采用反向爆轰驱动，有效驱动功率可以达到3000兆瓦。3000兆瓦是什么概念？我国葛洲坝水利枢纽所有的装机容量是2700兆瓦，是目前世界最先进的风洞，能达35马赫。
　　Jf—22这个风洞用的是正向爆轰驱动，最大驱动功率可以是到了15000兆吧，15000兆什么概念呢？三峡大坝的装机容量才22000兆瓦，就是Jf22风洞的一瞬间的输出能量需要差不多追上三峡大坝的瞬时输出功率。它是目前在建的世界第一风洞，其建成后，它的技术水平将领先欧美30年。
　　除了近期声名大噪的JF12、JF22风洞之外，中国还拥有航天院的FD21风洞、国防科大的M6低噪声风洞，还有绵阳的M4-7高超音速试验装置。
　　据报道：亚轨道重复使用运载器可作为升力式火箭动力重复使用航天运输系统的子级，是航天航空技术的高度融合体。这让我们想起去年9月份试验的类美国x37B项目（神龙），如果两者融合，那亚轨道飞机将成为一款地面与太空的穿梭机，从而省去了不可重复利用的火箭，这要比马斯克的猎鹰9、星舰项目先进多了。
　　据报道：此前在湖北武汉召开的中国国际商业航天高峰论坛上，官方透露＂五云一车＂项目已取得阶段性进展，＂腾云＂项目将于2030年完成二级入轨技术验证飞行，也就是说，10年后，它将发展成真正太空穿梭机。
　　结尾：
　　重复使用运载器其实就是指航天飞机，集火箭、航天器、轨道器等多重特点。航天飞机既可以像火箭一样发射，又可以像滑翔机一样着陆，还能重复使用减少成本。但是这东西太先进了，目前美国部署了X37B，据说这玩意儿还能带6枚核弹。我们的亚轨道飞机能带神龙，能天地自由往返，自然就是实用的空天飞机和亚轨道轰炸机。但我们是爱好和平的，我们也愿意有此功能。
　　这个区域既不是航空领域也不是航天领域，所以对于情报收集、空对地作战、侦查等具有重要意义。