理论教育 商用高超声速运输技术的发展与应用

商用高超声速运输技术的发展与应用

时间:2023-05-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:高超声速运输当前有两条发展路径。一条是速度为2 或3 马赫的超声速航空器,另一条则是速度高达5 或6 马赫的各种空天飞机机型。日本人在高超声速氢氧运输系统上取得了重大进展。图12.6 所示为反作用发动机公司的“云霄塔”单级入轨超燃冲压发动机飞行器、日本高超声速飞行器和“太空船二号”。

商用高超声速运输技术的发展与应用

太空旅游或太空探险的怀疑论者,对那些只是想让大众经历亚轨道飞行、体验失重状态、看到漆黑天空下巨大的“蓝色大理石球”的人的基础商业计划不以为然。怀疑论者认为,愿意为这种体验支付大笔费用的人是有限的,而一旦实现了这种体验,重复市场就会非常小。未来的企业家们对空天飞机或高超声速飞机的展望已经跨出了太空旅游的范畴。这些航天2.0 企业家们一直认为,真正可持续的未来业务不会是“没有目的地的飞行”,也就是起飞和降落在同一地点的亚轨道抛物线飞行。他们认为真正的潜力在于高超声速运输,在于可以在几小时内将伦敦与悉尼或纽约与东京连接起来的交通工具

这些为商业大亨和富有的飞行爱好者准备的高超声速航班将从机场起飞,以亚音速飞到5 万英尺(即15.24 km)以上; 然后使用火箭推进达到3~6 马赫的速度,到达约80 km 的远地点; 之后下降、减速到亚声速,在地球另一端降落。NASA 等机构正在进行新技术开发,如可从空天飞机前端伸出的伸缩式针状头锥系统,以避免在着陆过程中产生巨大的音爆。这种从空天飞机前端伸出来的系统可以产生1 000 次较低水平的“微爆”,从而不会在着陆前出现雷鸣般的噪声。

高超声速运输当前有两条发展路径。一条是速度为2 或3 马赫的超声速航空器,另一条则是速度高达5 或6 马赫的各种空天飞机机型。

在真正的高超声速服务可以正式开启之前,有很多问题必须解答。其中主要有:

(1)在超过12 000 km(7 500 英里)的长途飞行中,高超声速飞行有切实有用的业务实例吗?

(2)对速度、安全和成本的考虑因素是否足以驱动空天飞机(即速度高达6 马赫)的研发,并超过了较为传统的超声速喷气机(即速度只有2 或3 马赫)研发?

(3)目前可用的各种技术中,哪种对于未来是最好的?日本人在高超声速氢氧运输系统上取得了重大进展。反作用发动机公司冲压式喷气发动机技术利用大气中的空气使其效率更高,因为其在亚轨道飞行中不必使用氧化剂。维珍银河公司的一些太空飞机使用金属燃料,将微粒喷入平流层。性能、安全性、可靠性、成本和环境影响目前是相互矛盾的。(www.daowen.com)

(4)这类飞行器在平流层长期运行对环境是否有严重影响? 假如经过多年运行,穿越易受污染的平流层上层的航线可能产生的空气污染和颗粒物水平是否太高? 这类远地点80~100 km 的高超声速飞行,会不会对这部分脆弱的大气层造成太大的破坏? “超级高铁”(Hyperloop)或磁悬浮列车(Maglev)等系统,尤其是它们在真空隧道运行时,是否会在速度、安全性甚至较长期成本方面取得更好的效果?

(5)能否建立有效的空间交通管理系统,让高超声速飞行器安全通过平流层中的原生区域? 为了安全可靠地运行这种高超声速运输系统,需要开发和实施哪些技术?

图12.6 所示为反作用发动机公司的“云霄塔”单级入轨超燃冲压发动机飞行器、日本高超声速飞行器和“太空船二号”。这几种飞行器都有各自的优缺点,可以推动高超声速旅行发展,甚至是更经济有效的轨道旅行。未来的高超声速旅行和太空旅行将面临重大挑战,我们仍然缺乏一套明确的标准来判断最佳出路在何方

图12.6 “云霄塔”超燃冲压发动机飞行器、日本高超声速飞行器和“太空船二号”

(a)“云霄塔”单级入轨超燃冲压发动机飞行器;(b)日本高超声速飞行器;(c)“太空船二号”

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