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    这次选择天行号进行飞行试验,从提出意向到确定方案、再到发射,总共只用了四个月的周期。而且这次飞行获得数据量质量、数量和完整性都很好,试验完的模型也能回收进一步分析,测量分析设备还可以重复使用,性价比很高。

    由北京 凌空天行 公司研制的天行1号飞行器,在西北某地成功首飞!为我国新型飞行器再添力量!

    公元2019年4月23日早上07点28分,在我国西北大漠,国产高超声速双乘波前体某型带翼可回收重复使用火箭的推动下,实现了成功首飞。随后,伞降系统成功运行,火箭在指定着陆点成功回收。

    此次首飞试验不仅验证了凌空天行的国产新型飞行器的飞行能力、控制技术和回收技术,同时还为厦门大学和西安电子科技大学的科学试验提供了搭载服务。

    天行一号看起来就像是一枚“装上了翅膀”的火箭,它用火箭发动机提供起飞阶段的升空动力,进入大气层边缘后逐渐转为平飞状态,可继续加速到5~10马赫的高超声速状态,利用机翼在稀薄大气获得足够的升力保持稳定飞行,抵达目的地前自然减速,最后通过伞降的方式返回地面。

    提起航天,大家自然都会联想到发射卫星和各种外太空探索任务。谈及最近火热的商业航天,包括先驱者美国SpaceX公司,以及国内雨后春笋般的十几家企业,大多都以发射卫星为主要业务模式。

    而今天,一家十分特别的中国商业航天企业——凌空天行。他们成功研制并发射了一款独特的空天飞行器,将业务范围从航天运载拓展到了更为广阔的领域。

    地球的大气层厚度约为100公里,卫星只能在大气层外的轨道环行,否则会与大气摩擦而烧毁;另一方面,飞机只能在高度20公里以下飞行,因为高空大气太稀薄难以点燃航空发动机。

    所以在海拔20~100公里之间就留下了一段神秘的空白的区域,叫做临近空间,即大气层的边缘地带。

    早在上世纪70年代,科幻作家们就设想过“空天飞机”的概念——一种火箭与飞机的结合体,既可以用火箭发动机升空加速,还能够用翅膀提供升力和控制力,在稀薄的大气层边缘像飞机一样平稳飞行。

    由于高空大气稀薄、阻力更小,理论上它的飞行可以接近火箭的速度,达到现在民航客机速度的10~20倍。比如北京至上海飞行时间只需5分钟左右,1个小时内可飞抵全球各地。

    而今天,这些概念正在从科幻逐渐走向现实。民营航天企业凌空天行公司此次发射的天行1号,就是一架“空天飞机”的雏形。

    它完整地实现了“空天飞机”的飞行全过程。

    它不仅能垂直发射起飞、在临近空间按照预定航迹自主飞行,最后还能整体降落返回地面。再次装填燃料后可以重复发射使用。

    天行系列的后续型号还将具备多级动力,第一级突破大气层边缘后,第二级分离点火进入太空,提供入轨及运载服务。之后第一级沿返回轨道回到地面,以水平降落的方式进行回收。

    通过航空与航天技术的完美结合,提供从大气层到外太空全空域的飞行能力,不仅可用于提供卫星发射等常规运载服务,还可以提供空天科学试验、太空观光旅行、以及高速的点对点运输及客运服务。

    天行系列可以看作是“升级版”的火箭,它既能进出太空,也能在高空大气层内按照指定的航迹平稳飞行,还可整体回收。

    以其独特的优势,天行系列的应用首先瞄准了空天科学技术试验这一空白领域。

    特别是临近空间区域,不仅是未来重要的飞行走廊,也是往返进出太空的必经之地,但人类对它的认识还刚刚起步,探索其中的科学奥秘需要开展大量的飞行试验。

    天行系列可在临近空间自由飞行,为开展科学研究、新技术验证、环境测试提供一个可重复使用高速试验平台。

    厦门大学利用首飞试验开展了空气动力学领域的研究。天行1号在头部安装了厦门大学的试验模型,对他们设计的一款新型发动机核心部件进行高速空气动力学实验。

    天行1号成为了“飞行的风洞实验室”,在实际飞行中获得的气动数据不仅更加真实,而且一次飞行获得的数据总量,比地面实验几周的累积还多;此外,天行系列以可重复回收的巨大优势,极大地降低了试验代价。

    厦门大学航空航天学院尤延铖教授谈到,高速空气动力学试验的周期是一直困扰着我们的头疼的事。特别是少数几个高速风洞都要优先保障服务国家重大型号工程,高校科学研究排队时间可能长达一年以上,而且可提供的试验状态有限。

    这次选择天行号进行飞行试验,从提出意向到确定方案、再到发射,总共只用了四个月的周期。而且这次飞行获得数据量质量、数量和完整性都很好,试验完的模型也能回收进一步分析,测量分析设备还可以重复使用,性价比很高。这对我们空气动力学领域来说,是一件非常有价值的事。

    西安电子科技大学利用此次发射同时开展了临近空间科学观测实验和多项新技术验证试验。他们在天行号内安装了两部高能粒子探测器,对能够穿透舱壁进入飞行器内部的多种高能粒子进行统计。

    这些探测器将长期安装在天行系列飞行器上,在后续的多次飞行中,逐渐累积临近空间不同高度的测量数据,将会对未来空天飞机的电子系统可靠性设计、人身安全剂量评估提供十分有价值的参考。

    西安电子科技大学还搭载了10部新技术验证载荷。其中包括新型的一体化无线高清摄像系统,将传统的高清摄像机、图像压缩器、无线传输等三部单机集成化,体积缩小了十几倍,功耗降低至3~5瓦;并作为天行号的主摄像机,完整拍摄了掠过大气层边缘的全过程。

    他们还开展了舱内UWB无缆化信息传输技术的体系化验证,同时验证了伺服控制回路、图像数据流、多点传感器网络的高实时性无缆化传输技术。

    西安电子科技大学空间科学与技术学院谢楷教授在提起这次搭载时说:以如此方便快捷的方式购买航天试飞服务,这是过去难以想象的事情。

    他说,科研本身就是一个高风险的领域,过去航天发射的代价极为高昂,追求“万无一失”其实在某种意义上让技术进步变得谨小慎微。而可重用飞行器的出现将新技术实验和试错的代价降低到一个普通课题组都可以承受的范围,这让科研人员敢放开手脚去尝试,将极大地促进创新迈进的步伐。

    他还提到,不同于传统航天的型号任务主导模式,商业航天公司提供了全套的发射和数据遥测服务,而且尽力满足我们开展研究所需的外部条件,让科研人员实现自己主导科学实验任务。例如我们在论证未来载人空天飞机的过程中,怀疑大气层边缘一些残余的宇宙射线和高能粒子可能对人体有害,可能需要一定的防护措施。

    但这段空域在国际上实测数据也十分稀少,那就可以自己试制一台探测器去实际测量一下,就和我们去实验室做个测试一样方便平常,这是过去简直不敢想象的事情。

    天行号的技术挑战与创新理念

    天行号最大的技术挑战是将飞机与火箭相结合,这比单纯的火箭升空难度更大。它既要以火箭的形态垂直发射,又要以飞机的姿态来水平飞行,还要以伞降的形式回收。

    在发射过程中,控制系统要克服飞机外形带来的阻力和干扰;在飞行阶段,飞机的机翼、舵面等部件要承受火箭速度带来的各种严酷考验;在回收阶段要精确控制回落点,最后还要在降落伞回收过程中,利用飞机的舵面调整降落姿态,在触地前一瞬间开启缓冲气囊保证它安全水平落地。

    值得一提的是,采用伞降方式将火箭和飞行器整体回收,在国内是第一次实现。这种回收方法无需保留回落燃料,不仅更加安全,还提高了燃料利用率和运载能力。

    天行系列不仅仅克服了技术上的挑战,还在于业务模式和服务理念的创新。天行系列以便捷高效的模式,把空天飞行试验变为一种标准化服务;让航天不再遥远、不再高冷、不再封闭,变成一件大众可以轻松参与的事情。

    天行1号的使命,就是为推动科学技术和航天技术进步,提供强有力的“助推器”。成为高校、科研院所、企业甚至是个人都可以购买得起的飞行试验服务平台。

    天行号的将来,会是一个系列化的飞行平台,提供从科学试验到运载入轨等的多种航天服务。

    这标志着中国在基础科学研究和先进飞行器的商业化运营领域,迈出了坚实的一步。

    天行I号和II号都是单级可回收飞行器,垂直起飞、水平降落,具备回收和部分重复使用能力。其中II号是I号的升级版,其运力更强、成本更低。它们主要面向空天科学试验,可作为独立的运载器,实现可返回的亚轨道飞行;相比传统单次使用模式,可节约60%以上发射成本。

    天行III号是可回收式运载型火箭,在天行II的基础上配装二级入轨火箭,投入小卫星组网和补网的发射市场。通过在天行I/II上验证成熟的一级回收、重复使用技术,“天行III”将来可在小卫星发射市场中占据成本优势;

    全球快速到达,不仅仅是未来的军事需要,也是出行人的梦想。凌空天行的天行IV号是未来规划中的亚轨道空天飞机,远景目标是将整个地球村纳入1小时商圈范围,以大家都可以买得起的票价,提供亚轨道飞行、太空旅游和全球快速运载服务。(作者署名:小火箭)

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