“飞行浴缸”的贡献

上世纪60年代，美国空军公布由三部分构成的航天飞机科技和先进再入试验计划，其中第二部分机动重返和精确回收计划的目的是验证不同构型、控制系统和应用烧蚀材料对升力体式太空轨道器性能的影响。

实际上，早在1959年，莱特一帕特森空军基地的飞行动力实验室就提出制造一种廉价的小型超音速滑翔机进行有翼载人航天器的试验，并提出了代号ASSET(意为“气动热力学／气动弹性力学结构系统环境试验”)的计划，并取得了一定的成功。

美国空军随后在ASSET基础上提出了X-23 PRIME亚轨道无人验证机计划，承包商是经验丰富的马丁-玛丽埃塔公司。马丁-玛丽埃塔为此展开了长达6年的研究工作，在设计、材料研究和风洞测试等工作上投入了超过200万小时的工程时间。

X-23A为典型的升力体布局，从前方看去像是一个平底的V字，弧形的机身顶部，两片和机身相融合的垂直翼面。机身的主要结构材料是钛合金和铍合金，某些部位使用不锈钢和铝合金。整个机身外包裹着一层马丁－玛丽埃塔自行研制的烧蚀材料隔热层。机身内部设有名为冷却板的设备，其内装有带吸热材料的浅盘状容器，并与排放管道相连接。当机内的电子设备工作时，它们产生的热量被传递给冷却板内的水中，后者随后蒸发将热量带走。

X-23A是一种滑翔机，因此没有推进系统，在试飞时由通用动力公司康威尔分部开发的SLV-3运载火箭发射升空。

X-23A进行的是高超音速轨道器再入操纵试验，轨道器先在运载火箭推动下，进入30480米的高空以马赫30的速度飞行，再入大气层时，在速度马赫2时启动减速装置在空中完成回收。X-23A共完成了3次试飞。其中前两次试飞的飞行过程都颇为顺利，但都因回收失败导致试验功败垂成。1967年4月18日的第三次试飞取得了成功，后续验证任务由更先进的X-24A接手。

X-24A同样由马丁-玛丽埃塔公司研制，它在X-23A基础上做了不少改进。X-24A有着球状楔形外形，机身上下表面成弧形，主要结构材料为铝合金。飞行姿态控制由8个气动控制面负责，尾部上下共有上下两排4片襟翼，两片垂尾上另有4片方向舵。

X-24A的动力装置是一台XLR-11-RM-13火箭发动机。它设有4组独立运行的燃烧室，并配备一具涡轮泵来对燃料加压。发动机的额定推力为3854公斤，机内载有1139公斤的水／甲醇燃料和1257公斤的液态氧化剂，足以供发动机工作140秒。

1969年4月17日，X-24A由B-52投放，完成首次滑行飞行。1970年3月19日X-24A。又完成了首次动力飞行。X-24A总共进行了18次动力飞行，共累计了2小时54分钟的飞行时间，飞行速度和高度分别达到马赫1.6和217627米。

X-24A在1971年6月4日完成最后一次飞行后，曾被暂时封存。后来，NASA决定将其改造成X-24B。飞机随即被空运至丹佛市的马丁-玛丽埃塔工厂接受为期10个月改造工程。

X-24B基本是在X-24B前段套上新的机鼻段，再在机身结构上略加修改与更换新蒙皮而成。飞行时的俯仰控制大部分由下排襟翼控制，偏航和滚转动作利用襟翼差动和方向舵实现。飞机的动力装置仍是xLR-11火箭发动机，飞行方式与X-24A完全相同。

X-24B于1973年8月1日完成首次无动力滑翔飞行。在26个月的飞行测试中，X-24B共完成36次空射飞行，总飞行时间3d,时46分钟。其中30次试飞中进行过基本飞行研究，另外6次则进行飞行员飞行验证计划。X-24B从首次试飞起，只用了15个月的时间就完成了最高马赫数的飞行包线拓展计划。

X-23A、X-24A和X-24B这一系列升力体验证机对航天飞机的成功做出了巨大的贡献。X-23A是第一种能在高速再入过程中提供操纵能力的验证机，并同时验证了烧蚀材料技术和内部蒸发冷却的可行性。X-24A提供了升力体式飞行器在控制系统、高升阻比、近场着陆等方面的实际测试计划，并且证明了低速情况下安全操纵的可能性。X-24B进行了从马赫1.76到无动力飞行着陆范围内的飞行测试，同时证明了从现有试验机改装成新构型能节省大笔经费，并提高计划的效率。升力体的成功彻底证明了航天飞机飞行方式的可行性，给予NASA足够的信心实施航天飞机计划，航天飞机的出现由此变成水到渠成的事情。

新一代航天飞机的夭折

航天飞机服役后，虽然性能方面相比传统的宇宙飞船有了很大进步，但在最为重要的经济性方面却与人们的预期存在很大落差。为了解决这个问题，美国在上世纪80年代就开始着手研制其替代产品，并先后提出了X-30和X-33两个计划。

1986年2月4日，时任美国总统的罗纳德·里根在国情咨文讲话中透露，国防部已经批准拨款研制一种代号“东方快车”的“国家空天飞机”(NAsP)。里根在讲话中极力强调NASP的和平用途，表示这种飞机将用于未来的高超音速商用飞行，但如此先进的飞行器无疑有着不容忽视的军事价值，率先应用于军事领域也是在所难免。

随后DARPA开始对开发所需技术进行评估。这一阶段计划于1993年完成。然后按N ASP要求制造一架代号X－30的单级入轨水平飞机验证机，并在2000年前后开始试飞。经过论证后，有关方面选中麦克唐纳一道格拉斯公司负责中机身、操纵稳定性和热控制，通用公司负责后机身、机体与发动机的整合，罗克韦尔公司负责前机身、飞行管理系统与分系统，普拉特·惠特尼集团公司和火箭动力公司负责推进系统。1989年1月罗克韦尔公司试验了1／7比例的超音速燃烧冲压发动机。

按照设计方案，X-30将采用尖头、狭长机体、大后掠三角翼、单垂尾布局，以减少高速飞行时的阻力，机身从前到后为头锥，两人驾驶舱、电子设备舱、液氧舱、由气态、液态和固态氢混成的糊态氢舱及液氧舱。动力装置由涡轮冲压／超音速燃烧冲压／A轨和再人大气火箭发动机构成。机体主要用钛基复合材料，表面高热部分用有内部冷却的防热材料。

然而，X-30的技术提升幅度实在太大，因此几乎从项目启动伊始就遇到棘手的技术难题，最终在1993年被取消。NASP项目中的高超音速技术研究在1994年演变成高超音速系统技术项目(HySTR)，其具体成果便是X-43验证机。

X-33计划下马前，NAsA还提出过另外一种技术难度要低得多的验证机计划，这就是X-33“冒险星”计划。为了尽可能地缩减航天飞机的运营成本，NAsA于1992年提出研制使用单极入轨体制的下一代载人航天器。1994年6、7月，NASAaE式决定展开T--代可重复使用载人航天器的研制工作，为

减小研制风险，NAsA计划先在正式设计方案基础上制造出代号X一33的缩比验证机，待关键技术得到验证后再制造全尺寸航天器，具体的研制由洛克希德一马丁公司主导。

X-33是正式的“冒险星”航天器的53％比例缩比验证机，它的基本布局源自70年代NAsA制造过的一系列升力体验证机，但身上大量应用90年代的先进技术。X-33为无人驾驶体制，依靠自动驾驶装置完成全部飞行。按照计划，X-33在实验时应在爱德华兹空军基地以与其他肮天器相同的垂直姿态发射升空，然后爬升至95公里高空，以马赫15的速度展开在轨测试。试飞结束后，X-33以与普通飞机相同的方式返回基地。X-33身上设有一个1_5×3米大小的货舱，但不会在测试中搭载任何载荷。

如何应对再入大气层是产生的高温是任何载人航天器都无法绕开的挑战。X-33打算在关键部位使用“因康奈尔”－617合金和Ti-100钛合金制成部件。飞机机体为环氧石墨结构，液体燃料箱外部被厚4英寸的隔热层包裹。在再入大气层过程中，飞机外部温度最高的部位是机鼻和机翼前缘部分，其中机鼻处的温度最高时可达华氏2135度，为此X-33的这两个部位将被碳一碳耐高温材料所覆盖。

X-33的技术水准相比X-30虽然降低不少，但依然在研制中遇到了大量技术难题。复合材料液氢燃料箱的研制失败更是导致项目在2000年末出现严重超支现象。NAsA于2001年3月决定停止向X-33拨款，这时验证机已经完成75％，洛一马本可采用自筹资金的方式完成飞机的制造，但在权衡一番后，制造商还是选择了放弃。

X-30和X-33的相继失败凸显出未来有翼航天器的技术难度复杂性远远超出了人们的预期。但这两个计划仍在相关技术上做出了有益的探索，他们的设计确定了美国未来有翼航天器的基本方向。为两个项目开发的基础技术在后续的验证机计划中得到了很好的应用。

未来探索

在X-30和X-33进行的同时，NASA还进行了其他多项未来航天飞机技术的研究，并推出了X-34、X-37、X-40、X-43及X-51等一系列验证机

N A S A干1993年发起了“低成本航天器研究”计划，目标是将小型载荷(227公斤)的入轨成本压缩至500~"美元及以下。1994年10月19日，NASA正式提出与航天企业合作研制X-34航天器的计划。次年3月8日，轨道科学公司的方案因在性能和成本方面最接近NAsA的要求而中选。

X-34是一架无尾三角翼布局无人机，机身结构、蒙皮及燃料箱均主要以复合材料制造。飞机采用了先进的热防护系统及材料，这也是整个计划的重点验证项目之一。飞机的机载设备以廉价为主要原则，使用了差动式全球定位系统、综合飞机环境检测系统及自动检查装置。按照设计，X-34可以携带186公斤载荷人轨。X-34的机翼为传统的单块式三角翼设计，后缘安装了液压制动襟副翼。垂尾为全动式，其后部设有相当于垂尾面积1／3大小的气动减速板。

飞机以一台NASA马歇尔宇航中心研制的M C-1发动机为动力，该发动机也是70年代末以来，美国开发的首种液体燃料火箭发动机。MC-1以经济适用为主要设计原则，大量使用了现成的商业部件，制造工艺和耗费的工时也明显少于以往的同类发动机。MC-1长2.1米、宽1.21米，重908公斤，推力27240公斤，足以推动X-34在76200米的最大高度上以马赫8的高速飞行。

首架X-34于1999年6月开始由1架L-1011客机搭载升空机型测试，首飞时间被定在2000年末。前三次试飞在白沙导弹试验靶场进行，之后的全面性能测试改在肯尼迪航天中心附件的大西洋上空进行。尽管项目一直进展顺利，但开支却不断攀升，日程也出现一些延误。2001年3月，就在X-34即将开始试飞前，NASA宣布取消整个项目。

美国空军与N A s A在上世纪90年代提出太空机动飞船(SMV)计划，1999年波音获得研制X-37验证机的合约，该机后来发展成前段时间发射成功的X-37B。为降低X-37的技术风险，波音制造了一个相当于X-37体型90％比例测试平台，这种代号X-40的验证机是X-37B的亚音速测试平台。

X-40于1998428月11日完成首次投放试验，至2001年5月18日项目结束，共完成8次试飞，证明了X-37制导系统、导航系统、软件、数据计算系统、全球定位系统及气动设计的有效性，为日后X-37B的研制做出了重要贡献。

此外，超燃冲压发动机是决定未来航天飞机成败的关键技术之一。N A S A在1994年发起了前文提到的HySTR计划，为该项目制造的3架X-43A无人验证机分别在2001年6月2日、2004年3月30日和2004年11月6日完成各自的测试。除第一次试验失败外，其他两次试验均告成功，X-43A在最后一次测试飞出了马赫9.8(12135公里／小时)的惊人记录。今年5月26日，另外一种超燃冲压发动机验证机X-51A也在首次测试中取得成功，其详情见我刊上期介绍，这里不再赘述。

这一阶段美国在未来航天飞机研究上对基础研究更加重视，X-34重点研究了长期困扰航天飞机的成本问题，意图使未来的航天飞行变得更加廉价；X-40和X-37B的成功展现了未来航天飞机在军事应用领域的潜力；X-43A和X-51A则充分验证了超燃冲压发动机的巨大潜力，可以肯定，在未来的航天飞机或空天飞机上，必然会有这种发动机的一席之地。

可以说，自航天飞机投入使用以来，美国从来就没有停止过未来航天飞机的研究。当中虽然遭遇到不少失败，但在基础技术领域的长足进步却不容忽视。待到一个成熟的时机，克服现有缺点的新一代航天飞机必将重新出现在地球苍穹的尽头。