美国为何还要制造航天飞机?

据美国《大众科学》杂志网站7月25日报道，美国国防部高级研究计划局(DARPA)正准备制造一种新型可重复使用的航天飞机，以便在未来以更低的成本完成各种发射任务。与以前的航天器项目相比，这个计划最令人震惊的是，以新航天飞机为核心的新发射系统将在10天内满足10次发射的要求。

太空“飞行”

长期以来，空间领域的科学家和工程师一直致力于研究和开发能够在短时间内快速完成二次发射的航天器系统。然而，美国太空基金会研究和分析部主任迈克尔·沃尔特·兰格(Michael Walter Langer)表示，迄今为止，还没有人在这方面取得任何实质性进展:“太空行业提出的标准早已存在，但完全符合这些要求的产品仍然不存在。”

然而，米卡对美国国防部高级研究计划局的计划表示乐观:“人们可以随意将计划中的新产品与现有产品进行比较，最终他们会发现前者已经达到了一个新的高度。”

目前，该项目主要涉及三家公司，其早期成果已得到美国国防部高级研究计划局的认可:波音公司，与蓝色起源公司合作；马克斯登航天系统公司，与美国航天公司合作；诺斯罗普·格鲁曼公司，一家与维珍银河公司合作的老式公司。此外，太空探索技术公司最近还宣布，其猎鹰9号可重复使用火箭已成功测试。

可重复使用运载火箭的实现是新发射系统的基础。根据Mika的介绍，新发射系统的工作流程是将高超音速运载火箭发射到空中，当它到达指定高度时，释放它携带的新航天飞机，让它执行任务。后来，火箭以极其缓慢和温和的方式落到了指定的地方。在工程师们修复、打磨和重新油漆之后，它又被放在发射台上，准备下一次任务。理论上，使用可重复使用的火箭将大大降低发射的总成本。在有效减轻美国国家航空航天局(美国航天局)财政负担的同时，它还可以帮助大学生和企业家等各种群体共同促进航天工业的发展。

从视觉上来说，新的发射系统，包括新的航天飞机，就像航空公司的日常飞行，运送乘客和卸载货物。两者之间唯一的区别是前者的目的地是太空，而不是机场。

开创性的发射标准

在新的发射系统中，可重复使用的火箭当然很重要，但航天飞机才是真正的核心。

目前，新的航天飞机已被美国国防部高级研究计划局命名为“试验航天飞机”，简称XS-1。美国国防部高级研究计划局对XS 1号的要求是独特的:该飞机必须能够以每次发射不到500万美元的发射成本向低地球轨道运送3000到5000磅的材料。同时，整个发射过程必须简化和加快。美国国防部高级研究计划局希望在10天内看到10次发射。

毫不夸张地说，这一标准是“开创性的”。因为在人类太空飞行的历史上，可重复使用的火箭从未能够以如此高的频率将宇宙飞船发射到地球轨道上。

尽管存在类似的可重复使用的航天器，例如维珍银河公司正在开发的产品，但它只能达到亚轨道高度。美国国家航空航天局引以为豪的航天飞机可以多次使用，但是在下一次发射之前，它将需要许多天的维护。即使是目前的一次性卫星运载火箭也没有新航天器那样的运载能力和低成本——轨道科学公司的飞马座XL火箭将1000磅材料运送到低地球轨道的成本为每次飞行3000万至4000万美元；SpaceX公司的猎鹰9号能力稍强，但每次运载2万磅的成本已经达到5400万美元。

低廉的发射成本意味着更多的材料可以被送入太空，从而给更多的人发展的机会。佐治亚理工学院航空航天工程教授艾伦·威尔特(Alan Wilter)曾参与过美国国家航空航天局对可回收飞行器的研究，他说，美国国防部高级研究计划局希望在XS 1号投入使用后，它能携带一些微型卫星进入太空，供研究机构、初创公司和其他组织使用。

此外，新系统对军方也具有重要意义。“例如，我们需要对像奥萨马·本·拉登这样的*发动另一次袭击，但监视卫星无法及时到达目标地区。过去，我们只能在这种情况下等待，但将来我们可以立即在头顶发射一颗新卫星。”米卡说。

首要问题是“安全”

可以说，一旦“试验航天飞机”的XS一号系统研制成功，人类将在太空探索方面有一个质的飞跃。

“现在计划并准备发射任务，周期以年为单位计算。XS一号投入使用后，我们需要做的就是把材料、卫星和其他东西扔上去，然后我们就可以回家吃饭了。”威利特说。

有些人可能会问，为什么我们以前不能生产像XS 1号这样的产品？不同的专家对这个问题有不同的理解。威尔特在20世纪80年代领导了美国宇航局的飞行器分析部门，他认为关键在于技术限制。比如高超音速飞行器技术，以前一直没有突破。此外，火箭发射后的减速技术也是一大难题——从太空高度落到地面不会造成严重损害，这决定了火箭是否可以重复使用。

根据威尔特的同事、佐治亚理工学院的航天工程师米切尔·沃克的说法，XS 1号需要克服包括上述问题在内的许多困难，而最大的挑战来自“背靠背”发射之间。“从火箭第一次发射着陆那一刻起，工程师们就必须确保它能在24小时内进行第二次发射。但并不是每个客户都有信心将价值数百万美元的材料装载到火箭上，并保持温度不变。”米切尔说。事实上，这也是为什么旧航天飞机达不到美国国防部高级研究计划局要求的10天内发射10次的原因。他们复杂的大修不仅推迟了发射周期，还增加了整体成本。

简而言之，在安全问题最终解决之前，XS 1号将瞄准低成本、小尺寸的材料，而不是像韦伯望远镜这样有价值的仪器。它将吸引潜在客户的优势，廉价的运费，快速安全检查和大批量交货。此外，动力学的许多技术节点也在等待XS一号解决关键问题。在米切尔看来，这些都是DARPA层面上的大问题。