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猪也能飞上天空?美苏两国曾经研制的升力体航天器

美国在在20世纪60年代对太空探索有着相当大的热情,NASA研究了广泛的航天技术,其中就有一种被称为升力体的无翼航天器,可以从轨道滑翔归来,再入大气层后凭借机身的升力进行纵向和横向机动,最后准确降落在跑道上。升力体航天器外形圆圆滚滚胖嘟嘟,人称会飞的猪。

那么为什么要采用升力体设计呢?那是因为当时的几乎并不能让传统飞机式气动布局承受住再入大气层时的气动压力和高温。而宇宙飞船钝头锥体设计虽热能承受高温高压,但进入大气层后会像一块石头那样坠落。于是NASA的科学家们对钝头锥体进行改进,尾部收细并增加了两个尾翼进行气动控制,顺带增加了座舱,可让人驾驶这个东西。最后诞生了像一个长了尾翼的三角形浴缸的M2升力体设计。

虽然M2滑翔模型飞行了非常稳定,但人们仍在怀疑这玩意到底能否在大气层内滑翔,最后NASA决定制造一架M2-F1小型验证机。

这是一架低技术含量、钢制框架胶合板机身、固定起落架的升力体飞机。内部安装的固体燃料火箭并不是帮助该机起飞,而是用于降落。由于升力体的滑翔比不高,所以飞行员可以通过火箭发动机来减缓下滑角度,让降落更加顺畅。1963年8月16日,M2-F1被一架R4D运输机(道格拉斯DC-3海军型)拖曳升空。

这个升力体的表现出奇地好,但需要飞行员胆大心细。首先该机的滑翔比,也就是飞行的距离和下降的高度之比预期的要低,大约只有2.8,而小型飞机的滑翔比一般为10,滑翔机的滑翔比一般为60。其次升力体有绕横滚和偏航轴摆动的趋势,至少有两次M2-F1在拖曳时翻转成肚皮朝天的姿势,好在两次飞行员都释放拖缆后安全恢复姿态。

M2-F1最终完了77次空中拖曳飞行和200次地面拖曳飞行,尽管还存在种种缺点,但充分证明了升力体概念的可行性,所以NASA同意制造全尺寸的M2-F2验证机,并授权NASA兰利研究中心制造第二种升力体原型机——HL-10。后者的外形与M2有许多相似之处,但更加流线。

同时美国空军也在研究升力体航天器,并开始制造X-24A验证机,试图与NASA在该领域一决高下。

NASA的M2-F2和HL-10由诺斯罗普公司制造,美国空军的X-24A由马丁公司制造,这些升力体都安装了大推力火箭发动机以进行高速飞行试验,并在研制中尽量节约成本,甚至安装了从博物馆回收的二手XLR-11火箭发动机。

1965年6月M2-F2下线,1966年7月进行第一次滑翔飞行。所有3架升力体都在爱德华兹空军基地加进行评估试飞。M2-F2的总体结构和M2-F1相似,当然尺寸更大,该机全由金属制成,并有可收放起落架。但M2-F2也继承了M2-F1的许多恶劣操纵特性,结果导致了严重的麻烦,在第16次飞行中,降落时因横滚振荡而猛烈翻滚坠毁。

M2-F2经过修复后成为了增加了一片中置垂尾的M2-F3,解决了横滚不稳定问题。其它两架升力体从一开始就具有中置垂尾。

HL-10在1966年1月下线并进行了首飞,最终完成了10次滑翔和24次动力飞行,飞到27500米的最大高度和1.86马赫的最大速度,比两名“竞争对手”更高更快。HL-10在最后两次试飞中安装了小推力火箭进行动力降落试验,结论是动力降落比滑翔降落更麻烦,并且发动机带来的二次降落机会抵消不了为此付出的代价。

美国空军的X-24A在1967年7月下线,随后进行了28次试飞。由于其操控性不甚理想,因此空军和马丁公司又回到了绘图板前。马丁修改了X-24A的外形,拉宽机身使升力体呈三角形熨斗的样子,编号为X-24B。如果X-24B涂成黑色,看起来就像是一部科幻电影《邪恶帝国》中的太空战斗机。

1972年秋,X-24B开始了一系列的试飞,新构型大大提高了升力体的操控性,甚至飞行员把该机和战斗机相提并论。虽然这三种升力体都是在爱德华兹的干湖床降落的,但并不意味着三架升力体在降落表现上没有高下之分。试飞员觉得X-24B满足了他们驾驶该机准确降落在跑道上的所有操纵需求,并且该机最后两次试飞也证明了这一点。

NASA和美国空军在升力提上的研究为后来的研究航天飞机积累了经验,后者的大气层再入以及大气层内滑翔降落的方式就是在此时奠定的基础。

无独有偶,苏联在“实验客运轨道航天器”(EPOS)计划中也曾考虑过升力体,该项目代号“螺旋”。米格设计局为EPOS设计了一种有人驾驶亚音速试验升力体——米格-105-11,在1976~1978年进行了8次试飞。

米格-105和美国的升力体有一些相似之处,但区别也很大。例如该机装有涡喷发动机,可自行起飞,不过该机在大多数试飞中是被载机带到天上的。米格-105其它有趣的特征是滑撬式起落架收入机身上表面两侧,使起落架的热保护更为简单,并且机翼可以上折作为垂尾。该机有着一个平底雪橇般的外观,所以获得了“木鞋”的绰号。米格-105生产型将在一架吸气式超音速载机背上发射。

米格-105最后被取消,苏联人用该机的BOR-4缩比模型进行了类似美国空军的飞行试验,使用消耗助推器把模型推入亚轨道。苏联人在20世纪80年代曾计划沿米格-105的路线发展一种航天飞机,代号“Uragan”(飓风),由一枚“天顶”号(泽尼特)火箭发射,但从来没有脱离纸面。

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