理想與現(xiàn)實(shí)
　　地球引力和大氣層是主要天然屏障，阻擋人類飛入太空的理想。人們一直在設(shè)想一種既能在大氣層內(nèi)飛行，又能在大氣層外的太空航行，水平起飛、水平降落的新型航天器。這種能跨越大氣層的飛機(jī)就是航空航天飛機(jī)，簡(jiǎn)稱“空天飛機(jī)”。
　　航天飛機(jī)的下一代將是空天飛機(jī)。空天飛機(jī)將不再使用液氧或液氫作為燃料，不再象航天飛機(jī)一樣使用火箭垂直起飛，而是像普通飛機(jī)一樣從跑道上水平起飛，水平降落。這種理想的空天飛機(jī)既能在大氣層內(nèi)飛行，也能像航天飛機(jī)一樣在太空圍繞地球的近地軌道飛行，將飛機(jī)、運(yùn)載器、航天器的功能集為一體，能自由出入大氣層。根據(jù)空天飛機(jī)的特點(diǎn)，空氣動(dòng)力學(xué)與大氣層的關(guān)系決定成敗。
　　空天飛機(jī)按飛行高度和軌道分為軌道空天飛機(jī)、亞軌道空天飛機(jī)；按是否載人分為無人空天飛機(jī)、載人空天飛機(jī)。最初的空天飛機(jī)應(yīng)該裝備火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的巨大推力進(jìn)入太空，以求能夠提供更短的起飛和更高的加速。
　　軌道空天飛機(jī)能在高空大氣層外進(jìn)行超高聲速飛行、能圍繞地球飛行。軌道空天飛機(jī)的速度極快，進(jìn)出大氣層時(shí)將產(chǎn)生高動(dòng)壓、高溫，特別是空天飛機(jī)表面的高熱流，達(dá)2000℃～2500℃以上。這些負(fù)載通常需要特殊的熱保護(hù)材料或主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。
　　亞軌道空天飛機(jī)的最高速度低于一般典型的軌道飛行器，速度不快因此就不需要大量的熱保護(hù)。英國(guó)維珍公司的“太空船”已經(jīng)進(jìn)行過亞軌道飛行，成為太空探險(xiǎn)的典范，為太空旅游開辟了航線。
　　空天飛機(jī)的優(yōu)越性能和功能為人類提供方便快捷的進(jìn)出太空。在軍事上，空天飛機(jī)可作為全球高超聲速運(yùn)輸、洲際轟炸和戰(zhàn)略偵察，又可作為航天運(yùn)載工具或太空武器，成為新一代的攻擊和防御力量。
　　為了飛上太空，空天飛機(jī)按目前技術(shù)一般裝備了3套發(fā)動(dòng)機(jī)。起飛時(shí)使用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，像普通飛機(jī)一樣從地面水平起飛；在高度30千米以上達(dá)到5～6倍聲速時(shí)，使用脈沖爆震沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)；在90千米左右高度時(shí)達(dá)到25倍聲速，使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入太空軌道。返回時(shí)使用空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，像普通飛機(jī)一樣水平著陸。當(dāng)然，如果需要的話，空天飛機(jī)也可在大氣層內(nèi)做洲際飛行。
　　空天飛機(jī)的技術(shù)難度比航天飛機(jī)更大，主要是三種發(fā)動(dòng)機(jī)的組合與轉(zhuǎn)換，高強(qiáng)度、耐高溫的材料和具有人工智能的控制系統(tǒng)等，此外還要滿足在大氣層內(nèi)外飛行對(duì)機(jī)體的不同要求。
　　空天飛機(jī)在使用脈沖爆震噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)留給地面人員的是一連串的爆炸聲。裝有脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)飛過高空，機(jī)身后留下的是一個(gè)個(gè)串聯(lián)起來的氣團(tuán)，而不像一般的噴氣飛機(jī)的尾氣僅僅是一溜青煙。
　　在大氣層邊緣進(jìn)行高速飛行時(shí)，空天飛機(jī)的機(jī)頭前面的溫度將近2800℃，機(jī)翼前面接近2000℃，機(jī)身下面也可達(dá)1200℃以上，從下方看去很像一個(gè)“火球”在天上飛行。而這種飛機(jī)很可能已經(jīng)進(jìn)行了絕密的試驗(yàn)飛行。據(jù)說，有一次美軍一架“黑烏”偵察機(jī)正在以3倍聲速進(jìn)行巡航，突然發(fā)現(xiàn)一個(gè)大火球從天而降，飛快的超過了他們的飛機(jī)。飛行員很是驚奇：我們已經(jīng)是世界上飛得最快、最高的飛機(jī)，這個(gè)東西居然比我們飛的更快。等這架“黑烏”落地后，飛行員們想向長(zhǎng)官描述剛才看見的景象，長(zhǎng)官說：“你們好像什么也沒看見過。我也沒有聽見過，對(duì)吧？”飛行員們愣了一會(huì)，才回答說：“是，我們好像什么也沒有看見過，長(zhǎng)官?！?br/>　　飛入另一個(gè)空間
　　按照人類目前的技術(shù)水平，空天飛機(jī)是最理想的航天器，但空天飛機(jī)面臨的難題很多。空天飛機(jī)要突破大氣層，結(jié)構(gòu)、材料、熱防護(hù)、冷卻、燃料、航電、導(dǎo)航等等成百上千個(gè)難題等待攻克和驗(yàn)證，最主要的還是動(dòng)力，采用什么水平的動(dòng)力系統(tǒng)，決定了空天飛機(jī)能飛多高飛多快。
　　按照目前技術(shù)，空天飛機(jī)升空方式有一級(jí)起飛和二級(jí)起飛。
　　一級(jí)起飛是指空天飛機(jī)從普通機(jī)場(chǎng)起飛，突破大氣層進(jìn)入太空，圍繞地球飛行，再從普通機(jī)場(chǎng)降落的飛機(jī)。一級(jí)起飛的空天飛機(jī)一般裝備三套發(fā)動(dòng)機(jī)。一套噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用于起降和空中飛行；一套沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用于突破地球引力，提升高度；一套火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用于進(jìn)入太空飛行。目前人們觀念中的“真正”的空天飛機(jī)是一級(jí)起飛方式。
　　二級(jí)起飛是指空天飛機(jī)搭載在另一架大型專用運(yùn)輸機(jī)上，從普通機(jī)場(chǎng)起飛。當(dāng)大型運(yùn)輸機(jī)到達(dá)一定的高度，空天飛機(jī)從運(yùn)輸機(jī)上釋放，利用已有的高度和速度進(jìn)行“二次起飛”，并突破大氣層進(jìn)入太空，然后從普通機(jī)場(chǎng)降落。二級(jí)起飛方式的飛機(jī)并非真正意義上的空天飛機(jī)，它一般只有兩套發(fā)動(dòng)機(jī)，但其本身產(chǎn)生的動(dòng)力水平達(dá)不到?jīng)_出大氣層的要求。
　　空天飛機(jī)不再依靠運(yùn)載火箭搭載，改變了人類進(jìn)入太空的模式，它不會(huì)像火箭那樣當(dāng)空爆炸，并可重復(fù)起飛，安全性大大提高，使人們能更自由地出入大氣層。
　　太空航行的一小步
　　“蜀道難，難于上青天”，這是中國(guó)古代詩人發(fā)出的艱難的感嘆?，F(xiàn)在，上青天已經(jīng)不是問題了，而上太空又成為人類很難逾越的難題，絕不亞于古人的上青天。按照人類目前的技術(shù)水平，空天飛機(jī)是最理想的航天器，但空天飛機(jī)面臨的難題很多。
　　首先，空天飛機(jī)的速度變化大，從大氣層內(nèi)到大氣層外，速度從0到25馬赫，這是一般的的發(fā)動(dòng)機(jī)都不可能勝任的。超聲速?zèng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，有許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。由于超聲速?zèng)_壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，只能在高空稀薄的大氣層中工作，而且工作時(shí)的速度必須超過聲速好幾倍，所以當(dāng)飛機(jī)在起飛和降落時(shí)還得借助傳統(tǒng)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。由于太空中沒有氧氣，空天飛機(jī)必須要攜帶液氧在太空中使用。
　　第二，空天飛機(jī)的飛行高度變化大?？仗祜w機(jī)從地面到幾百千米高的太空，十幾分鐘時(shí)間要突破音障、克服超重、沖出卡門線、進(jìn)入太空。返回時(shí)，再人大氣層的降落時(shí)間長(zhǎng)。航天飛機(jī)只有十幾分鐘，空天飛機(jī)為1～2小時(shí)。
　　第三，高度流線型的外形。當(dāng)空天飛機(jī)以6倍于音速以上的速度在大氣層中飛行時(shí)，空氣阻力將急劇上升。所以，空天飛機(jī)需要將發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)身合并，必須有高度流線型的外形。讓前機(jī)身容納發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的進(jìn)氣道，讓后機(jī)身容納發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的噴管。這叫做發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)身一體化。
　　第四，空天飛機(jī)必須有一個(gè)重量輕、性能好、能重復(fù)使用的防熱系統(tǒng)?？仗祜w機(jī)需要多次出人大氣層，每次都會(huì)由于與空氣的劇烈摩擦而產(chǎn)生大量熱量。特別是返回再入大氣層時(shí)，高超聲速與大氣層產(chǎn)生劇烈摩擦，飛機(jī)表面達(dá)到2000℃以上的高溫。往往像一個(gè)火球一樣闖出大氣層。
　　美國(guó)宇航局正在開發(fā)一種鉿或者鋯硼化物的陶瓷材料。這種材料也許可以幫助航天器抵御再人大氣層時(shí)的高溫。這些材料可以經(jīng)受2800℃的高溫，但是卻十分易碎而且笨重，因此目前科學(xué)家正在研究怎樣提高防熱又要減少重量的好方法。
　　前進(jìn)兩步，后退一步
　　冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)為了在太空競(jìng)賽中奪得制勝權(quán)，秘密制定“動(dòng)力翱翔”計(jì)劃?！皠?dòng)力翱翔”計(jì)劃就是研發(fā)一種可以執(zhí)行多種太空任務(wù)，包括偵察、轟炸、空間營(yíng)救、施放衛(wèi)星、維修衛(wèi)星和攻擊敵人衛(wèi)星的航天器。
　　“動(dòng)力翱翔”計(jì)劃分為兩大部分：X-20太空飛機(jī)和“大力神”號(hào)運(yùn)載火箭。它們采用1+1的組合方式?！巴列恰碧?hào)運(yùn)載火箭負(fù)責(zé)發(fā)射和運(yùn)載，X-20太空飛機(jī)負(fù)責(zé)太空作戰(zhàn)任務(wù)：當(dāng)時(shí)“土星”號(hào)運(yùn)載火箭具有前所未有的爆發(fā)力，而X-20也是前所未有的最先進(jìn)的太空飛機(jī)。5年里，美國(guó)波音公司設(shè)計(jì)了三種組合的“動(dòng)力翱翔”航天系統(tǒng)：X-20與“大力-1”系統(tǒng)：X-20與“大力神-2”系統(tǒng)和X-20與“大力神-3C”系統(tǒng)。最后，美國(guó)空軍決定應(yīng)用X-20與“土星-3C”系統(tǒng)。
　　X-20太空飛機(jī)是一種載人太空轟炸機(jī)，頭部呈圓拱形，無尾三角翼，機(jī)翼后掠72°，翼尖上折充當(dāng)垂直安定面，可以超過5馬赫的高超聲速飛行?！癤-20”的框架和機(jī)身上部由特種合金制成：機(jī)身下部由經(jīng)過隔熱處理的多層鉬箔制成：機(jī)鼻尖錐由耐高溫的石墨和氧化鋯制成。
　　X-20太空飛機(jī)乘坐1名宇航員，長(zhǎng)度10，77米，翼展6.34米，空重4715千克，最大起飛重量5165千克，采用一臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，推力323千牛。X-20性能十分優(yōu)越：最高速度28165千米/時(shí)，地球軌道運(yùn)行時(shí)航程為40700千米，實(shí)-用升限160千米。
　　“大力神-3C”火箭運(yùn)載爆發(fā)力超強(qiáng)，負(fù)責(zé)運(yùn)送X-20太空飛機(jī)?！按罅ι?C”火箭運(yùn)載是在“大力神-2”改進(jìn)后升級(jí)版火箭，可選用2枚或多枚固體火箭助推器?！按罅ι?C”經(jīng)常代表美國(guó)空軍發(fā)射重型衛(wèi)星，主要用于發(fā)射美國(guó)軍事載荷和情報(bào)機(jī)構(gòu)的偵察衛(wèi)星，以及各種系列的國(guó)防通信衛(wèi)星?！按罅ι?C”火箭運(yùn)載發(fā)射X-20太空飛機(jī)時(shí)不用整流罩保護(hù)，在分離時(shí)簡(jiǎn)單方便。X-20外面掛有耐高溫的防熱層，因?yàn)樵诨鸺^部是產(chǎn)生氣動(dòng)熱量最多的部分。
　　X-20太空飛機(jī)的靈感來源于二戰(zhàn)期間納粹德國(guó)的亞軌道轟炸機(jī)“銀烏”。在美國(guó)的“回紋針”行動(dòng)中，德國(guó)科學(xué)家瓦爾特·多恩伯格林來到美國(guó)。他模仿“銀烏”計(jì)劃，提出“超聲速滑翔火箭武器系統(tǒng)”。一名乘員坐在機(jī)艙里，后面是儀器艙。儀器艙包括各種探測(cè)器、武器和偵察儀器，或者是一個(gè)能載4個(gè)人的艙室。
　　X-20太空飛機(jī)將會(huì)被“大力神-3C”送過卡門線，而其第三級(jí)火箭會(huì)將X-20送入太空軌道。X-20在低軌道飛行時(shí)，飛的不是圓形的軌道，而是一條高低起伏的波浪形軌道。
　　當(dāng)“X-20”到達(dá)軌道最高點(diǎn)時(shí)，就按拋物線沿著地球方向下降：再入大氣層時(shí)，飛機(jī)保持高超聲速，機(jī)翼仍能產(chǎn)生很高的升力，經(jīng)過引力加速后再次飛出大氣層。如此循環(huán)往復(fù)，直到最終失去高度和動(dòng)力。這種方法能使飛機(jī)飛很遠(yuǎn)，能到達(dá)世界上任何地方：同時(shí)飛得高從而很難被截?fù)?。X-20飛機(jī)飛行、作戰(zhàn)和降落，都由航天員操縱。
　　1957年10月24日，X-20太空飛機(jī)計(jì)劃開始實(shí)施。美國(guó)空軍委托貝爾、波音、道格拉斯、馬丁、北美、共和和洛克希德等公司研究“X-20”，共分為三步：1，試驗(yàn)機(jī)，無人飛行：2，偵察機(jī)，繞地球1圈：3，在偵察機(jī)的基礎(chǔ)上加上轟IdJZaXuVbi30bXIyI8a/BQ==炸能力的太空飛機(jī)，繞地球1圈以上。
　　1960年4月，美國(guó)空軍秘密挑選7名飛行員，培養(yǎng)為X-20太空飛機(jī)的試飛員和航天員，其中包括后來第一位登上月球的尼爾·阿姆斯特朗。
　　這里有一個(gè)有趣的傳聞：一天，當(dāng)時(shí)身為美國(guó)空軍試飛員的阿姆斯特朗正氣憤地大罵長(zhǎng)官不讓他參加新飛機(jī)的試飛，而那位長(zhǎng)官剛好來到阿姆斯特朗的身后，他正要從這些試飛員中挑選一名航天員。長(zhǎng)官安靜地等阿姆斯特朗罵完，然后平靜地問到：“罵完了嗎？”阿姆斯特朗受此驚嚇，甚至沒有按規(guī)定向長(zhǎng)官敬禮。
　　長(zhǎng)官問：“你怕死嗎？”
　　“有點(diǎn)怕，長(zhǎng)官?！?br/>　　“那你就去飛一種會(huì)死人，死后回不來的飛機(jī)?！?br/>　　后來，阿姆斯特朗調(diào)到卡納維拉爾角空軍基地培訓(xùn)學(xué)習(xí)，1962年，正當(dāng)尼爾·阿姆斯特朗準(zhǔn)備試飛太空飛機(jī)時(shí)，卻被秘密分配到美國(guó)宇航局，參加“阿波羅”登月計(jì)劃。
　　美國(guó)空軍原來預(yù)定進(jìn)行10次試飛，1963年X-20首次滑翔飛行：1964年，動(dòng)力飛行，速度計(jì)劃達(dá)到18馬赫；1968年，X-20多功能武器系統(tǒng)開始測(cè)試。按計(jì)劃，X-20太空飛機(jī)都將從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心發(fā)射。
　　設(shè)想很先進(jìn)，理論很正確，但美國(guó)空軍遇到很多麻煩：空間力學(xué)、火箭的安全性、宇航員的承受力、令人質(zhì)疑的實(shí)用性和已經(jīng)花費(fèi)了6，6億美元巨資，因此美國(guó)空軍很難說這是一個(gè)最好的計(jì)劃。最終，1963年12月10日，X-20計(jì)劃被宣布終止，X-20也從沒飛上天，但卻成為航天飛機(jī)研制的“先行者”。“動(dòng)力翱翔”計(jì)劃中的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)極大地幫助了航天飛機(jī)的設(shè)計(jì)。航天飛機(jī)繼承了X-20太空飛機(jī)的高貴血統(tǒng)和先進(jìn)理念。
　　1960年～1980年代以來，美、蘇、法、英、德、日、以色列和印度等國(guó)家，都曾制定過空天飛機(jī)研制計(jì)劃。因?yàn)榭仗祜w機(jī)能飛入太空，能圍繞地球進(jìn)行洲際飛行，所以，很容易應(yīng)用在軍事上。如果一架空天飛機(jī)攜帶了幾枚核彈頭，成天在各個(gè)國(guó)家的頭頂上飛來飛去，這能嚇住所有地球人。許多國(guó)家都想先擁有空天飛機(jī)。各國(guó)悄悄研制空天飛機(jī)已成為公開的秘密。
　　空天飛機(jī)技術(shù)難度和資金短缺，各國(guó)的空天飛機(jī)計(jì)劃很少進(jìn)展。原來設(shè)想“一步登天”，從機(jī)場(chǎng)起飛，直接飛上太空?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)航天技術(shù)還達(dá)不到這樣高的水平，試驗(yàn)結(jié)果事與愿違，就實(shí)事求是地知難而退，只能前進(jìn)兩步，后退一步。
　　科學(xué)家研究用2種方法升空，一種還是用火箭作為運(yùn)載工具，像航天飛機(jī)一樣趴在火箭上，或者坐在運(yùn)載火箭的頭頂上升空。最終由于這種載人航天器還是要搭載火箭起飛，不是真正的空天飛機(jī)，而且技術(shù)復(fù)雜困難重重。這些計(jì)劃先后都中止了。
　　因此，現(xiàn)在都在研究采用“二級(jí)起飛”方法：先由大型飛機(jī)馱至高空，然后從飛機(jī)上起飛進(jìn)入太空。雖然這種載人航天器不能一次升空，但至少是水平起飛水平降落，這樣離真正意義上的空天飛機(jī)反而更近了一點(diǎn)。
　　能飛多遠(yuǎn)就多遠(yuǎn)
　　人類能飛多遠(yuǎn)？茫茫宇宙的奧秘永無窮盡，對(duì)宇宙的探索也永無止境。人類在一百年的時(shí)間內(nèi)，了解了宇宙航行的基本知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了沖出地球的能力。人類像一個(gè)幼兒，已經(jīng)學(xué)會(huì)了站立和走路，離開跑步還遠(yuǎn)嗎？
　　現(xiàn)在，世界許多國(guó)家的宇航專家都在研究各種快速、安全、可重復(fù)的航天器。到2008年，十多種空天飛機(jī)正在研制、試飛、驗(yàn)證中，美國(guó)的空天飛機(jī)已經(jīng)飛上了太空、長(zhǎng)時(shí)間飛行，甚至連英國(guó)維珍公司等私人研制的飛機(jī)，已經(jīng)飛出卡門線。
　　未來10年，人類的航天技術(shù)將有重大突破。隨著科技的進(jìn)步和新型材料的出現(xiàn)，人們希望利用核聚變技術(shù)的核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，一次將空天飛機(jī)送上太空。空天飛機(jī)將十分簡(jiǎn)便地穿梭于天地之間，如同坐飛機(jī)一樣安全方便?？傆幸惶?，人類會(huì)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造出更先進(jìn)的動(dòng)力，不會(huì)像現(xiàn)在以千米作為飛行的單位，而是以光年作為飛行的單位。人類將會(huì)不斷超越自我，越飛越