這次選擇天行號進行飛行試驗，從提出意向到確定方案、再到發(fā)射，總共只用了四個月的周期。而且這次飛行獲得數(shù)據(jù)量質(zhì)量、數(shù)量和完整性都很好，試驗完的模型也能回收進一步分析，測量分析設備還可以重復使用，性價比很高。

　　由北京凌空天行公司研制的天行 1 號飛行器，在西北某地成功首飛！為我國新型飛行器再添力量！

　　公元 2019 年 4 月 23 日早上 07 點 28 分，在我國西北大漠，國產(chǎn)高超聲速雙乘波前體在某型帶翼可回收重復使用火箭的推動下，實現(xiàn)了成功首飛。隨后，傘降系統(tǒng)成功運行，火箭在指定著陸點成功回收。

　　此次首飛試驗不僅驗證了凌空天行的國產(chǎn)新型飛行器的飛行能力、控制技術和回收技術，同時還為廈門大學和西安電子科技大學的科學試驗提供了搭載服務。

　　天行一號看起來就像是一枚“裝上了翅膀”的火箭，它用火箭發(fā)動機提供起飛階段的升空動力，進入大氣層邊緣后逐漸轉(zhuǎn)為平飛狀態(tài)，可繼續(xù)加速到5~10 馬赫的高超聲速狀態(tài)，利用機翼在稀薄大氣獲得足夠的升力保持穩(wěn)定飛行，抵達目的地前自然減速，最后通過傘降的方式返回地面。

　　提起航天，大家自然都會聯(lián)想到發(fā)射衛(wèi)星和各種外太空探索任務。談及最近火熱的商業(yè)航天，包括先驅(qū)者美國 SpaceX 公司，以及國內(nèi)雨后春筍般的十幾家企業(yè)，大多都以發(fā)射衛(wèi)星為主要業(yè)務模式。

　　而今天，一家十分特別的中國商業(yè)航天企業(yè)——凌空天行。他們成功研制并發(fā)射了一款獨特的空天飛行器，將業(yè)務范圍從航天運載拓展到了更為廣闊的領域。

　　地球的大氣層厚度約為 100 公里，衛(wèi)星只能在大氣層外的軌道環(huán)行，否則會與大氣摩擦而燒毀；另一方面，飛機只能在高度 20 公里以下飛行，因為高空大氣太稀薄難以點燃航空發(fā)動機。

　　所以在海拔 20~100 公里之間就留下了一段神秘的空白的區(qū)域，叫做臨近空間，即大氣層的邊緣地帶。

　　早在上世紀 70 年代，科幻作家們就設想過“空天飛機”的概念——一種火箭與飛機的結(jié)合體，既可以用火箭發(fā)動機升空加速，還能夠用翅膀提供升力和控制力，在稀薄的大氣層邊緣像飛機一樣平穩(wěn)飛行。

　　由于高空大氣稀薄、阻力更小，理論上它的飛行可以接近火箭的速度，達到現(xiàn)在民航客機速度的 10~20 倍。比如北京至上海飛行時間只需 5 分鐘左右，1 個小時內(nèi)可飛抵全球各地。

　　而今天，這些概念正在從科幻逐漸走向現(xiàn)實。民營航天企業(yè)凌空天行公司此次發(fā)射的天行 1 號，就是一架“空天飛機”的雛形。

　　它完整地實現(xiàn)了“空天飛機”的飛行全過程。

　　它不僅能垂直發(fā)射起飛、在臨近空間按照預定航跡自主飛行，最后還能整體降落返回地面。再次裝填燃料后可以重復發(fā)射使用。

　　天行系列的后續(xù)型號還將具備多級動力，第一級突破大氣層邊緣后，第二級分離點火進入太空，提供入軌及運載服務。之后第一級沿返回軌道回到地面，以水平降落的方式進行回收。

　　通過航空與航天技術的完美結(jié)合，提供從大氣層到外太空全空域的飛行能力，不僅可用于提供衛(wèi)星發(fā)射等常規(guī)運載服務，還可以提供空天科學試驗、太空觀光旅行、以及高速的點對點運輸及客運服務。

火箭不只用來發(fā)射衛(wèi)星，還是飛行的空天實驗室

　　天行系列可以看作是“升級版”的火箭，它既能進出太空，也能在高空大氣層內(nèi)按照指定的航跡平穩(wěn)飛行，還可整體回收。

　　以其獨特的優(yōu)勢，天行系列的應用首先瞄準了空天科學技術試驗這一空白領域。

　　特別是臨近空間區(qū)域，不僅是未來重要的飛行走廊，也是往返進出太空的必經(jīng)之地，但人類對它的認識還剛剛起步，探索其中的科學奧秘需要開展大量的飛行試驗。

　　天行系列可在臨近空間自由飛行，為開展科學研究、新技術驗證、環(huán)境測試提供一個可重復使用高速試驗平臺。

　　廈門大學利用首飛試驗開展了空氣動力學領域的研究。天行 1 號在頭部安裝了廈門大學的試驗模型，對他們設計的一款新型發(fā)動機核心部件進行高速空氣動力學實驗。

　　天行 1 號成為了“飛行的風洞實驗室”，在實際飛行中獲得的氣動數(shù)據(jù)不僅更加真實，而且一次飛行獲得的數(shù)據(jù)總量，比地面實驗幾周的累積還多；此外，天行系列以可重復回收的巨大優(yōu)勢，極大地降低了試驗代價。

　　廈門大學航空航天學院尤延鋮教授談到，高速空氣動力學試驗的周期是一直困擾著我們的頭疼的事。特別是少數(shù)幾個高速風洞都要優(yōu)先保障服務國家重大型號工程，高校科學研究排隊時間可能長達一年以上，而且可提供的試驗狀態(tài)有限。

　　這次選擇天行號進行飛行試驗，從提出意向到確定方案、再到發(fā)射，總共只用了四個月的周期。而且這次飛行獲得數(shù)據(jù)量質(zhì)量、數(shù)量和完整性都很好，試驗完的模型也能回收進一步分析，測量分析設備還可以重復使用，性價比很高。這對我們空氣動力學領域來說，是一件非常有價值的事。

　　西安電子科技大學利用此次發(fā)射同時開展了臨近空間科學觀測實驗和多項新技術驗證試驗。他們在天行號內(nèi)安裝了兩部高能粒子探測器，對能夠穿透艙壁進入飛行器內(nèi)部的多種高能粒子進行統(tǒng)計。

　　這些探測器將長期安裝在天行系列飛行器上，在后續(xù)的多次飛行中，逐漸累積臨近空間不同高度的測量數(shù)據(jù)，將會對未來空天飛機的電子系統(tǒng)可靠性設計、人身安全劑量評估提供十分有價值的參考。

　　西安電子科技大學還搭載了 10 部新技術驗證載荷。其中包括新型的一體化無線高清攝像系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的高清攝像機、圖像壓縮器、無線傳輸?shù)热繂螜C集成化，體積縮小了十幾倍，功耗降低至3~5 瓦；并作為天行號的主攝像機，完整拍攝了掠過大氣層邊緣的全過程。

　　他們還開展了艙內(nèi) UWB 無纜化信息傳輸技術的體系化驗證，同時驗證了伺服控制回路、圖像數(shù)據(jù)流、多點傳感器網(wǎng)絡的高實時性無纜化傳輸技術。

　　西安電子科技大學空間科學與技術學院謝楷教授在提起這次搭載時說：以如此方便快捷的方式購買航天試飛服務，這是過去難以想象的事情。

　　他說，科研本身就是一個高風險的領域，過去航天發(fā)射的代價極為高昂，追求“萬無一失”其實在某種意義上讓技術進步變得謹小慎微。而可重用飛行器的出現(xiàn)將新技術實驗和試錯的代價降低到一個普通課題組都可以承受的范圍，這讓科研人員敢放開手腳去嘗試，將極大地促進創(chuàng)新邁進的步伐。

　　他還提到，不同于傳統(tǒng)航天的型號任務主導模式，商業(yè)航天公司提供了全套的發(fā)射和數(shù)據(jù)遙測服務，而且盡力滿足我們開展研究所需的外部條件，讓科研人員實現(xiàn)自己主導科學實驗任務。例如我們在論證未來載人空天飛機的過程中，懷疑大氣層邊緣一些殘余的宇宙射線和高能粒子可能對人體有害，可能需要一定的防護措施。

　　但這段空域在國際上實測數(shù)據(jù)也十分稀少，那就可以自己試制一臺探測器去實際測量一下，就和我們?nèi)嶒炇易鰝€測試一樣方便平常，這是過去簡直不敢想象的事情。

　　天行號的技術挑戰(zhàn)與創(chuàng)新理念

　　天行號最大的技術挑戰(zhàn)是將飛機與火箭相結(jié)合，這比單純的火箭升空難度更大。它既要以火箭的形態(tài)垂直發(fā)射，又要以飛機的姿態(tài)來水平飛行，還要以傘降的形式回收。

　　在發(fā)射過程中，控制系統(tǒng)要克服飛機外形帶來的阻力和干擾；在飛行階段，飛機的機翼、舵面等部件要承受火箭速度帶來的各種嚴酷考驗；在回收階段要精確控制回落點，最后還要在降落傘回收過程中，利用飛機的舵面調(diào)整降落姿態(tài)，在觸地前一瞬間開啟緩沖氣囊保證它安全水平落地。

　　值得一提的是，采用傘降方式將火箭和飛行器整體回收，在國內(nèi)是第一次實現(xiàn)。這種回收方法無需保留回落燃料，不僅更加安全，還提高了燃料利用率和運載能力。

　　天行系列不僅僅克服了技術上的挑戰(zhàn)，還在于業(yè)務模式和服務理念的創(chuàng)新。天行系列以便捷高效的模式，把空天飛行試驗變?yōu)橐环N標準化服務；讓航天不再遙遠、不再高冷、不再封閉，變成一件大眾可以輕松參與的事情。

　　天行 1 號的使命，就是為推動科學技術和航天技術進步，提供強有力的“助推器”。成為高校、科研院所、企業(yè)甚至是個人都可以購買得起的飛行試驗服務平臺。

天行號的未來——太空旅行不是夢

　　天行號的將來，會是一個系列化的飛行平臺，提供從科學試驗到運載入軌等的多種航天服務。

　　這標志著中國在基礎科學研究和先進飛行器的商業(yè)化運營領域，邁出了堅實的一步。

　　天行I號和 II 號都是單級可回收飛行器，垂直起飛、水平降落，具備回收和部分重復使用能力。其中 II 號是I號的升級版，其運力更強、成本更低。它們主要面向空天科學試驗，可作為獨立的運載器，實現(xiàn)可返回的亞軌道飛行；相比傳統(tǒng)單次使用模式，可節(jié)約 60% 以上發(fā)射成本。

　　天行 III 號是可回收式運載型火箭，在天行 II 的基礎上配裝二級入軌火箭，投入小衛(wèi)星組網(wǎng)和補網(wǎng)的發(fā)射市場。通過在天行I/II 上驗證成熟的一級回收、重復使用技術，“天行 III”將來可在小衛(wèi)星發(fā)射市場中占據(jù)成本優(yōu)勢；

　　全球快速到達，不僅僅是未來的軍事需要，也是出行人的夢想。凌空天行的天行 IV 號是未來規(guī)劃中的亞軌道空天飛機，遠景目標是將整個地球村納入 1 小時商圈范圍，以大家都可以買得起的票價，提供亞軌道飛行、太空旅游和全球快速運載服務。（作者署名：小火箭）

總結(jié)

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