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XS-1美国颠覆航天运输规则

时间:2015年07月30日 信息来源:本站原创 点击:732 字体:


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发得了卫星,运得了货,说走就走,指哪打哪,重复使用。日前,美国国防预先研究计划局(darpa)公布了这款“神器”——“实验性空天飞机”(experimental spaceplaneone,xs-1)项目的第一阶段研究内容和授权合同单位,引发了国际社会广泛关注。

那么,xs-1是个什么样的项目,为什么会引起国际航天运输领域的高度关注?该项目背后又有哪些值得发人深省的创新思想?本文带你一探究竟。

xs-1飞机概念图

太空战略产物现实需求使然

darpa提出xs-1项目,从根本上来说是美国太空安全战略的产物。目前,世界航天大国之间的太空竞争日趋激烈,其中又以航天运输系统领域的竞争最为明显。这一领域的竞争不仅彰显了一个国家的航天科技实力,更是其综合国力的体现。因此,美国对航天科技的全球领先地位尤为看重,这也是美国不断提出进出太空运载器计划的重要原因之一。

同时,darpa发展xs-1项目也是当前美国航天运输产业现实的无奈使然。当前,美国运载火箭成本过高,例如,美国空军的一次性运载火箭和米诺陶4火箭从项目研制初期至今,成本已经大幅攀升。同时,美国运载火箭也无法实现短时间的大量发射,不得不提前几年签署发射合同。随着奥巴马政府国防预算削减计划的实施,美国军方认为,在其太空资产不断受到国外威胁的形势下,快速响应和低成本进入空间能力就显得十分必要。

总体来看,xs-1项目将是美国解决航天运输领域军事、民用、商业等多任务问题的综合试验方案。xs-1项目不仅可以为政府和商业客户带来新型发射模式,还将带动验证多项关键技术和操作流程,为研制新型全球快速作战响应运输系统提供技术支撑。xs-1项目的设计、技术与相应的飞行概念还可能应用于未来的飞行器研制中,这也是美军预研项目管理的显著特色。

发展目标远大颠覆现有规则

xs-1项目的目标是演示验证一种一子级可重复使用、一次性上面级的运载器:10天内飞行10次,至少有一次速度达到10马赫,至少有一次将典型的有效载荷送入轨道;研制出可将1360~2267公斤有效载荷送入近地轨道的上面级,合计每次发射成本不超过500万美元,并实现可量测与可跟踪的能力验证。未来,xs-1若按比例加大型号尺寸,可节省成本将更高。

darpa制定以上目标是为了验证快速航天发射能力的概念和类似航空飞行的工作模式,通过简易发射台,能够快速回收、重新组装,从而建立一种新型的例行性航天发射模式。

需要注意的是,每次500万美元的发射成本是整个任务系统要实现的目标,包括直接发射成本(燃料、劳动力)、一次性上面级(不包括有效载荷)以及摊销的间接成本,这些都以每年至少发射10次计算。因此,如果该项目取得成功,将颠覆现有的商业发射市场竞价规则。

从公开的资料来看,xs-1项目阶段任务十分明确,项目在短短一年内快速推进。

2013年9月12日, darpa 在美国航空航天协会举办的2013年航天大会发言上,首次披露了xs-1项目的相关消息。

2013年11月12日,darpa发布xs-1项目方案征询公告,对征集到的项目进行三轮筛选,最终选出1~3家最优方案,予以资金支持。公告中,项目明确为三个阶段开展。第一阶段为初始设计和风险规避,第二阶段包括最终设计、制造、集成、组装和测试,第三阶段是飞行试验。

今年7月15日,darpa公布了xs-1项目的第一阶段研究内容和授权合同单位,波音公司等机构联合获得了第一阶段合同。

研发理念创新统筹思维突出

xs-1项目的发展思路体现出明显的继承性、兼容性和互补性。

在美军战略指导下,darpa和美国空军先后开展了x-37b、重复使用助推器以及空中发射运载火箭等计划。其中,为空中发射运载火箭计划开发的技术可用于xs-1,而xs-1计划的可重复使用飞行器技术,也可促进空中发射运载火箭计划的发展。

xs-1计划与美国空军研究实验室2012年已取消的重复使用助推器项目有诸多共同之处,这种类似不仅包括在技术领域,而且体现在项目管理上。xs-1 项目经理杰斯·斯波纳布在2012年12月加入darpa之前,曾是美国空军研究实验室的重复使用助推器项目的总工程师。xs-1计划与在研的x-37b计划也具有很好的衔接关系。xs-1项目在需求论证阶段就提出项目方案要兼具军事、民用、商业等多用途属性。

darpa在征询方案中声称,xs-1项目技术的长期目标不仅是支持政府和商业用户的下一代航天发射,而且将支持美军全球到达高超声速飞行器和进入空间飞行器项目的发展。

darpa在需求论证阶段就规划了多用途领域,体系了系统思维,这种做法不仅可以使得xs-1项目极大地调动美国社会各科研群体的优势资源与力量,也为今后可能的项目技术成果转化应用留下了足够大的空间,提高了国防预研成果转化应用的成功概率。

xs-1项目是美国继x-37b计划之后祭出的又一利器。该项目体现出的“创新与继承并举、分散与集成同步、设计与转化协同”的研发思想,将对美国航天运输系统发展产生重要影响,其发展变化值得我们持续跟踪和研究。(单文杰 张京男)

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