论文部分内容阅读
空天飞机最初设想
1943年，二战期间的德国，轰炸机工程师尤金·桑格尔提出亚轨道飞机的概念，并以桑格尔的名字命名。1905年9月22日，桑格尔出生于奥地利的波希米亚，曾在维也纳技术大学土木工程系就读。学生期间，他听了火箭理论家赫尔曼·奥伯特的一堂课——“通过火箭进入太空和行星”，毅然改变专业方向，从土木工程转向航空，梦想通过火箭进入太空和行星。他加入了德国的业余火箭社团和奥伯特火箭研究中心的宇航协会。
桑格尔的一篇论文《火箭动力飞行》，由于教授们认为太不切合实际、幻想而太奇异，遭到大学拒绝。他将毕业时，提交的是一篇世俗的关于土木工程学翼桁架的论文，才允许毕业。1933年，桑格尔的标题为《火箭飞行工程》的论文，又被拒绝发表。1936年，在奥地利杂志《弗卢格飞行》发表了《火箭飞行工程》。
这篇论文引起了德国的帝国航空部、德国空军部、德国航空管理局的注意。桑格尔收到了一封电报：如果您正在寻找和实现理想，请到帝国空军部报到。桑格尔有一个潜在的方法，完成建设远程轰炸机，攻击美利坚合众国。桑格尔的惊人设想是远程轰炸机从德国起飞，进入亚轨道，越过大西洋，到达美洲大陆，直到地球东部的太平洋降落。
1936年，桑格尔在吕讷堡灌木林地区领导火箭飞机开发团队。他逐渐构思一个火箭动力滑车，将自身具有火箭发动机的轰炸机推出，上升到空间的边缘。
桑格尔与协助设计的女数学家艾琳·布雷特结婚。桑格尔与布雷特一起给希特勒秘密研究“银乌”轰炸机。桑格尔设计了火箭发动机。在空间，飞机使用火箭发动机，将产生的100万千牛的推力。他第一个建议和设计火箭发动机的冷却方式、火箭的燃料循环、火箭发动机喷嘴冷却。
1942年，德国空军部为了有利于集中设计，取消了这个项目与其他更大胆的理论和经过验证的技术。桑格尔被送往柏林的德国滑翔机研究所。在那里，他的重要工作是研究冲压发动机技术，一直到二战结束。战后，他为法国于1949年成立的宇宙航行联合会工作。
桑格尔在法国期间，苏联情报人员试图争取他为苏联服务。斯大林对”银乌”的设计报告十分感兴趣和好奇，派他的儿子瓦西里和科学家格里高利说服他投奔苏联，但没有成功。
1954年，桑格尔返回德国。3年后，他组建了著名的斯图加特喷气推进研究所。1961年～1963年，他埋头设计空天飞机的冲压火箭发动机，并担任顾问，从未离开过绘图板。桑格尔在此期间提出了创新理论：光子动力、星际与星际航天器推进等理论，包括太阳帆。
1964年2月10日，桑格尔死于柏林。他关于“银乌”亚轨道飞机和空天飞机的理论、技术对“X-15”高超声速飞机、“X-20”载人航天轰炸机等产生巨大影响，并最终影响到美国、苏联的航天飞机计划，促进了人类航天的历史进程。
“银乌”是一架可以短距离起飞、长距离奔袭的亚轨道轰炸机，主要目标是轰炸美国、苏联，摧毁军事基地、交通枢纽和军工厂。当重磅炸弹铺天盖地袭击美国时，美国人还不知道炸弹来自于何方。如果给“银乌”装上原子弹，华盛顿立刻夷为一片废墟。桑格尔与布雷特为希特勒描绘了一个理想的轰炸路线图。
“银乌”亚轨道轰炸机开始沿着3千米长的铁轨起飞。一个庞大的火箭动力“滑橇”，将“银乌”以1930千米/小时的极限速度推入空中。一旦升空，“银乌”就启动火箭发动机，并继续攀升冲出卡门线（卡门线：国际航空联合会定义的大气层和太空的界线，其高度为100千米，卡门线外即为太空），到达145千米的太空，以22100千米/小时（约6.1千米/秒）高速巡航。“银乌”应用“乘波”技术，当其逐渐滑翔下降到平流层时，随着空气密度的增加对飞机底部产生升力，最终导致它的“反弹”升高，并再次获得高度。这种“乘波”飞行模式会一次一次地重演，波浪形前进。由于空气阻力和地球引力，每次反弹将较前一次低一些。
科学家不得不佩服德国人的想象力和创造力。战后，科学家通过数学分析、控制设计、计算分析，发现了“银乌”设计上的一个错误。
“银乌”飞机表面的温度，远远高于桑格尔和布雷特的计算。如果根据两位德国科学家的计算方法建造了“银乌”，飞机的结构、工艺就会存在严重的缺陷，出入大气层时就会被摧毁。这个问题可以用隔热层得到解决，但会减少飞机的有效载荷，装载能力已经很小了。
亚轨道飞行是指航天器到达太空中，轨迹相交在大气层，因速度、高度和地球表面的引力，不能形成一圈完整的轨道。例如，一个物体从地球发射，达到海拔100千米以上轨迹，然后落回地球，被认为是一个亚轨道飞行。亚轨道飞行的特征如下：
1 高度：亚轨道飞行的一般定义为：到达高于海拔100千米以上，即卡门线以上的太空。美国军方和美国国家宇航局认为飞行高度超过50英里，即80.47千米，也认为是太空飞行。
2 速度：美国的“太空船”号飞行器进入亚轨道的最高时速是1.1千米/秒，相比于轨道飞行，亚轨道飞行的速度较低，因此不能进行环绕地球的轨道飞行。
3 轨迹：由于亚轨道飞行不能环绕地球轨道飞行一圈以上，因此亚轨道飞行轨迹是一条曲线轨迹而不是整条的圆或椭圆轨迹。
4 飞行时间：亚轨道飞行的垂直高度不太高，如速度1千米/秒，飞行3分20秒。飞行阶段之前和之后的时间能自由变化。例如洲际飞行助推阶段需要3～5分钟，自由落体的中程阶段约25分钟。以洲际弹道导弹例，它再入大气层阶段大约需要2分钟，亚轨道飞行的飞机着陆时间需更长一些时间。
一些航天器和运载火箭是先进行了亚轨道飞行测试，后来才用于真正的太空飞行：有的航天器则是专门为亚轨道飞行设计的；如美国“水星-1”号载人飞船、X-15火箭动力验证机、“太空船”号太空飞机和一些探空火箭等。由于亚轨道太空飞行速度较低，再入大气层时不会产生很高的热量。亚轨道飞行很适合洲际飞行，航天器通过自身的动力到达轨道高度，在运行不到一个完整的轨道周期而离轨。
亚轨道飞行主要用于洲际弹道导弹发射、科学实验、航天器发射、轨道交通、太空旅游等等。由于目前亚轨道飞行相对成本高，可能最初仅限于价值很高的紧迫性的飞行任务，如邮件专递航班、非常重要的商务飞行等，还有军事上的快速反应打击任务等。
1944年初，德国一枚V-2火箭测试发射，达到了189千米的高度，第一次完成了亚轨道太空飞行。1944年9月8日，世界上第一枚V-2弹道导弹由德国成功发射，击中英国伦敦。1944年9月，V-2弹道导弹下降阶段达到4马赫。
1949年2月24日，美国“保险杠-5”火箭从白沙试验场发射，达到海拔399千米高度，速度约为2300米/秒，速度近7马赫。
1987年5月15日，苏联第一枚也是唯一一枚“极地”号飞行器升空。“极地”号为黑色圆柱形，长37米，直径4，1米，重量80吨。“极地”号因惯导故障未能进入轨道，仅到达亚轨道飞行的条件，后来坠毁于太平洋。这是有史以来最重的太空武器，也是发射进入亚轨道飞行的最巨大的物体。
2010年4月22日，美国第一架空天飞机X-37B升空试飞。这是空天飞机的首次轨道飞行任务，它于2010年12月3日返航。
1961年5月5日，美国宇航员搭乘“水星-3”号宇宙飞船完成首次载人亚轨道飞行，1963年7月19日，美国宇航局飞行员约瑟·沃克尔乘坐X-15飞机升空，成为第一位驾驶飞机进入近地空间的飞行员。
2004年6月21日，美国飞行员麦克·麦尔维尔驾驶“太空船-1”号飞机进入亚轨道，这也是全球第一次商业太空飞行。
过去由普通飞机创造的各种飞行速度、高度等世界纪录，亚轨道飞行器可以轻松做到，也许一场创造新航空纪录和新航天纪录的竞赛即将拉开。
1943年，二战期间的德国，轰炸机工程师尤金·桑格尔提出亚轨道飞机的概念，并以桑格尔的名字命名。1905年9月22日，桑格尔出生于奥地利的波希米亚，曾在维也纳技术大学土木工程系就读。学生期间，他听了火箭理论家赫尔曼·奥伯特的一堂课——“通过火箭进入太空和行星”，毅然改变专业方向，从土木工程转向航空，梦想通过火箭进入太空和行星。他加入了德国的业余火箭社团和奥伯特火箭研究中心的宇航协会。
桑格尔的一篇论文《火箭动力飞行》，由于教授们认为太不切合实际、幻想而太奇异，遭到大学拒绝。他将毕业时，提交的是一篇世俗的关于土木工程学翼桁架的论文，才允许毕业。1933年，桑格尔的标题为《火箭飞行工程》的论文，又被拒绝发表。1936年，在奥地利杂志《弗卢格飞行》发表了《火箭飞行工程》。
这篇论文引起了德国的帝国航空部、德国空军部、德国航空管理局的注意。桑格尔收到了一封电报：如果您正在寻找和实现理想，请到帝国空军部报到。桑格尔有一个潜在的方法，完成建设远程轰炸机，攻击美利坚合众国。桑格尔的惊人设想是远程轰炸机从德国起飞，进入亚轨道，越过大西洋，到达美洲大陆，直到地球东部的太平洋降落。
1936年，桑格尔在吕讷堡灌木林地区领导火箭飞机开发团队。他逐渐构思一个火箭动力滑车，将自身具有火箭发动机的轰炸机推出，上升到空间的边缘。
桑格尔与协助设计的女数学家艾琳·布雷特结婚。桑格尔与布雷特一起给希特勒秘密研究“银乌”轰炸机。桑格尔设计了火箭发动机。在空间，飞机使用火箭发动机，将产生的100万千牛的推力。他第一个建议和设计火箭发动机的冷却方式、火箭的燃料循环、火箭发动机喷嘴冷却。
1942年，德国空军部为了有利于集中设计，取消了这个项目与其他更大胆的理论和经过验证的技术。桑格尔被送往柏林的德国滑翔机研究所。在那里，他的重要工作是研究冲压发动机技术，一直到二战结束。战后，他为法国于1949年成立的宇宙航行联合会工作。
桑格尔在法国期间，苏联情报人员试图争取他为苏联服务。斯大林对”银乌”的设计报告十分感兴趣和好奇，派他的儿子瓦西里和科学家格里高利说服他投奔苏联，但没有成功。
1954年，桑格尔返回德国。3年后，他组建了著名的斯图加特喷气推进研究所。1961年～1963年，他埋头设计空天飞机的冲压火箭发动机，并担任顾问，从未离开过绘图板。桑格尔在此期间提出了创新理论：光子动力、星际与星际航天器推进等理论，包括太阳帆。
1964年2月10日，桑格尔死于柏林。他关于“银乌”亚轨道飞机和空天飞机的理论、技术对“X-15”高超声速飞机、“X-20”载人航天轰炸机等产生巨大影响，并最终影响到美国、苏联的航天飞机计划，促进了人类航天的历史进程。
“银乌”是一架可以短距离起飞、长距离奔袭的亚轨道轰炸机，主要目标是轰炸美国、苏联，摧毁军事基地、交通枢纽和军工厂。当重磅炸弹铺天盖地袭击美国时，美国人还不知道炸弹来自于何方。如果给“银乌”装上原子弹，华盛顿立刻夷为一片废墟。桑格尔与布雷特为希特勒描绘了一个理想的轰炸路线图。
“银乌”亚轨道轰炸机开始沿着3千米长的铁轨起飞。一个庞大的火箭动力“滑橇”，将“银乌”以1930千米/小时的极限速度推入空中。一旦升空，“银乌”就启动火箭发动机，并继续攀升冲出卡门线（卡门线：国际航空联合会定义的大气层和太空的界线，其高度为100千米，卡门线外即为太空），到达145千米的太空，以22100千米/小时（约6.1千米/秒）高速巡航。“银乌”应用“乘波”技术，当其逐渐滑翔下降到平流层时，随着空气密度的增加对飞机底部产生升力，最终导致它的“反弹”升高，并再次获得高度。这种“乘波”飞行模式会一次一次地重演，波浪形前进。由于空气阻力和地球引力，每次反弹将较前一次低一些。
科学家不得不佩服德国人的想象力和创造力。战后，科学家通过数学分析、控制设计、计算分析，发现了“银乌”设计上的一个错误。
“银乌”飞机表面的温度，远远高于桑格尔和布雷特的计算。如果根据两位德国科学家的计算方法建造了“银乌”，飞机的结构、工艺就会存在严重的缺陷，出入大气层时就会被摧毁。这个问题可以用隔热层得到解决，但会减少飞机的有效载荷，装载能力已经很小了。
亚轨道飞行是指航天器到达太空中，轨迹相交在大气层，因速度、高度和地球表面的引力，不能形成一圈完整的轨道。例如，一个物体从地球发射，达到海拔100千米以上轨迹，然后落回地球，被认为是一个亚轨道飞行。亚轨道飞行的特征如下：
1 高度：亚轨道飞行的一般定义为：到达高于海拔100千米以上，即卡门线以上的太空。美国军方和美国国家宇航局认为飞行高度超过50英里，即80.47千米，也认为是太空飞行。
2 速度：美国的“太空船”号飞行器进入亚轨道的最高时速是1.1千米/秒，相比于轨道飞行，亚轨道飞行的速度较低，因此不能进行环绕地球的轨道飞行。
3 轨迹：由于亚轨道飞行不能环绕地球轨道飞行一圈以上，因此亚轨道飞行轨迹是一条曲线轨迹而不是整条的圆或椭圆轨迹。
4 飞行时间：亚轨道飞行的垂直高度不太高，如速度1千米/秒，飞行3分20秒。飞行阶段之前和之后的时间能自由变化。例如洲际飞行助推阶段需要3～5分钟，自由落体的中程阶段约25分钟。以洲际弹道导弹例，它再入大气层阶段大约需要2分钟，亚轨道飞行的飞机着陆时间需更长一些时间。
一些航天器和运载火箭是先进行了亚轨道飞行测试，后来才用于真正的太空飞行：有的航天器则是专门为亚轨道飞行设计的；如美国“水星-1”号载人飞船、X-15火箭动力验证机、“太空船”号太空飞机和一些探空火箭等。由于亚轨道太空飞行速度较低，再入大气层时不会产生很高的热量。亚轨道飞行很适合洲际飞行，航天器通过自身的动力到达轨道高度，在运行不到一个完整的轨道周期而离轨。
亚轨道飞行主要用于洲际弹道导弹发射、科学实验、航天器发射、轨道交通、太空旅游等等。由于目前亚轨道飞行相对成本高，可能最初仅限于价值很高的紧迫性的飞行任务，如邮件专递航班、非常重要的商务飞行等，还有军事上的快速反应打击任务等。
1944年初，德国一枚V-2火箭测试发射，达到了189千米的高度，第一次完成了亚轨道太空飞行。1944年9月8日，世界上第一枚V-2弹道导弹由德国成功发射，击中英国伦敦。1944年9月，V-2弹道导弹下降阶段达到4马赫。
1949年2月24日，美国“保险杠-5”火箭从白沙试验场发射，达到海拔399千米高度，速度约为2300米/秒，速度近7马赫。
1987年5月15日，苏联第一枚也是唯一一枚“极地”号飞行器升空。“极地”号为黑色圆柱形，长37米，直径4，1米，重量80吨。“极地”号因惯导故障未能进入轨道，仅到达亚轨道飞行的条件，后来坠毁于太平洋。这是有史以来最重的太空武器，也是发射进入亚轨道飞行的最巨大的物体。
2010年4月22日，美国第一架空天飞机X-37B升空试飞。这是空天飞机的首次轨道飞行任务，它于2010年12月3日返航。
1961年5月5日，美国宇航员搭乘“水星-3”号宇宙飞船完成首次载人亚轨道飞行，1963年7月19日，美国宇航局飞行员约瑟·沃克尔乘坐X-15飞机升空，成为第一位驾驶飞机进入近地空间的飞行员。
2004年6月21日，美国飞行员麦克·麦尔维尔驾驶“太空船-1”号飞机进入亚轨道，这也是全球第一次商业太空飞行。
过去由普通飞机创造的各种飞行速度、高度等世界纪录，亚轨道飞行器可以轻松做到，也许一场创造新航空纪录和新航天纪录的竞赛即将拉开。