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航天/武器

中国启动激光驱动空天飞机研发项目直指太空

星之球科技 来源:中国时刻网2013-07-08 我要评论(0 )   

据悉,中国首个激光推进及应用国家重点实验室正式成立,这标志着中国已迈出探索新型高效航天推进技术的坚实步伐。 据英国杂志报道,激光推进技术的原理是利用高能激光加...

 据悉,中国首个激光推进及应用国家重点实验室正式成立,这标志着中国已迈出探索新型高效航天推进技术的坚实步伐。

 

  据英国杂志报道,激光推进技术的原理是利用高能激光加热物质产生气体,气体膨胀产生推力再推动飞行器前进。该技术具有推力大、成本低等优点,可广泛用于小型卫星发射、地球轨道碎片清除、卫星姿态和轨道控制等领域。应用于卫星近地轨道发射时,这种技术可使发射成本降低至每千克数百美元,远低于目前每千克上万美元的火箭发射成本。

 

  俄罗斯杂志猜测,中国为激光推进技术成立国家重点实验室,显然不只是寻求将该技术应用于上述领域。它很可能将开始开发靠激光驱动的新型空天飞行器

 

  我国首个激光推进及其应用国家重点实验室今天在装备学院揭牌成立。这标志着我国已迈出探索新型高效航空航天推进技术研究的坚实步伐。

 

  美俄等国的科学研究证明,太阳能不足以推动大型空天飞行器,于是激光动力推进技术越来越受到重视,利用强大的激光束推动飞行器,听上去充满科幻色彩,却有着相当大的可行性。

 

  报道揣测,中国激光推进技术实验室可能已经开始测试一种被称为“激光烧蚀”的技术,即利用强大的激光束烧蚀飞行器尾部装载的特殊金属,金属蒸发形成的气体可提供推力。另一种技术未来也可能投入试验:在空天飞行器上安装一张大帆,帆上涂有特殊的金属涂层。从地面发射激光束“燃烧”金属涂层,就可产生强劲的推力。理论上,利用这两项技术都可以对大型空天飞行器实施驱动。

 

  美国媒体指出,激光推进技术的关键是找到一种合适的“驱动燃料”,金属被认为是理想的选择,因为少量金属经激光照射后就可产生强大的推力。但是,选用何种金属要经过广泛的论证和试验。

 

  报道揣测,中国的激光推进计划可能已经选中了一种金属——钍,它具有微弱的放射性,经过激光照射很容易发热,继而在一个闭合空间中产生气体。这种气体可为发电机提供动力,从而发电。

 

  或许有人会担心钍的安全性,但研究表明,薄薄的铝箔就可阻挡钍的辐射外泄。据估算,约8克钍就足以为一辆高速行驶的跑车提供动力,并且可以维持它行驶数十万千米。可见,这种金属完全可以作为驱动大型飞行器的“燃料”。

 

  激光推进技术面临许多重大挑战。首先,激光束必须精确聚焦于飞行器的驱动装置,即使距离再远,也不能有丝毫偏差,否则飞行器就会因为得不到足够的动力而坠毁;其次,激光束生成设施的功率必须“超级强大”,也就是说,首先要在功率激光发射器方面取得技术突破。

 

  专家指出,激光动力系统是继核动力系统之后,未来空天动力系统的又一个重要的发展方向。中国先于美国和俄罗斯启动研发计划,将占据空天装备领域的制高点。报道揣测,中国可能率先开发一款小型、机动性强、可重复使用的空天飞机,以测试激光推进系统的有效性。

 

  一旦获得成功,它就将继续开发大型激光驱动空天飞机。 颇具神秘色彩的美国空军X-37B空天飞机于2012年12月11日升空,不免令人再度关注它针对中国、俄罗斯所扮演的“太空轰炸机”、“卫星猎手”等角色;12月7日,中国首个激光推进及其应用国家重点实验室揭牌成立,研究项目包括利用陆基激光器对航天器实施“空中加油”、清理太空垃圾……显然,美国和中国目前都在向太空领域中的尖端项目发力。

 

  西方和中国专家认为,中国在紧跟美国脚步,发展空天飞机的同时,也在研究激光应用技术,用于太空项目。

 

  据美国《空军时报》报道,X-37B由波音公司“鬼怪工厂”制造,机体长8.8米,翼展4.5米,尺寸与一辆小型校车相当,是一种可重复使用的智能化航天载具。X-37B空天飞机项目由美国宇航局(NASA)于1999年启动,美国国防部高级研究计划局从2004年开始接手,最终在2006年落入美国空军手中。12月11日的这次飞行是X-37B第三次升空执行任务。与前两次升空时一样,美国空军对X-37B在太空中执行什么样的任务讳莫如深,也就引得专家学者们议论纷纷。

 

 

  “反对太空武器化及有核化全球网络”负责人戴夫·韦伯认为,五角大楼一直在谋求“一小时之内用常规弹头打击世界上任何一处目标的能力”,而X-37B正是该计划的重要组成部分。

 

  美国“全球安全”网站执行官约翰·派克认为“它确实拥有某种用途,我认为它的用途就是让中国人一直猜测它的用途到底是什么。”

 

  “安全世界基金会”技术顾问布莱恩·维顿指出,包括中国在内的对手,已将X-37B升空视为美国发展太空武器的又一动作,这和美国的公开表态完全相反,美国宣称没有任何空间武器。

 

  面对X-37B带来的挑战,中国已有所准备。据美国《空间新闻》网站报道,X-37B升空之际,美国专家还在密切关注中国“神龙”空天飞机的研发进度。报道称,中国相关机构已利用轰-6轰炸机完成了空投“神龙”空天飞机的测试。一些美国专家猜测,“神龙”就是冲着X-37B来的。

普林斯顿大学科学及全球安全项目研究员马克·甘布鲁德认为,“神龙”是中国尝试研发空天飞机的体现,它的外形与美制航天飞机或X-37B空天飞机相似,但个头要小得多。甘布鲁德指出,一旦中国设计师在“神龙”项目上取得突破,他们就会继续研发更大的型号。

 

  美国传统基金会的迪恩·程也提醒,“考虑到中国人民解放军的一些刊物曾刊登过阐述未来太空行动的文章,因此类似X-43超高音速验证机或X-37B空天飞机这样的装备出现,很可能有军事用途。”

 

 

  显然,在一些美国学者眼中,中国已开始紧盯X-37B研发自己的空天飞机,在太空战场向美国发起挑战。但事实上,执行秘密任务的美国空天飞机已完成多次太空飞行,而中国的“神龙”尚处于研发的初步阶段,更遑论有什么军事用途。

 

  美国海军战争学院和密歇根大学的两位专家认为,中国进入航天飞机(或空天飞机)领域的速度超过大多数人的想象,但“神龙”的性能远不及X-37B,需要很多年才能具备执行任务的能力。

 

 

  不可否认,在先进太空载具研发领域,中国与美国之间确实存在“代差”。不过,中国并未盲目追赶,而是采取“两条腿走路”的方式,在探索空天飞行器技术的同时,以发展激光技术带动航天技术革新。

 

  中国首个激光推进及其应用国家重点实验室12月7日在装备学院揭牌成立。“激光推进及其应用国家重点实验室由科技部批准立项建设,是中国首个激光与航空航天交叉领域的实验室。”实验室主任、博士生导师洪延姬介绍,“实验室在国际上率先提出激光推进能量转化的重大机理,并实现了部分研究成果的转化应用。”#p#分页标题#e#

 

  据报道,激光推进是利用远距离高能激光加热气体工质,使气体热膨胀产生推力,推动飞行器前进的新概念推进技术,具有比冲高、有效载荷比大、发射成本低等优点,可广泛用于微小卫星近地轨道发射、地球轨道碎片清除、微小卫星姿态和轨道控制等领域。应用于卫星近地轨道发射时,可使发射成本降低至每千克几百美元,远远低于目前化学火箭每千克上万美元的发射成本。

军事评论员宋忠平表示,由于中国目前的陆基激光系统比较成熟,这就为发展激光动力推进技术提供了可能。宋忠平称,“激光动力推进技术,主要是利用远距离高能激光加热气体,且对照射的精确度要求很高,这些特征与激光武器技术异曲同工。”宋忠平还表示,清除地球轨道碎片可作为激光武器的附属功能。

 

  另有分析指出,美国空军的X-37B日趋成熟,并展示了长期部署和可执行多重任务的能力,太空中的火药味正变得越来越浓烈。虽然中国始终坚持和平利用外层空间的原则,但面对别国日益明显的太空军事化动作也不得不防。美国空军的X-37B已经进入太空,并展示了长期部署和可执行多重任务的能力,且具备俘获对手卫星的能力。也就是说,美国空军能在太空中对别国实施“缴械”。为了防止美国突然在太空动手,其他国家有必要发展相应的制衡性手段,使美国不敢轻举妄动。2007年,中国用导弹成功摧毁一颗报废的气象卫星,首次在太空中展示了硬实力。而“神龙”空天飞机和激光推进这两个项目,可为日后制衡美国称霸太空做技术储备。

 

  空天飞行或有重大突破

 

  航天发射不再依赖化学火箭,也许不是梦想!我国首个激光推进及其应用国家重点实验室今天在装备学院揭牌成立。这标志着我国已迈出探索新型高效航空航天推进技术研究的坚实步伐。

 

  “激光推进及其应用国家重点实验室由科技部批准立项建设,是我国首个激光与航空航天交叉领域的实验室。”实验室主任、博士生导师洪延姬介绍,“实验室在国际上率先提出激光推进能量转化的重大机理,并实现了部分研究成果的转化应用。”

 

  激光推进是利用远距离高能激光加热气体工质,使气体热膨胀产生推力,推动飞行器前进的新概念推进技术,具有比冲高、有效载荷比大、发射成本低等优点,可广泛用于微小卫星近地轨道发射、地球轨道碎片清除、微小卫星姿态和轨道控制等领域。应用于卫星近地轨道发射时,可使发射成本降低至每千克几百美元,远远低于目前化学火箭每千克上万美元的发射成本,因而受到各国广泛关注。

 

  据介绍,目前实验室已拥有由中国科学院院士、科技领军人才和中青年学术专家组成的科技创新团队,主要开展激光推进应用基础、等离子体流动控制与推进技术、推进流场测试和诊断技术等方面的研究。实验室的成立,将有力推动我国空天飞行推进新技术基础理论研究、前沿技术创新和科研成果推广,为我国空天飞行推进新技术创新发展提供重要保障。 激光推进在1957年激光振荡器发明不久就由坎特罗维奇首先提出其概念方案,受此影响,从20 世纪 70 年代起美国、俄国、德国以及日本等都积极参于研究。现在正研究的激光推进大体可分为用于发射装置和用于航天器方面两大类。

 

  在大气稀薄的高空或者更高高度的宇宙空间,作为推进剂不可能利用大气,必须利用携带的推进剂。有关这样的激光火箭研究较多的是利用在固体或者液体上照射激光加热,利用其喷射的运动能量的激光烧蚀方式。

 

  利用激光能量进行轨道转移的激光轨道转移运载器(LOTV),作为推进剂在利用冰的基础实验中又增加了在水或油膜等上照射激光并将其喷射出去取得推力的研究。而以高比冲为目标正在试探将激光等离子体加速器的原理应用于宇宙用推进装置。

激光烧蚀微调发动机的另一个开发方向是以人造卫星姿态控制用推进系统为目标进行研究。比较接近实现的有携带半导体激光器,利用其激光照射碳等固体表面,利用其喷出的高温气体作为推力。采用固体推进剂的优点是不必携带气体或液体推进系统那样的加压箱和管道等,结构简单、质量轻、可靠性高等,而且采用激光器可以构成高效率推进装置。

 

  作为未来的构想提出了不携带推进剂的太阳帆方案。即利用太阳帆反射太阳放出的光子获取其动能而得到推力。因为不用推进剂可以得到推力,所以在太阳光强度很强的近地球宇宙空间可以说这是一种很有希望的系统。但是,其推力的产生与太阳光的强度直接相关,在太阳光弱的火星以外的星际中旅行将不能使用。作为弥补太阳帆的不足的方案而提出了激光帆,该激光帆不使用太阳光而是用帆反射从地球轨道上发送的方向性良好的激光束取得推力。

 

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