SSTO——Single Stage To Orbit 單級入軌（運載器） 重複使用追求的技術途徑是運載工具和太空飛行器功能的合二為一。但是，部分重複使用的美國太空梭，需要兩枚固體火箭幫助起飛，還有一個巨大的外掛燃料箱要拋棄；其它國家的太空梭，需要用運載火箭送入軌道；一些空天飛機，也由大型飛機馱載到空中起飛。它們都沒有把運載工具和太空飛行器的功能全部地結合起來，其實質是它們都不是單級入軌的。
基本介紹
- 中文名：單級入軌
- 外文名：Single Stage To Orbit
- 英文簡寫：SSTO
- 代表：X-30
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背景
單級入軌
單級入軌重複使用，是最理想的太空飛行器。但在齊奧爾科夫斯基時代，受科技發展水平的限制，單級火箭達不到入軌的第一宇宙速度。根據當時推進劑的性能，要使單級火箭達到第一宇宙速度，它裝載推進劑的質量，要占整枚火箭質量的9/10，這比蛋清、蛋黃占整枚雞蛋的質量還要大，這樣單薄的火箭是製造不出來的，更不用說用它來發射太空飛行器了。
隨著科學技術的發展，現在有比那時性能高得多的火箭推進劑，火箭的設計和製造技術，也已達到爐火純青的地步，不需要用多級火箭接力，單級火箭就可以把太空飛行器送入軌道。
太空梭
太空飛行器的發射，最終追求的是經濟原則。太空梭像飛機一樣水平降落，空天飛機像飛機一樣水平起飛和降落，都是為了利用空氣動力，節省能源。但水平起降也有不經濟的一面，如需要有產生升力的機翼和防護氣動加熱(較長時間高速在稠密大氣層飛行，與空氣劇烈摩擦產生高溫)的複雜技術，增加了自身的質量，降低了運載能力，而且需要很大的場地。美國的太空梭，早期需要在一個乾涸的湖床上降落，蘇聯的太空梭降落，修建了5000米長的高質量的跑道。
火箭的垂直發射，可以以最短的路線穿過稠密大氣層，不僅可以節省燃料，還可簡化結構。重複使用的太空飛行器，如能垂直降落則更好，不僅所需要的場地小，而且對場地的質量要求也低得多。這樣是為單級入軌、垂直起降太空飛行器(這裡簡稱為單垂太空飛行器)催生的理由。
發展歷程
X-30
高超音速飛行技術研究已經歷了幾度興衰。60年代，人們就曾在這方面做過努力，但因超燃衝壓發動機的技術難度實在太大而最終放棄。1986年，美國發起了X-30國家空天飛機（NASP）計畫，向超燃衝壓發動機技術發起了新一輪衝擊。當時的里根總統提出，要在20世紀末研製出速度達25馬赫的東方快車，而X-30便是用於驗證一種單級入軌（SSTO）空天飛機及其所需的氫燃料超燃衝壓發動機和高溫材料等項技術的。然而，經過8年的辛苦付出，美國人發現他們仍然難以邁過這道坎兒。1994年，X-30計畫宣布下馬。當時項目的預計費用已漲到了最初的3倍，達100多億美元，而且首次試飛的時間也已拖後了10多年，即推遲到新世紀的最初幾年。深刻的教訓使美國相關部門感到目標不能一下子定得太高，而應選擇更為現實的途徑來使這項技術逐步走向成熟。
X-30下馬後，美國航宇局和美國空軍曾試圖聯合進行小規模的高超音速飛行技術試驗，但最終雙方並沒走到一起，而是分別實施各自的氫燃料和烴燃料超燃衝壓發動機技術驗證計畫。其中美國航宇局的計畫就是上文所說的高超X，而美國空軍的計畫稱為高超技術（HyTECH），最近又更名為高超裝置（HySET）。這兩項計畫所開發的技術將用於從速度為8馬赫的飛彈到速度達25馬赫的太空梭等各種高超音速飛行器。其中的高超音速飛彈2010年便有可能問世，而高超音速太空梭則最早也要等到2025年之後才能投入使用。
X-43試驗機
隨著首架X-43試驗機於去年11月交付給美國航宇局，高超X計畫正在進入一個非常關鍵的階段。這架試驗機將裝到飛馬座空射型運載火箭上，準備在今年年中進行試飛。試驗機和飛馬座火箭將由一架B-52飛機攜帶到高空投放，隨後試驗機由飛馬座火箭攜帶到30.5公里的高空，最後離開火箭，在7馬赫的速度下對氫燃料超燃衝壓發動機的點火和工作情況進行驗證。12月份將進行第二次7馬赫試飛。這兩次試驗的數據將同使用同一發動機在同樣速度下進行的風洞試驗進行對比。第三次飛行定於2001年9月進行，速度將提高到10馬赫。這樣的速度在地面風洞中已無法達到，而根據具體任務的要求，實用型號飛行器的速度還有可能更高。
X-43
X-43長3.7米。如果飛行試驗成功，它將成為使用超燃衝壓動力飛行的第一種飛機。成功的標準說起來也不算高，只要求試驗機在落到海上之前，發動機能工作5秒多一點。超音速燃燒必須在燃料被引入發動機的一剎那開始。為了保證點火成功，將向X-43的發動機中噴注自燃性的氫-矽烷混合物。
