下一代可重用空天飛機即將登場

追夢者，黎明攝於NASA阿姆斯特朗研究中心跑道

Credits: NASA

以成為貨物運載的主力為目標，空天飛機要定期發射到低地球軌道上，進行空間站補給及乘員運輸。這就對空天飛機提出了21世紀的設計標準：能經常飛，飛得安全，幾乎哪都能降落，運營還要經濟。因為NASA太空梭退役而鬱悶的小夥伴又可以開心了：下一代可重用空天飛機即將登場。

NASA蘭利研究中心（Langley Research Center, LaRC）在水平降落升力體（horizontal-landing (HL) lifting bodies）飛行器上花費了數十年的研究工作，終於開創了空天飛機的新紀元。這類水平降落飛行器（HL vehicles, HLV）的一大特徵是它的基本翼（rudimentary wings），酷似向上揮舞的蝠鱝胸鰭。飛行器在從軌道返回，經過大氣層的降落過程中，它寬扁的雪茄形機身下產生的壓強遠大於機身上的壓強，進而為飛行器提供了升力。

無翼飛行

HL的概念最初由NASA工程師H. Dale Reed於1960年代提出，經歷了一系列設計變更和改進，最終進入了載人飛行實驗階段。其中，被蘭利的工程師們評估的第十個設計，諾斯洛普（Northrop）HL-10，被用於研究具體的結構改進。在製造任何全尺寸飛行器之前，研究人員在蘭利的實驗室和風洞對縮比模型進行了大量早期研究。

1966年7月至1975年11月期間，在NASA飛行研究中心（Flight Research Center，現阿姆斯特朗研究中心，Armstrong Research Center），含HL-10在內，共有五個型號的重型升力體飛行器進行了飛行測試，用於驗證無翼飛行器的可操縱性和降落安全性。升力體研究項目中獲取的數據對太空梭項目的推進起到了至關重要的作用。

NASA蘭利研究中心全尺寸風洞中的HL-10升力體大氣再入飛行器的28英寸模型，正在測定其低速靜穩定和操縱特性。

Credits: NASA

新型號

1980年代，前蘇聯為當時的暴風雪太空梭項目開發了小尺寸無人試驗平台BOR-4，這促使蘭利發展HL-10的後繼型號。新型號名為 HL- 20，或「個人發射系統（Personal Launch System, PSL）」。這項工作的目標很簡單：評估低成本運營的可行性，改進飛行安全性，並評估常規跑道著陸的可能性。 與PSL研究同步開展的，是在蘭利實驗室進行的風洞測試和載人模擬著陸試驗。

1990年代，北卡州立大學（North Carolina State University）和北卡農業技術大學（North Carolina A & T University）建造了一個29英尺的全尺寸HL-20地面模型，用於研究乘員的座位安排，可居住性，設備布局以及最優進出方式。雖然PSL最終沒有進行飛行測試，但最終成為了塞拉內華達公司（Sierra Nevada』s Corporation, SNC）的追夢者（Dream Chaser）型號的基礎。

HL-20與空間站接駁的藝術想象圖

Credits: NASA

任務多樣性

2016年1月，SNC和另外兩家公司被授予了2019-2024年國際空間站（International Space Station, ISS）貨運任務的合同。根據NASA商業乘員計劃（Commercial Crew Program）的條款，以及作為空間法協議（Space Act Agreement）的一部分，SNC能夠為追夢者的研究和實驗使用第三方風洞設備。這就又回到了蘭利。追夢者的縮比模型在蘭利的風洞群（Unitary Plan Wind Tunnel）內進行了大量實驗，收集到的氣動數據大大擴充了追夢者的性能資料庫。

NASA蘭利風洞群中的SNC追夢者模型

Credits: NASA

雖然僅有已退役的太空梭的四分之一那麼大，追夢者還是能搭載七名乘員。雖然只有一套飛行器機身框架，但是有兩種系統改型，分別針對有人和無人飛行任務進行了優化。SNC堅信，追夢者可以被重複使用15次，甚至更多，多於任何其他現役航天器。另一個賣點是，追夢者的任務靈活多變，可以進行遙感，衛星維修，甚至是「碎片主動清除」，也即空間垃圾清理。

追夢者的第二輪飛行測試計劃將在2017年之後，於NASA阿姆斯特朗研究中心繼續進行。