字越少，事越大！据央视报道，5月8日，我国在轨飞行276天的可重复使用航天器顺利着陆。这款“过于先进，不便展示”的中国航天器终于在“太空”玩累了，不情愿回家休息了。
我国可重复使用航天器CG图
然而，奇怪的是，这款代表未来的航天器热度竟然远不及前段时间美国Space X公司“星舰”首飞的热度……
为什么说空天飞机才代表未来呢？
这款可重复使用航天器相当于“空天飞机”的二级，与亚轨道飞行器结合之后就能化身为两级组合空天飞机。例如，我国正在研制的“腾云”空天飞机就是一款两级组合空天飞机。
基于空天飞机一级可以衍生出高超音速客机、高超音速侦察机、亚轨道轰炸机等科幻飞行器，基于空天飞机二级可发展出轨道轰炸机、太空母舰等科幻航天器，其应用前景远超各类运载火箭。仅4吨重，最高飞行速度高达7马赫，最大航程达8000公里的“鸣镝”MD-22宽域飞行器就是空天飞机技术的衍生品之一。
对于空天飞机来说，可重复使用是最基本功能，但它相比运载火箭还具有两方面巨大优势：
1、超高能效比优势。
空天飞机采用新概念组合循环发动机，在大气层内飞行阶段，无需消耗氧化剂，可直接利用大气层内大量存在的氧气。这个阶段飞行器的发动机等效比冲可以轻松做到1000秒以上甚至6000秒以上。相比之下，火箭发动机在大气层内的等效比冲只能做到300～400秒。
通常液体火箭的干质比可达10～20。我国长征五号运载火箭的干质比大概是11.35。也就是说火箭结构+载荷的重量只占火箭起飞重量的比值10%不到，90%以上都是推进剂！
相关资料显示，在技术发展成熟之后，单级入轨的空天飞机结构+载荷占空天飞机起飞重量的比值约为20%。两级入轨空天飞机的这个比值会略小一点。
“腾云”两级组合空天飞机模型
由此可见，在推进剂（包括燃料和氧化剂）重量相同的前提下，空天飞机发动机的等效比冲至少是液体运载火箭的2.5倍以上。换算过来就是，空天飞机发动机的等效比冲可达800秒以上。
对于空天飞机来说，近地轨道运力可以很轻松做到4%以上，而对于火箭，要做到4%以上，难度比较大，通常需要采用全氢氧燃料或者结构需要大量采用昂贵的轻质高强材料才行。例如理论运力系数数一数二的Space X公司猎鹰9号运载火箭起飞重量为549吨，近地轨道理论运力可达22.8，理论运力系数高达4.153%，实际打过的最大载荷只有15.6吨（数据源自头条百科，经“科普中国”编审确认）。这还是不考虑回收的条件下达到的，按照这个数值算，猎鹰9号的实际运力系数只能达到2.84%。资料显示，如果考虑回收，可重复使用运载火箭的运力将损失30%～40%。假设运力只损失30%，那么，在考虑回收的前提下，猎鹰9号运载火箭的实际运力系数只能做到1.988%。
官方公布的猎鹰9号运载火箭参数
简而言之，在考虑回收的前提下，猎鹰9号（1.1型号）每消耗45.775吨推进剂才能将1吨载荷送入近地轨道，而如果是空天飞机，仅需消耗20吨推进剂就能将1吨载荷送入近地轨道。从节能角度来看，空天飞机相比运载火箭完全就是划时代飞行器！
2、无需建设发射塔。
最初级的空天飞机采用“亚轨道升力式飞行器”作为运载器，用于将轨道器加速到高空高速状态，然后两级分离，轨道器再利用自身动力继续加速入轨。这种组合体仍然需要采用发射架垂直发射，但运载器却可以无动力滑翔水平降落，回收时基本不用消耗燃料。你可以把当做可重复使用火箭一级加上“翅膀”，从技术角度来看，它比Space X公司的猎鹰9号更高一级。
官媒宣传片中采用垂直发射的初级空天飞机CG图
虽然最初级的空天飞机仍然需要采用垂直发射，但这只是技术不成熟的过渡方案。真正成熟的空天飞机只会采用水平起飞，水平降落方案，发动机也不会简单采用火箭发动机，而是换成“新概念组合循环发动机”。最终目标是从两级组合空天飞机发展成单级入轨空天飞机。
简而言之，在技术发展成熟之后，空天飞机根本不需要发射塔，只需要在飞机跑到上就能起飞。起飞、降落回收都比火箭更加方便。
简要总结：空天飞机相比运载火箭的2点独特优势就是，在都考虑回收的前提下，相比运载火箭，空天飞机的能效比要高1倍以上，而且还不用发射塔，起降也更加方便。届时，以“低成本”作为卖点的可重复使用运载火箭又将何去何从呢？
单级入轨空天飞机CG图
不可否认，“星舰”本事不小，但能否成功仍有待观察，再厉害也仍改变不了火箭的属性。
“星舰”最大的创新亮点就是“猛禽”全流量液氧甲烷火箭发动机，但真空比冲也只能做到380秒左右，再厉害也无法同等效比冲可轻松超800秒的“新概念组合循环发动机”相提并论。
由于“猛禽”发动机性能极为出色，Space X公司对外宣称“星舰”的近地轨道运力高达250吨，运力系数高达5%。当然，鉴于猎鹰9号运载火箭实际发射尚未达到22.8吨的近地轨道理论运力，存在夸大宣传的嫌疑，我们也有理由怀疑Space X公司的“星舰”近地轨道实际运力是否能达到250吨。即便真的能达到250吨运力，因缺少载荷和二级的分离机构，它可执行的任务种类也会受到极大限制。
即将发射的“星舰”
由于“星舰”首射失败，“堆发动机”的技术路线是否会像苏联N1火箭那样重蹈覆辙犹未可知。鉴于堆了27个发动机的重型猎鹰已经多次成功发射，堆了33个发动机的“星舰”也是有可能成功的。一旦成功发射，即便实际运力只能达到150吨，“星舰”的运力也是史无前例的，仍然是很了不起的成就。
与此同时，我们也应该认识到一点：在燃料和材料技术水平相当的前提下，受火箭发动机比冲理论极限的限制，运载火箭的运力系数不可能有大的发展，无论如何都无法同空天飞机相提并论，这是火箭自身的先天属性决定的。
官媒称我国将在2025年前试飞空天飞机
长期以来，我国的科技产业决策部门一直强调“跨越式发展”可不仅仅是说说而已。如果只是将一次性运载火箭发展成可重复使用火箭，那无论如何也谈不上“跨越式发展”。而我国已研制成功的电磁弹射器、第二代全电推进系统以及目前大力发展的“空天飞机”都是“跨越式发展”的产物！
