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X-43试验机

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刚点燃了飞马座火箭,正在加速到超音速的X-43A实验机
刚点燃了飞马座火箭,正在加速到超音速的X-43A实验机

X-43是美国国家航空航天局(NASA)旗下德莱顿飞行研究中心英语Neil A. Armstrong Flight Research Center(Dryden Flight Research Center)所开发的极音速(Hypersonic)飞行实验机,曾经是飞行器速度最快的纪录保持者。在系列家族中,除了最早开发的X-43A外,还另外有X-43B、C与D型等几种衍生版本。

原理与试飞方式

在2001年6月2日所进行的第一次试飞中,NB-52B“八号球”母机将X-43A抛出、但飞马座火箭尚未点火的瞬间。
在2001年6月2日所进行的第一次试飞中,NB-52B“八号球”母机将X-43A抛出、但飞马座火箭尚未点火的瞬间。

原理和构造跟本机相似的机型,首见于1950年代的X-7试验机,之后技术成果便被转移向太空技术上,直到21世纪初才再度发展可以在大气层内水平高速飞行的飞机。

X-43A是一架无人驾驶的飞行器,状似一个滑板,长约3.6米。X-43A使用独特的超音速燃烧冲压发动机(Supersonic Combustion Ramjet,简称为Scramjet)作为动力,这种动力系统属于内燃机的一种,与传统高速飞行时所使用的火箭引擎不同,是从大气中吸入空气燃烧。由于超音速冲压发动机在运作时,燃烧室的进气流速必须超过音速(相比之下,冲压发动机的燃烧室进气则处于次音速状态),虽然工程师可以透过进气道造型设计等方式提升气流速度,但一般来说除非飞行器本身已处于超音速飞行状态,否则很难启动机上的超音速冲压发动机。为满足这前提,X-43A必须先挂载在一架昵称“八号球英语Balls 8”(Balls 8)的NB-52B母机(以B-52同温层堡垒式轰炸机改装而来)翼下飞至高空后,点燃连结在X-43A上的飞马座火箭(Pegasus Booster,原本是作为反低轨道人造卫星导弹用的推进系统)将X-43A推进到超音速的状态后,再点燃自身的超音速冲压发动机进行极音速飞行。

实际试飞

X-43A与飞马座火箭(后方较大白色物体)在空中分离的电脑预想图
X-43A与飞马座火箭(后方较大白色物体)在空中分离的电脑预想图

NASA的“Hyper-X”极超音速飞行计划共分为三次的试飞,主要的目的是想探索除了传统的火箭动力外,将其他新动力系统用于太空飞行上的可能性。

X-43A的第一次试飞是在2001年6月2日进行,但很不幸的该次飞行是以失败收场。由于试飞过程中,飞马座火箭要穿越音障的瞬间发生预期外的共振问题,导致火箭失控偏离了预计的飞行路线,为了安全考量测试单位启动机身上的自爆装置主动摧毁了X-43A,而没有达到预期的成果。

首次成功的极超音速飞行是发生在2004年3月27日,当时试飞的第二架X-43A实验机在脱离飞马座火箭后,在约95,000英尺的高空中以自身的动力飞行了11秒,到达约7马赫(Mach 7,约等于8,000km/h)的高速,然后再逐渐滑翔直至落入美国西海岸外的太平洋中。这项纪录事后也获得健力士世界记录的认证,认证书上说明著X-43A在一持续了11秒的飞行中到达6.8316马赫的速度,是当时世界上最快的进气(Air Breathing)飞机。

第三次也是最后一次的飞行,原本预计是要在2004年11月15日时进行,但因为X-43A上的一个控制仪器出问题进行检修,来不及在美國聯邦航空局(FAA)规定的美东时间下午七时前完成飞行,而延后到隔日的11月16日进行。由加州爱德华空军基地起飞的NB-52B母机携带着飞马座火箭与X-43A升空后,在40,000呎的高空中点燃火箭,将X-43A推到足以启动的高度与速度状态。X-43A最后在短暂的冲刺之后做出接近9.8马赫(约为7,000英里/小时,或11,200公里/小时)的超高速飞行,飞到离地表超过35公里远的高空。

这次的飞行,也是NB-52B母机服务于NASA四十年后,最后一次担任母机任务。

历代纪录

在X-43A之前,大气层内的最高飞行速度纪录,是1967年时由威廉·J·耐特英语William J. Knight(William J. "Pete" Knight)所驾驶的X-15实验机创下,为6.7马赫,但当时使用的是火箭动力来推进。至于进气引擎的最高速纪录是美国空军的SR-71黑鸟式超音速侦察机创下,约为3.2马赫。

参考文献

  • Bentley, Matthew A. Spaceplanes: From Airport to Spaceport (Astronomers' Universe). New York: Springer, 2008. ISBN 978-0-38776-509-9.
  • Swinerd, Graham. How Spacecraft Fly: Spaceflight Without Formulae. New York: Springer, 2010. ISBN 978-1-44192-629-6.

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外部链接

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