空天飛機是高超音速飛行器的一種，它的特點是既能在大氣層里飛行，也能在大氣層外飛行，而且它可以利用普通的機場水平滑跑起飛和降落。它的飛行范圍比較寬，一個是速度范圍很大，第二個是高度范圍也很大。在不同的大氣空間或者是外層空間飛行，它們需要采用不同的動力裝置。
比如說在近地軌道飛行，一般以火箭發動機為首選，因為火箭發動機自帶氧化劑，它不需要外界空氣，就能夠推動飛行器前進。但是自帶氧化劑就會帶來一系列的問題，比如說機體的容積大、重量大，這個對飛機是有影響的。那么最好的方案就是利用大氣層里的氧氣，這樣的話可以減小它的燃料攜帶量，比如說渦噴渦扇發動機就是很好的裝置。它可以保證飛行器在跑道上起飛、降落，而且能夠把飛機送到2萬米甚至到3萬米的這個高度，但是這樣的動力裝置再往上飛，比如說到4萬米5萬米的高度，它們基本上就不能用了，因為大氣密度降低的太多，它已經沒辦法正常工作了，就需要采用其他的動力裝置。比如說超音速沖壓發動機，或者超音速燃燒沖壓發動機，以及脈沖爆震發動機。超音速燃燒沖壓發動機又稱為超燃沖壓發動機，它的特點是適應比較高的飛行速度，比如說超音速5倍10倍15倍的情況下，它都能保證發動機有足夠的推力。這樣的動力裝置推動比高、重量輕，但是也有問題，就是它燃燒不穩定，那么一旦點火不成功，它可能會熄火，因此目前正在攻關。高超音速飛行器利用沖壓發動機來實施相應的飛行，有一定的難度。而且在零速度狀態下不能點火，必須達到一定速度以后，才能正常工作，這是它的缺點。那么脈沖爆震發動機，它的特點跟超燃沖壓發動機差不太多，也能夠適合超音速十幾倍的速度飛行。它比超燃沖壓發動機的優勢是零速度狀態下可以啟動，但是它的工作更復雜。
那么空天飛機要想從地面水平滑跑起飛，一直飛到外層空間或者近地軌道，用一種發動機顯然是做不到的，怎么辦？最好的辦法是把它組合起來。比如說渦噴渦扇發動機，加超燃沖壓發動機，再加火箭發動機，那么它就能保證從海平面起飛，一直飛到近地軌道空間，那么這樣的一個技術呢，目前很多國家正在開發，能不能減少動力裝置呢？有些國家的科研人員也在研究，比如說吸氣式的火箭發動機，它等于就是把渦噴發動機和火箭發動機融合在一起了，但是它吸進來的空氣必須經過急劇的降溫，比如說進口的溫度是1000度，它在0.01秒的情況下就要把溫度降到-150度，這樣的話來提高進氣的密度，保證發動機的正常工作。
空天飛機人們經過幾十年努力，到現在還沒有實現。關鍵的就在動力裝置上，如果動力裝置能夠解決，那么未來的空天飛機就有可能實現。什么時候能實現呢？大概在本世紀三四十年代之后，我們期盼著那一天的到來。
下一期我們將給大家介紹一下高超音速飛行器或者是空天飛機，它的控制和導航定位。
出品：科普中國 光明網
科學顧問：傅前哨
監制：戰 釗
制片：金 赫
導演：金? 赫
攝像：肖春芳
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