更高更快更远的空天飞机
第六章 未来我们将飞向何方
如今的航空航天事业已融进当前所有最新的科技成就，形形色色的新型飞行器层出不穷，预示着航空航天飞行器又处在一个大发展的前夜。我们在未来的世界里，使用什么样的飞行器，飞向何方，这将有待于人类进一步的开发和实践。
节能的太阳能飞机
在众多新型飞行器中特别值得一提的要属太阳能飞机。太阳能飞机的动力装置由太阳能电池组、直流电动机、减速器、螺旋桨和控制装置组成。为了获取足够的太阳能，飞机上应有较大的铺设太阳电池的上部表面积，因此机翼面积较大。
太阳能飞机具有飞得高、续航时间长和飞行距离远的特点，是一个理想的空中飞行平台。太阳能飞机可作为人造卫星的补充，也能执行监视空中目标、探测风暴、探测水下珊瑚礁(为航海扫除水下障碍)和寻找成片油田的任务。
20世纪70年代末，人力飞机的研制积累了制造低速、轻型飞机的经验。在这一基础上，美国在80年代初研制出太阳“挑战者号”单座太阳能飞机。飞机翼展14.3米，翼载荷为60帕，飞机空重90千克，机翼和水平尾翼上表面共贴有16128片硅太阳电池，在理想阳光照射下能输出3000瓦以上功率。这架飞机1981年7月成功地由巴黎飞到英国，平均时速54千米，航程290千米。太阳能飞机还处于试验研究阶段，它的有效载重和速度都还很低。
最著名的太阳能飞机是由美国研制的“太阳神号”无人机。“太阳神号”耗资约1500万美元，用碳纤维合成物制造，部分起落架材料为越野自行车车轮，整架飞机仅重590千克，比小型汽车还要轻。“太阳神”在外形方面的最大特点就是有两个很宽的机翼，其机身长2.4米，而活动机翼全面伸展时却达75米，连波音747飞机也望尘莫及。“太阳神号”机身上装有14个螺旋桨，动力来源于机翼上的太阳能电池板。“太阳神号”最高可飞到30千米高空，超出喷气式客机飞行高度3倍多。
不幸的是，2003年6月26日，“太阳神”在试飞时突然空中解体，坠入夏威夷考艾岛附近海域。事后经调查，“太阳神”号在空中飞行36分钟时突然遭遇强湍流，引起两个翼端向上弯，致使整个机翼诱发严重的俯仰振荡，超出飞机结构的扭曲极限。
研制太阳能飞机有两项关键技术，一是要能有效地将太阳能聚集起来，二是要解决夜间和阳光微弱时的能源问题。太阳能飞机的概念出现于上世纪70年代，80年代实现载人飞行，但从来没有进行过载人整夜飞行，而且飞行距离一直较短。
瑞士探险家贝特朗·皮卡尔2003年提出太阳能飞机环球飞行构想。科研人员历时4年制成了这架太阳能飞机，计划驾驶它经过5次起降实现环球昼夜飞行，这一计划被命名为“太阳脉动”。飞机载重量为2吨，太阳能收集板面积250平方米，翼展80米。环球飞行预计在2011年开始，这将是太阳能飞机历史上首次载人作昼夜、长距离飞行。
微小的飞行器
微型飞行器是于20世纪90年代发展起来的一种新型飞行器。这种微型飞行器有黄蜂大小，能在不受察觉的情况下飞入建筑物内拍照、录音。它的发展和应用，必将推动国防科技工业的发展，并且具有广阔的民用前景。
微型飞行器由于具有特殊的用途而备受关注。一个重要的应用是军事侦察。它可装备到士兵班，进行敌情侦察及监视，还可用于战争危险估计、目标搜索、监测化学、核或生物武器，侦察建筑物内部情况。因为其便于携带，操作简单，安全性好的优点，微型飞行器可在部队中大量装备。
在非军事领域，配置有传感器的微型飞行器可以用来搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源、消灭农作物害虫等。
在美国麻省理工学院一个专题研究小组提出的方案中，微型飞行器长度为6～20厘米、总重量10～100克、平台载荷1～18克，巡航速度30～65千米/小时、续航时间20～60分钟，最大飞行距离1～10千米。
2004年5月美国国防高级研究计划局第一种完全以燃料电池为动力的微型飞行器——“大黄蜂”成功进行了首轮飞行试验。燃料电池是一种能量转换装置，氢与来自气流中的氧反应可用于产生电流。机翼上的硬质金属网除用于通过气流外，还可用于加强机翼结构，氢发生器与燃料电池所提供能量的潜力为400瓦/千克。这是世界上第一种完全使用燃料电池的微型飞行器。“大黄蜂”由无线电遥控，翼展38厘米，注满燃料后重为170克，使用的燃料电池系统在飞行时输出功率可达10瓦。
微型飞行器的核心技术是机体结构设计，由于机体结构体积极小，其容量和载荷都受到限制，因而不能像通常的侦察装置那样，给其元件加上外壳且不影响其他部件的性能。微型飞行器的电子器件的集成度要远高于今天所能达到的水平，制造工艺同样是这项研究面临的最艰巨的挑战。目前，德国科学家已研制成功一架只有黄蜂大小能够升空的直升机，他们研制的纳米材料发动机，小得几乎用肉眼无法分辨，这可能就是未来微型飞行器的先驱。
更高更快更远的空天飞机
空天飞机是航空航天飞机的简称。顾名思义，它集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能在大气层内作高超音速飞行，又能进入轨道运行。与航天飞机相比，空天飞机多了一个在大气层中航空的功能，而且它起飞时也不使用火箭助推器。
空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置。这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合配置的动力装置。它由空气喷气发动机和火箭喷气发动机两大部分组成，空气喷气发动机在前，火箭喷气发动机在后，串联成一体，为空天飞机提供动力。
空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。降落时，两个发动机的工作顺序同起飞时相反。
“更高”，在于空天飞机能够在地面上像普通飞机一样水平起飞，直接飞入太空，在地球外层空间轨道上运行，能自行飞回地面，在机场安全降落。
就“更快”而言，空天飞机自然无可匹敌，但与50年前相比，民航飞机的速度也有了大幅度的提高，而目前呼之欲出的第二代超音速客机，将使从北京到巴黎的航程从11～12小时，缩短到5～6小时，飞到纽约只要7个小时，旅客再不需要在飞机上打瞌睡。现在，美国、欧洲和日本已提出了第二代超音速客机的方案并着手研制，这种超音速客机的速度为音速的2～2.5倍，载客量为250～300人。
科学家们构想中的不着陆飞行器颇令人神往，这种飞行器在大气层外的地球轨道上飞行，而空天飞机将它作为停靠站，往来于地面和不着陆飞行器之间。这种集大气层飞行和宇航于一体的飞行方式将使人们无所不至。这就是“更远”。
实现空天飞机的技术难度比航天飞机更大，主要是三种动力装置的组合和切换，高强度、耐高温的材料(高速飞行时，其头锥温度可达2760℃、机翼前缘达1930℃、机身下也可达1260℃)和具有人工智能的控制系统等。这些都需要进行大量的课题研究和技术攻关。
技术难度和资金短缺，使各国的空天飞机计划难有进展。原来设想“一步登天”的，也实事求是地后退。如英国的“霍托”号空天飞机，最终也与德国的“桑格尔”空天飞机一样，先由大型飞机驮至空中，然后从飞机上起飞进入太空。美国也决定重新确定国家空天飞机计划的进程，暂不研制X—30验证机，而先研究解决技术问题。就目前情况来看，航天飞机仍难“退休”。
当我们驾驶未来飞行器在宇宙中遨游的时候，我们更能真正感受到星光的灿烂，宇宙的浩瀚，自己的渺小。但是我们相信，发展科技，探索宇宙的脚步才刚刚开始，我们将在以后的时间里不断求索。