为什么 DARPA 想要一架实验性太空飞机

因此，DARPA 想要一架可重复使用的太空飞机。谁不想呢？几十年来，太空专家一直在尝试设计快速周转、可重复使用的发射系统。然而，到目前为止，还没有人制造出一个能用的发射系统。太空基金会研究和分析主任 Micah Walter-Range 告诉《大众科学》 ：“目前确实没有任何一种飞行器能完全按照人们的要求去做。你当然可以把它与现有的飞行器进行比较，但它似乎是一种新型飞行器。”

梦想是这样的：我们虚构的火箭将以超音速发射。一旦它到达合适的高度，它就会释放所有上面级（和有效载荷）。然后它会返回地球，轻轻地降落在某个地方，工程师们可以把它取回来，打磨干净，然后放回发射台上。从理论上讲，可重复使用的火箭应该可以降低发射成本，为更多团体（如学生和初创公司）提供太空机会，并减轻 NASA 的财务负担。

这就像拥有一架巨型喷气式飞机前往太空。只需装载、卸载并重复即可。

最近，有几个不同的团队正在朝着这个目标努力。上周，美国国防高级研究计划局宣布，它授予了三个团队合同，为这种可重复使用的小型卫星航天飞机进行初步设计。其中一个团队由波音公司领导，与蓝色起源合作；另一个团队由 Masten Space Systems 领导，与 XCOR Aerospace 合作；最后一个团队由诺斯罗普·格鲁曼公司与维珍银河合作。与此同时，SpaceX 昨天宣布，它在制造可重复使用的猎鹰 9 号火箭的过程中完成了一次成功测试。

“目前确实没有任何一种车辆能够完全满足人们的要求。”

DARPA 将该项目的版本称为实验太空飞机 1，简称 XS-1。该机构希望 XS-1 具有独特性。该飞行器应以低于 500 万美元的单次飞行成本将 3,000 磅至 5,000 磅的无人有效载荷发射到低地球轨道。整个发射过程也需要精简：DARPA 希望在 10 天内进行 10 次飞行。

首先，人类从未制造过可重复使用火箭的运载火箭。可重复使用的载人飞船，如维珍银河正在开发的飞船，应该能到达亚轨道高度，而不是低地球轨道。美国宇航局的航天飞机是可重复使用的，但需要在飞行之间进行数天的整修。即使在当今可用的一次性卫星发射器中，也没有一个具有与实验太空飞机 1 相当的运载能力或价格。例如，轨道科学公司的 Pegasus XL 仅携带 1,000 磅，低地球轨道飞行估计花费 3000 万至 4000 万美元。SpaceX 的（当前，不可重复使用的）猎鹰 9 号携带约 20,000 磅，每次飞行成本为 5400 万美元。

更便宜的发射意味着更多的人可以将更多的东西送入太空。佐治亚理工学院航空航天工程教授艾伦·威尔海特 (Alan Wilhite) 表示，DARPA 希望 XS-1 发射后能为制造小型、经济实惠的立方体卫星的学生和初创公司提供服务，艾伦·威尔海特曾在 NASA 从事可重复使用航天飞机的研究。

“这是一个 DARPA 难题。”

此外，能够快速发射的运载工具可能对军事目标有帮助。“假设你计划突袭寻找下一个奥萨马·本·拉登，诸如此类，但由于时间原因，你没有在正确的位置发射卫星，”沃尔特·兰奇说。“你在地面上有一颗小卫星，你只需要明天把它发射上天。”

目前，你需要提前几年安排这样的飞行。然而，随着 XS-1 飞行时间的增加，“你只需将下一个有效载荷装上去，将卫星放上去，就可以起飞了，”威尔海特说。

那么为什么之前没有人能够制造出 XS-1？不同的专家给出了不同的理由。威尔海特曾在 20 世纪 80 年代担任美国宇航局兰利分校飞行器分析部门负责人，他指出，高超音速飞行器等技术之前并不存在。让一架刚刚升空到太空边缘的飞行器再次降落——动作要轻柔！不要发生导致火箭无法使用的撞击——是另一个难题。

米切尔·沃克 (Mitchell Walker) 也是佐治亚理工学院的一名航空工程师，他认为 XS-1 最难克服的障碍将发生在其连续飞行之间。一旦可重复使用的第一级火箭到达地面，工程师们就必须确保它在 24 小时内可以再次飞行。“任何人都可以把发动机弄回来，”沃克说。“问题是，你能说服自己把下一个价值数百万美元的资产放在上面是可以的吗？”

航天飞机无法满足 DARPA 10 天 10 次飞行要求的原因在于飞行间进行大量的安全测试和整修。测试也大大增加了航天飞机的成本。

当然，航天飞机搭载宇航员，这比任何耗资数百万美元的 NASA 项目都珍贵。XS-1 不仅会搭载无人卫星，其 5,000 磅的重量限制意味着这些卫星体积小，而且可能不会太贵。这里没有詹姆斯·韦伯太空望远镜。因此，如果这意味着更便宜、更频繁的航班，XS-1 的客户可能会对更少、更短的安全检查感到满意。

从工程角度来看，XS-1 中有很多变量需要平衡。“这是一个非常好的问题，因为它有很多动态因素。你要运往哪里？你要运什么？”沃克说。“这是一个 DARPA 难题。”