中国两级入轨空天系统：风洞测试背后的空天探索新路径

系统概念与技术特征：从风洞测试看设计蓝图

2019 年 10 月，中国航天空气动力技术研究院（CAAA，隶属于 中国航天科技集团公司 ）通过官方微信发布了一组高速风洞测试影像，首次公开了一种两级入轨空天发射系统的概念 —— 由一架高速母机携带可重复使用航天器，通过 “空中释放 – 自主入轨” 的方式将载荷送入太空。这一测试的成功，标志着中国在灵活、快速空天发射领域迈出了关键一步。

从技术细节看，该系统的核心设计具有鲜明的 “高速、可重复、协同” 特征：

• 母机设计：采用三角翼、 dart 形气动布局，配备 超燃冲压发动机（ scramjet ），翼尖设有垂直稳定器（类似冷战时期美国 XB-70 “ Valkyrie ” 女武神 超音速轰炸机的设计），可利用自身激波实现高超音速飞行。这种设计使其能在 8 万至 10 万英尺（约 2.4 万至 3 万米）高空达到高超声速，为航天器提供初始速度与高度优势。
• 航天器设计：外形接近小型航天飞机，与美国 X-37B 、 NASA X-34A 等可重复使用航天器理念相似，具备自主返回能力。其通过母机携带至高空后，启动自身火箭发动机完成入轨，可携带小型卫星、科研载荷等进入近地轨道。
• 关键技术：测试重点验证了 “母机 – 航天器分离” 的气动安全性 —— 这是两级入轨系统的核心难点，需确保分离过程中两者的气动干扰最小化，避免姿态失控。CAAA 虽未公布系统最终尺寸，但从风洞模型比例推测，母机长度约 45 英尺（约 13.7 米），航天器约 18 英尺（约 5.5 米），与俄罗斯 “国际科学光学网络”（ISON）的 MLD 空射航天器尺寸接近。

研发背景与关联项目：从 “神龙” 到多路径探索

这一系统的研发并非孤立存在，而是中国多年来空天飞机与空中发射技术积累的延续，与多个项目存在技术关联：

• “ 神龙 ” 空天飞机：早在 2000 年左右，中国就开始研发 “ 神龙 ”（Shenlong）空射可重复使用航天器。2007 年进行投放测试，2011 年完成亚轨道飞行，影像显示其曾由轰 – 6 轰炸机携带。从外形看，此次风洞测试的航天器与 “ 神龙 ” 高度相似，可能是其技术升级版本，重点提升了入轨能力与载荷规模。
• 空中发射平台探索：为拓展空中发射能力，中国曾于 2016 年与 乌克兰 安东诺夫公司 达成协议，计划完成第二架 An-225 “梦幻” 运输机的建造（并探讨本土生产）。An-225 作为全球最大运输机，原本设计用于运输 “ 暴风雪 ” 航天飞机，是理想的重型空中发射平台，虽因资金等问题进展放缓，但体现了中国对多样化空中发射路径的探索。
• 高超音速技术协同：该系统与中国同期研发的 WZ-8 / DR-8 高超音速无人侦察机存在技术呼应 —— 后者同样采用 轰 – 6N 轰炸机空射，依赖火箭动力实现高超音速飞行。这种 “载机 + 空射器” 的协同模式，为两级入轨系统提供了成熟的空中投放经验。

战略与应用价值：灵活响应驱动的空天能力升级

两级入轨系统的研发，植根于中国对 “快速、灵活、可靠” 空天 access 的需求，兼具战略与商业双重价值：

• 战略层面：作为 “响应式太空能力” 的核心，其可实现 “ 小时级 ” 卫星补网 —— 在未来可能的太空冲突中，若现有卫星遭干扰或摧毁，该系统能快速发射替代卫星，维持导航、通信、侦察等关键能力。同时，母机的机动部署能力（可在不同机场起飞）降低了对固定发射场的依赖，使发射更难预测、更难被反制，提升了空天资产的生存性。此外，航天器若搭载特定载荷，还可执行在轨维护、空间态势感知甚至反卫星任务，丰富太空对抗手段。
• 商业层面：相比传统火箭发射，该系统具有 “成本更低、准备时间更短” 的优势，适合小型卫星（重量数百公斤级）的 “ 随到随发 ” 需求。目前国际上维珍轨道、斯特拉托发射（Stratolaunch）等企业均在探索类似模式，而中国的系统因采用可重复使用设计，长期来看经济性更优，有望在商业航天市场占据一席之地。此外，其技术积累还可支撑未来太空旅游、亚轨道客运等新兴领域。

发展前景与挑战：从概念到实用的必经之路

尽管风洞测试取得成功，该系统从概念走向实用仍需突破多重挑战：

• 技术瓶颈：超燃冲压发动机的持续工作稳定性、航天器再入大气层的热防护、母机与航天器分离的精确控制等，都是尚未完全解决的关键问题。例如，超燃冲压发动机需在高超音速气流中实现燃料高效燃烧，对材料与气动设计要求极高，目前全球范围内仍处于试验阶段。
• 工程化难题：系统的规模化生产与可靠性验证需要长期投入。以美国 X-37B 为例，其从概念到实战部署历经约 20 年，而中国的两级入轨系统若要实现常态化发射，需完成数百次地面试验与数十次飞行测试，周期可能长达 10 年以上。
• 国际竞争与合作：当前美国、俄罗斯、欧洲均在推进类似项目（如美国 X-37B 、俄罗斯 M-55 载机 + 小型空天飞机），中国的研发既面临技术竞争，也存在合作可能 —— 例如在航天器标准化接口、太空交通管理等领域，国际协同有助于降低风险。

从更宏观视角看，这一系统的研发是中国 “航天强国” 战略的缩影。随着测试的深入，其不仅将丰富中国的空天发射手段，更将推动高超音速、可重复使用等核心技术的突破，为未来载人登月、深空探测等更宏大的任务奠定基础。正如 CAAA 所展现的，中国在空天领域的探索，正从 “ 跟跑 ” 向 “ 并跑 ” 甚至 “ 领跑 ” 加速迈进。