空天飛機（Space Airplane），是航空航天飛機的簡稱，是一種能夠在稠密大氣層、臨近空間、軌道空間往返飛行的重復使用航天運輸系統(tǒng)。集飛行器、太空運載工具及航天器于一身，也可以作為載人航天器重復使用。
1986年，美國總統(tǒng)里根在的國情咨文中最早提出空天飛機的概念，同年，美國啟動了NASP計劃，掀起了世界范圍內(nèi)的空天飛行器研究高潮。2010年4月22日，美國空軍的X-37B空天飛機原型機“軌道試驗飛行器1號”首次成功發(fā)射。截至2014年，俄羅斯啟動了多用途空天系統(tǒng)計劃（MAKS），已進入空天飛機的飛行驗證階段。英國的“云霄塔”項目和德國的“桑格爾”項目也取得了實質(zhì)性進展，日本和印度等國也展開了相關(guān)計劃。2021年7月16日，由中國航天科技集團一院研制的亞軌道重復使用演示驗證項目運載器在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火起飛，任務取得圓滿成功。空天飛機發(fā)動機與機身行融，呈流線型外形。動力系統(tǒng)包含渦輪噴氣發(fā)動機、沖壓噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機，采用太陽能電池和高性能鋰電池的組合，具有可以重復使用、高超音速巡航能力、水平起降、反應速度快、機動能力強，易發(fā)射等特點。
空天飛行器具有低成本、高可靠性的技術(shù)特征，能夠滿足未來廉價、自由進出空間的發(fā)展需求，商業(yè)和軍事應用前景潛力巨大。
發(fā)展沿革
研發(fā)背景
空天飛機是航空航天飛機的簡稱，是一種能夠在稠密大氣層、臨近空間、軌道空間往返飛行的重復使用航天運輸系統(tǒng)。集飛行器、太空運載工具及航天器于一身，也可以作為載人航天器重復使用。
空天飛機是一種未來的飛機，它同時有飛機發(fā)動機和火箭發(fā)動機，起飛時不使用火箭助推器，能像普通飛機一樣從飛機場跑道上水平起飛，以每小時1.6萬～3萬公里的高超音速在大氣層內(nèi)飛行，在30～100公里高空的飛行速度為12～25倍音速，可以直接加速進入太空地球軌道，成為航天飛行器。返回大氣層也可以像普通飛機一樣在飛機場跑道上降落著陸，成為自由往返天地之間的運輸工具。既能滿足民用運輸需求，又能執(zhí)行軍事任務，具有自由進出空間、按需返回地面、可重復使用的典型特點，已成為未來進行大規(guī)模空間開發(fā)及確保空間優(yōu)勢的關(guān)鍵因素。它與傳統(tǒng)航天飛機的最大不同是采用地面機場水平起飛的方式，是國際上天地往返運輸領(lǐng)域的發(fā)展熱點。
1933年，維也納技術(shù)學院的歐根·桑格爾博士在《火箭飛行技術(shù)》一書中首次提出“火箭飛機”概念——它能以10恩斯特·馬赫的速度在70千米高度飛躍20000千米以上的距離，這是世界上最早提出類似于空天飛機的概念。
20世紀60年代初，人們對空天飛機作一些探索性試驗，當時它被稱為“跨大氣層飛行器”，但是由于需求不明，加之經(jīng)濟、技術(shù)條件較差，所以沒有成功。上世紀六十年代美國的X-15試驗機試驗飛行器誕生，X-15便是空天飛機的最早嘗試。同時期，蘇聯(lián)米高揚設(shè)計局就提出了兩級有翼的可重復使用的空天飛機設(shè)想，但由于蘇聯(lián)領(lǐng)導人認為時間太長和經(jīng)費過多而于1969年終止了這項計劃。但“螺旋”計劃、“布拉風”試驗機計劃和暴風雪號航天飛機升空都為設(shè)計者積累了豐富的經(jīng)驗。
20世紀70年代，美國啟動了航天飛機項目，試圖通過回收重復使用火箭發(fā)動機和軌道飛行器降低成本。然而，由于技術(shù)不成熟，軌道飛行器的維護成本高達7.75億美元。雖然航天飛機已退出歷史舞臺，但其降成本技術(shù)為后來的研究提供了指導。SpaceX提出的一級火箭垂直回收方案成功試驗，有望將成本降至一次性使用火箭的1/3。相較其他方式，水平起降的空天飛行器可利用大氣層中的氧氣，大幅減少起飛質(zhì)量，具備完全可重復使用的能力，為未來提供了廉價、快速、便捷、自由進出空間的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
20世紀80年代中期，美國的“阿爾法”號永久性空間站計劃激發(fā)了國際上對發(fā)展載人航天事業(yè)的普遍熱情。各國為參與“阿爾法”號空間站的建造和應用而積極努力，計劃每年執(zhí)行數(shù)千次任務，運送人員、物資和器材。由于一次性運載方式費用龐大，為尋求經(jīng)濟的天地往返運輸系統(tǒng)，美國、俄羅斯、英國、德國、法國、日本等國紛紛提出可重復使用的天地往返運輸系統(tǒng)方案。
研制歷程
啟動研發(fā)
空天飛機最早的概念由美國總統(tǒng)里根在1986年的國情咨文中提出，他指出要研究一種新的‘東方快車’飛行器，到1999年，它將可以從華盛頓杜勒斯國際機場起飛，進入近地軌道，并在兩小時內(nèi)飛抵東京。同年，美國啟動了NASP計劃，掀起了世界范圍內(nèi)的空天飛行器研究高潮。
1986年，美國提出了代號為X-30的完全重復使用的單級水平起降的“國家航空航天飛機”，采用組合式超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機；英國提出了“霍托爾”單級水平起降空天飛機，采用一種全新的空氣液化循環(huán)發(fā)動機；20世紀90年代，德國提出了兩級水平起降空天飛機“桑格爾”，第一級相當于超音速客機，第二級是以火箭發(fā)動機為動力的有翼飛行器，兩級均能水平著陸；俄羅斯在空天飛機使用的超燃沖壓發(fā)動機方面技術(shù)積累雄厚，彩虹機械設(shè)計局在上世紀七八十年代推出了“針”式、“彩虹”-2等驗證機計劃，對高超音速空天飛行器進行預研。其他國家如法國、日本等也提出了各自的航天運輸系統(tǒng)設(shè)想。
20世紀80年代興起的NASP空天飛機計劃是以解決天地往返運輸、軍用跨大氣層飛行器和民用高超音運輸機為背景的。美國進行了三種方案的研究工作。一是單級入軌空天飛機；二是以火箭為動力的單級入軌機；三是第二級為火箭動力的兩級入軌空天飛機。第一種是遠期目標。第二種為麥道公司提出的三角快帆，這種充分利用了火箭技術(shù)的成就的航天運載器預計運載成本可降到1100美元／千克。第三種是由波音公司提出的兩級人軌方案，這種方案充分利用了美國NASP研究中已取得的成績，并為其服務。NASP計劃的原定目標是通過研制可在地球低軌道飛行、像正常飛機一樣在跑道上起降的高超音速技術(shù)試驗機×一30，掌握發(fā)展空天飛機的主要技術(shù)，然后研制高超音速軍用機、民x一37無人可重復使用航天飛行器用機和天地往返運載機。飛行速度將達到M5—25。所選定的x一30機體是小機翼、雙安定面和雙人機組艙，飛機的機身長50～65米。起飛總重約為113—1361E。推進系統(tǒng)將采用3--5臺超燃沖壓發(fā)動機和一合推力為222.5-311.5KN的火箭發(fā)動機。X一30將像普通飛機一樣起飛和進行有動力的著陸。
不斷突破
1990年3月，日本成功發(fā)射的“繆斯A”月球衛(wèi)星，日本空天飛機方案是單級人軌、水平起降，某些設(shè)計思想類似英國的“霍托爾”。1993年9月初，莫斯利航空航天部門舉辦了一次展覽和朱可夫斯基沙龍會議。俄羅斯提出的“國際重復使用的空天運輸系統(tǒng)”是一個靈活多功能的兩級入軌方案，可廣泛應用于生態(tài)問題、空間供應和緊急救援等，運輸量范圍廣泛，從1到18噸。
美蘇冷戰(zhàn)結(jié)束后，美國國防預算大幅減縮且缺乏高恩斯特·馬赫實驗數(shù)據(jù)，無法進行昂貴的全尺寸設(shè)計。為應對此挑戰(zhàn)，美國實施了為期6年的技術(shù)上的“風險縮減”計劃，盡管如此，美國空軍仍對X系列空天飛機的發(fā)展保持關(guān)注，資助美國航空航天局進行項目，例如，X-37空天飛機獲得了1600萬美元的空軍資金支持。同時，X-33計劃為美國空軍構(gòu)建了亞軌道軍事體系的藍圖，1999年實驗進展順利，進行了亞軌道躍升、飛行入軌和著陸試驗。然而，由于2000年壓力試驗中液態(tài)氫燃料的復合材料層外殼破裂，NASA暫停了X-33計劃。
2006年9月，美國智囊機構(gòu)的研究員卡茲海曼透露，美國國防部先進研究局提出了“Falcon”計劃，旨在實現(xiàn)“從美國大陸使用和投射軍事力量”。該計劃是按美國國防部和空軍的要求設(shè)計的，其核心部分是研制一種可重復使用、可再入大氣層、以高超音速飛機、無人駕駛的空天飛機，用于執(zhí)行偵察任務。
試驗飛行
2010年4月22日，美國空軍的X-37B空天飛機原型機“軌道試驗飛行器1號”首次成功發(fā)射。X-37B是波音公司制造的無人駕駛空天飛機，外形與航天飛機類似，但體積約為航天飛機的四分之一。其成功推動了俄羅斯的多用途空天系統(tǒng)計劃、英國的云霄塔項目、歐洲航天局的空天飛機項目等開展，日本和印度也在積極布局，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
2011年1月8日，中國陜西廣播電視臺的新聞播出“中國跨大氣層飛行器試飛成功”的畫面。2011年3月5日，在美國-226任務中，第二架“X－37B”軌道試驗飛行器（OTV）在佛羅里達州卡納維拉爾角的美國航天局發(fā)射場發(fā)射到低地球軌道，試驗飛行器在空間運行469天，于2012年6月16日在阿瑟·范登堡基地著陸。2012年6月，湖北媒體主動披露證實，中國在研發(fā)“神龍”空天轟炸機，也就是類似美國X-37B的無人太空飛機。2014年2月，中國空天飛機圓滿完成高速自主進場著陸飛行試驗，突破了高速自主進場著陸的核心關(guān)鍵技術(shù)。
2016年9月12日，在第二屆中國商業(yè)航天高峰論壇上，航天科工集團發(fā)布了商業(yè)航天領(lǐng)域未來發(fā)展的宏偉藍圖，空天飛機、快舟火箭、“幸福之星”等計劃紛紛浮出。其中，騰云工程的目標是實現(xiàn)空天飛行器的商業(yè)運營。騰云工程計劃在2020年完成項目論證，2025年突破關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，2030年使整個系統(tǒng)具備應用條件（完成兩級入軌空天飛行器技術(shù)驗證試飛）。
2017年5月7日，在地球軌道上創(chuàng)紀錄地飛行近兩年后，美國空軍的空天飛機X-37B返回地球。據(jù)美國空軍發(fā)表的一份聲明，X-37B軌道測試飛行器當天在佛羅里達州肯尼迪航天中心成功降落，它在天上度過了718天，開展了在軌試驗，同時把X-37B在軌總時間延長至2085天。此前，X-37B進行過3次試飛，第一次在軌飛行224天，第二次468天，第三次則達到674天。
不斷發(fā)展
2017年5月24日，美國宣布已選中波音公司提交的方案，研制XS1可重復使用高超音速空天飛機，為美軍提供快速、頻繁且低成本進入近地軌道的能力，目標是每天都能發(fā)射一次XS-1前往太空部署衛(wèi)星。2017年9月7日，美國空軍的X-37B空天飛機搭乘SpaceX的“獵鷹９”火箭，從佛羅里達州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，執(zhí)行其第五次在軌飛行任務。
2020年9月4日，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了可重復使用航天器，該航天器在軌飛行2天后，于9月6日成功返回預定著陸場，標志著中國可重復使用航天器技術(shù)研究取得重要突破。
2021年7月16日，中國航天科技集團一院成功進行亞軌道重復使用演示驗證項目首飛，運載器在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心準時點火，飛行后平穩(wěn)水平著陸于阿拉善右旗機場，標志著首次任務取得圓滿成功。經(jīng)檢測和維護后，該亞軌道運載器于2022年8月26日再次實現(xiàn)重復使用飛行試驗，平穩(wěn)水平著陸于阿拉善右旗機場。這一成功實驗推動了我國航天運輸技術(shù)從一次性使用向重復使用的跨越式發(fā)展。此外，在2021年中國國際航空航天博覽會上，航天科工集團集團還展示了“騰云”空天運輸系統(tǒng)模型，這是一種水平起飛和降落的完全可重復使用航天器。
研發(fā)目的
領(lǐng)空主權(quán)
1967年的《關(guān)于各國探測及使用外層空間包括月球及其它天體之活動所應遵守原則之條約》規(guī)定了外層空間的國際法律框架，強調(diào)了在領(lǐng)空之上的空間無主權(quán)。由于國家安全和國家利益對空間的依賴日益增強，發(fā)展航天技術(shù)成為維護戰(zhàn)略制高點的關(guān)鍵。缺乏強大的航天力量將削弱制空權(quán)和制海權(quán)，甚至可能導致失去國家安全。
軍事需求
基于對空天一體軍事需求的考慮，空天力量的發(fā)展旨在提供強大的信息支援和在兩個空間層次進行作戰(zhàn)的平臺。在信息支援方面，空天飛機可用作偵查監(jiān)視與預警平臺，通過在太空軌道獲取敵方情報信息，或在外層空間反復飛行以實時掌握敵情。此外，它可作為戰(zhàn)時預備指揮所，為軍事指揮控制提供支持，并具備破壞敵方通信設(shè)施或為我方提供在軌服務的能力。提供兩個空間層次的作戰(zhàn)平臺是另一個任務，其中空天飛機可作為武器發(fā)射平臺，占領(lǐng)制高點，對敵方目標進行攻擊，影響戰(zhàn)爭勝負。此外，它還具備快速遠距離運輸?shù)墓δ埽軌蛟诙虝r間內(nèi)響應全球沖突，為全球沖突的及時處理提供支持。
基本設(shè)計
機型結(jié)構(gòu)
為減小氣動阻力，空天飛機外形必須高度流線型，因此需要將發(fā)動機與機身進行融合設(shè)計，形成整體流線型外形。通常，空天飛機采用切尖三角翼的設(shè)計。這種翼型相對厚度較小，超聲速阻力小，相較于其他平面形狀的機翼，具有較輕的質(zhì)量和較大的剛度，不容易產(chǎn)生氣動彈性現(xiàn)象。此外，切尖三角翼的邊條翼后掠角較大，有助于減弱激波的強度，進一步降低超聲速時的阻力。因此，帶有邊條的切尖三角翼廣泛應用于超聲速飛行器，如航天飛機、F-16戰(zhàn)斗機以及X-37B無人軌道驗證機等。空天飛機不僅可用作全球打擊和空間激光反彈道導彈的平臺，而且還可用作部署空間衛(wèi)星和在全球范圍內(nèi)快速運送軍事物資和人員的平臺。空天飛機的起飛方式可分為兩類：一種是采用單一飛行器，將航空和航天發(fā)動機整合，如美國的X-30試驗飛行器方案；這種方式功能強大但技術(shù)復雜。另一種方式是采用母機與空天飛機分離的方法，母機在一定高度釋放空天飛機，后者點火進入太空軌道。這種方式實現(xiàn)簡便，可充分利用現(xiàn)有飛機，但發(fā)展空間相對有限，代表是德國的“桑格爾”空天飛機。
動力系統(tǒng)
空天飛機的獨特動力系統(tǒng)包含渦輪噴氣發(fā)動機、沖壓噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機。渦輪噴氣發(fā)動機用于水平起飛，當速度達到2400km/h時，切換至沖壓發(fā)動機，使飛機在大氣層內(nèi)以30000km/h飛行。若需要進入軌道，則使用火箭發(fā)動機加速，沖出大氣層，進入海拔200公里的繞地軌道。返回時，空天飛機可在大氣層內(nèi)以普通飛機的方式著陸，實現(xiàn)靈活的天地間往返。比較常見的類型包括：火箭基組合發(fā)動機RBCC、渦輪基發(fā)動機TBCC、空氣渦輪火箭組合發(fā)動機ATR、預冷類組合發(fā)動機、三組合發(fā)動機、基于爆震發(fā)動機的新型組合發(fā)動機等。由于將航天飛機上持續(xù)供電時間有限的燃料電池替換成了太陽能電池和高性能鋰電池的組合，空天飛機最長能夠在太空中持續(xù)工作270天，大大高于航天飛機的16天。空天飛機可以從一方本土起飛后兩個小時內(nèi)就可抵達地球上任何一個地方遂行作戰(zhàn)任務。能對全球范圍發(fā)生的地區(qū)沖突迅速作出反應，或?qū)撤桨l(fā)動突然襲擊。因而，未來作戰(zhàn)中使空襲將變得更加突然，空中遠程奔襲運用更為明顯。
推進系統(tǒng)
空天飛機要在大氣層內(nèi)外高速飛行，速度范圍廣，對發(fā)動機提出極高要求。傳統(tǒng)噴氣式發(fā)動機效率高但無法在大氣層外工作，而火箭發(fā)動機雖然適用于大氣層內(nèi)外，但攜帶氧化劑較為笨重且安全性較差。渦輪風扇發(fā)動機適用于亞音速，亞音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機適合于M3-6飛行，超音速燃燒沖壓發(fā)動機適用于M6-12飛行，而火箭發(fā)動機能使飛行器達到更高速度。為研制速度達M25、飛行高度達幾百千米的空天飛機，需要全新的可重復使用推進系統(tǒng)。這要求研發(fā)一種兼容大氣層和真空條件，具備亞音速、超音速、高超音速多模態(tài)組合循環(huán)的發(fā)動機。對空天飛機而言，解決超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機技術(shù)是關(guān)鍵，以確保在超音速條件下穩(wěn)定高效地運行并提供足夠推力。空天飛機在穿越大氣層進入近地軌道后，以10倍超音速飛機，并在抵達目標上空時進行轟炸。其采用獨特的超音速燃燒沖壓噴氣（超燃沖壓發(fā)動機）發(fā)動機，并實現(xiàn)發(fā)動機與機身的一體化。這些技術(shù)措施極大地提高了戰(zhàn)略轟炸機的飛行速度。
航電系統(tǒng)
空天飛機集航空與航天雙重功能，能在兩個空間層次進行作戰(zhàn)，成為連接空中與太空戰(zhàn)場、統(tǒng)一空中與太空斗爭的先進技術(shù)裝備。其配備先進太空武器和大氣層內(nèi)遠距離攻擊武器，可根據(jù)需求尋找并摧毀外層空間目標如軍事衛(wèi)星、空間站，以及大氣層內(nèi)各類航空器。空天飛機具備將航天器送入任何軌道的能力，無限制地朝各個方向發(fā)射。在返回軌道時，具備廣泛的橫向和縱向機動能力。此外，它可在大氣層內(nèi)飛行，同時也能進入外層空間，用于追蹤和干擾敵方衛(wèi)星或太空武器，實施摧毀、捕獲、誤導等行動。空天飛機攜帶照相、電子偵察設(shè)備，可對陸、海、空、天目標進行高靈活性的偵察和監(jiān)視，同時實施導彈發(fā)射預警。相較于偵察衛(wèi)星，空天飛機更具機動性，可在太空軌道獲取情報，也能在外層空間飛行，靈活掌握作戰(zhàn)地區(qū)的敵情變化，提供更及時、更準確的戰(zhàn)場信息。
防熱結(jié)構(gòu)與材料
航天飛機采用被動式防熱系統(tǒng)，而空天飛機需要多次進出大氣層，面臨高溫挑戰(zhàn)。其表面在高超音速返回時可達1800℃，機翼和尾翼前緣溫度約為1460℃，機身下表面約為980℃，上表面約為760℃。為此，空天飛機需采用輕型可重復使用的新防熱結(jié)構(gòu)和材料，選擇主動冷卻系統(tǒng)。一種簡單的冷卻方式是使用吸熱管，更先進的方法是采用夾層或管道式機體結(jié)構(gòu)，通過推進劑流動吸走摩擦產(chǎn)生的熱量。為滿足防熱需求，研究正在進行中，涉及高溫合金、碳纖維復合材料、金屬基復合材料等。美國已研發(fā)出高速凝固欽酬合金，適用于機身內(nèi)層結(jié)構(gòu)。機頭和機翼等高溫區(qū)域采用碳纖維復合材料，表面覆蓋碳化硅涂層，以確保輕量、高溫耐性。另需研究金屬基復合材料，如碳化硅纖維增強的欽復合材料，綜合了碳化硅和欽合金的優(yōu)勢。
高超音速飛行理論與試驗技術(shù)
高超音速飛行（M數(shù)超過5）仍是空氣動力學未知領(lǐng)域，尤其是M數(shù)超過12。在這極高速飛行中，空天飛機遇到復雜問題，如雷諾數(shù)高達100x10?，導致機體出現(xiàn)“增肥”效應。燃燒尾流的化學反應對發(fā)動機進氣道和尾噴管可能產(chǎn)生不可預測的影響。解決這些難題的途徑包括建造高雷諾數(shù)、大尺寸的M數(shù)風洞，進行吹風試驗，以及利用超級計算機進行模擬。美國正通過自由飛模型試驗積累數(shù)據(jù)，但目前全球尚無M數(shù)大于8的風洞，即使有，也需要上百萬小時的試驗。因此，依賴理論計算和研制高速計算機和求解納維一喬治·斯托克斯方程的軟件來研究氣動力問題。
發(fā)動機與機身一體化
為降低氣動阻力，空天飛機外形需高度流線型，采用發(fā)動機與機身融合的一體化設(shè)計，形成整體流線外觀。為解決單級人軌空天飛機的空重問題，必須簡化結(jié)構(gòu)，將前機身設(shè)計為發(fā)動機進氣道，后機身設(shè)計為排氣噴管。這種一體化設(shè)計的關(guān)鍵在于幾何形狀能隨飛行速度變化，以調(diào)節(jié)進氣量，確保在低速和高速時發(fā)動機均能有效工作，同時要保證結(jié)構(gòu)具有足夠剛度和耐高溫性能，以應對多次返回大氣層的挑戰(zhàn)。棄了傳統(tǒng)的冷結(jié)構(gòu)設(shè)計，空天飛機采用防熱結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)一體化的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計。在高溫區(qū)域，還可應用主動冷卻技術(shù)。這種熱結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅降低了機體重量，同時提高了熱防護系統(tǒng)的可靠性和耐久性。
空天飛機類型
就結(jié)構(gòu)而言，分為兩類空天飛機：一是單機型，例如美國國家空天飛機，將航空發(fā)動機和航天發(fā)動機裝在同一飛行器內(nèi)；二是雙級型，例如德國“桑格爾”空天飛機，將航空發(fā)動機和航天發(fā)動機分別裝在兩個飛行器內(nèi)。雙機型類似于空射航天飛機，技術(shù)相對簡單，不需要極其復雜的綜合推進系統(tǒng)，具有較低的風險。預計雙機型較為通用，但由于單機空天飛機使用方便，可能是未來的發(fā)展趨勢。
在軍事應用方面，空天飛機主要包括空天轟炸機和空天偵察機兩種類型。預計空天轟炸機可能在2025年或之后部署，能夠在2小時內(nèi)飛行1.6萬千米，攜帶約5.4噸炸彈或巡航導彈，從一方本土出發(fā)轟炸全球任何一個地方的敵對目標。另一種是空天偵察或反偵察機，具備太空攻擊敵方衛(wèi)星和其他航天飛行器、維修本國衛(wèi)星的能力，或者將無人駕駛偵察機投放到敵方領(lǐng)空。
應用價值
軍事運用
空天飛機在軍事運用上具有多重功能：首先，它保障了以快速、經(jīng)濟的方式進入太空，徹底改變了與傳統(tǒng)火箭、飛船和航天飛機相比的重復使用性、發(fā)射費用、可維修性、周轉(zhuǎn)時間和靈活機動性。其次，作為空間武器的發(fā)射平臺，可對敵方陸、海、空、天重要目標實施攻擊。第三，通過搭載探測設(shè)備，發(fā)現(xiàn)對方衛(wèi)星并進行跟蹤、干擾、俘獲，或改變其軌道，甚至將其返回地面。此外，它還可用作快速運輸和戰(zhàn)略轟炸機，在一小時內(nèi)迅速響應全球范圍內(nèi)的地區(qū)沖突，或?qū)撤竭M行突然襲擊。同時，作為戰(zhàn)時空間預備指揮所，它發(fā)揮了指揮和控制的重要作用。最后，空天飛機攜帶的照相、電子偵察等設(shè)備賦予其強大的偵察能力，相較于各類偵察衛(wèi)星，更具靈活性和更強的實時性。
商業(yè)運用
空天飛機在商業(yè)運用方面有多項潛在優(yōu)勢。首先，它可作為空間站的戰(zhàn)略運輸機，能顯著降低向空間站運送人和貨物的運輸費用，估計費用至少可減少到航天飛機的1/10，甚至1%。其次，空天飛機可用于發(fā)射和回收衛(wèi)星，省去龐大發(fā)射場和長時間準備的需求，地面設(shè)施簡單、維護方便，操作費用低，能適應頻繁發(fā)射的需要。在發(fā)射、維修和回收衛(wèi)星方面，它幾乎能勝任航天飛機的所有任務，而且費用更低。空天飛機還可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的快速客運，其高速飛行能在短時間內(nèi)連接任何兩個城市，從而提供高效的全球快速客運服務，也有潛力用于太空旅游。在災害應對方面，空天飛機能快速到達災區(qū)上空，進行高效的遙感探測，支持救災工作。
研發(fā)意義
空天飛行器具有低成本、高可靠性的技術(shù)特征，能夠滿足未來廉價、自由進出空間的發(fā)展需求，商業(yè)和軍事應用前景潛力巨大。
軍事意義
各國的空天飛機研發(fā)計劃主要由軍事需求推動。這類飛機具有高效的機動性、較低的成本效益比、迅猛的飛行速度，能夠執(zhí)行其他設(shè)備難以完成的多樣任務。其快速響應能力使其在兩小時內(nèi)可飛抵世界任何地點執(zhí)行任務，為大國維護全球利益提供了迅捷響應的可能性。由于國際條約將領(lǐng)空限制在100公里以下，空天飛機可以在100公里以上的公共空間自由飛行，從而在執(zhí)行軍事任務時可在不引起爭端的情況下飛越其他國家領(lǐng)空。這使其成為實現(xiàn)地面、空中和太空一體化的理想平臺。在軍事任務中，空天飛機可在近空間內(nèi)超高音速飛行，發(fā)射各種導彈進行對地攻擊，同時還可部署激光武器，攔截高空中的敵方彈道導彈。由于擁有太空發(fā)射能力的國家有限，掌握攻擊近空間和太空飛行器的國家更為稀缺，因此空天飛機在戰(zhàn)斗中幾乎不受敵方攻擊威脅。其卓越的變軌能力還使其能夠快速接近敵方太空器，實施捕獲或直接摧毀，癱瘓敵方衛(wèi)星偵查和通信能力。
商用意義
在商業(yè)領(lǐng)域，發(fā)展空天飛機可顯著降低空天運輸費用。它可以補充空間站等系統(tǒng)的人員、物資和燃料，提供在軌服務，將制成品從空間站運回地球。此外，空天飛機還有搭載乘客進行太空旅行的潛力，讓人們欣賞太空風光，體驗獨特的太空之旅。美國縮尺復合體公司、英國維珍銀河公司和藍色起源公司的空天飛機相繼完成載人飛行首秀，引起國際媒體的高度關(guān)注。
未來發(fā)展
美國國防部高級研究計劃局正在尋求一種無人飛行器方案，可以像飛機一樣重復進入太空，并在短時間內(nèi)連續(xù)執(zhí)行多次任務。然而，一些航天專家認為設(shè)計帶有機翼的航天器可能只是工程師們對概念的追求。華盛頓哥倫比亞特區(qū)史密松國家航空和航天博物館科學史專家羅杰·萊納斯指出，航天飛機不必要求機翼，這體現(xiàn)了技術(shù)受到觀念和文化影響的一例。他指出，希望進入太空更加優(yōu)雅的觀念影響了對“翅膀”空天飛機方案的偏好。萊納斯表示，工程師們喜歡空天飛機是因為它被認為是“進入太空更加優(yōu)雅的方式”。他們設(shè)想一名軍官駕駛著空天飛機在跑道上降落，然后輕松地去軍官俱樂部，看起來就像一次普通的飛行。與之相比，封閉的飛船從天上掉下來或落在海面上等待救援，顯然是一種不那么體面的返回方式。這反映了觀念對工程設(shè)計的影響，使帶有機翼的火箭成為航天飛行象征之一。
參考資料 >
空天飛機——天地間的自由行者.人民政協(xié)報.2023-11-15
US military's X-37B space plane lands, ending record-breaking mystery mission.space.2023-11-15
空天飛行器:航天航空領(lǐng)域的跨界神器.澎湃新聞.2023-11-15
空天飛機:可重復利用，軍事民用都有廣闊發(fā)展前景.澎湃新聞.2023-11-15
可重復使用航天器成功返回，專家:滿足我國戰(zhàn)略需求，意義重大.澎湃新聞.2023-11-15
中國“空天飛機”成功著陸，它與美國X-37B有很大不同.中國青年網(wǎng)-新聞.2023-11-15
中國商業(yè)航天規(guī)劃藍圖:空天飛行器2030年驗證試飛.澎湃新聞.2023-11-15
可重復使用航天器是何神器?經(jīng)歷哪些發(fā)展過程?專家解答.澎湃新聞.2023-11-15
美軍空天飛機在軌飛行近2年后返回地球，真實目的引猜疑.澎湃新聞.2023-11-15
美軍宣布已選中波音方案，研制可重復使用的高超音速空天飛機.澎湃新聞.2023-11-15
美軍神秘空天飛機第五次升空執(zhí)行任務，在軌測試新太空技術(shù).澎湃新聞.2023-11-15