天地往返飞行器
天地往返飞行器（RLV），又名空天飞机，介于航天飞机和普通飞机之间的飞行器。属于亚轨道可重复使用飞行器。
天地往返飞行器能够以普通飞机的方式起飞，能在20～100千米高的大气层中超声速飞行，能够直接加速进入低层轨道，完成施放卫星、发射宇宙探测器等。由于其可重复使用的特点，是一种经济廉价的轨道运载器，能够大大节约制造成本和运输周期。分为短距/垂直起降机垂直降落、垂直起飞水平降落、水平起飞水平降落等常见方式。
截至2023年5月，美国、日本、欧盟、俄罗斯等纷纷开展相关研究工作，并取得了一定成果。有美国X-37B空天飞行器、俄罗斯的多用途空天系统计划、英国的云霄塔项目、欧洲航天局的空天飞机项目等。2023年5月8日，中国可重复使用试验航天器取得成功，返回预定着陆场。
领域划分
航空和航天是以高度来划分的，高度在20公里以下为航空，高度在20至80公里为空天，高度在80公里以上的为航天。在此之前，航空和航天是两个不同的技术领域，航空是由飞机等飞行器在大气层内飞行，航天是由航天飞行器在大气层外飞行。航空运输系统是重复使用的，航天运载系统一般是不能重复使用的，而天地往返飞行器（空天飞机）则是航空、航天的高度重合，达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。
发展沿革
研制背景
航空和航天中使用的天地往返系统方案分为两类，一类是以火箭发动机为推进装置的火箭动力方案，另一类是以吸气式组合发动机为推进装置的吸气式组合发动机动力方案。为实现未来航天运载器 “廉价 、快捷 、可靠 ”地进人太空的要求 ，世界各 中国国际航空股份有限公司天机构经过大量的研究论证 ，一致认为发展可重复使用的天地往返飞行器是解决矛盾的重要途径 ；如果能够投人运行 ，就能使空间运载技术在经济上和安全可靠性上出现重大改观。
发展历程
1986年，美国着手研制的单级入轨、完全重复使用的“国家空天飞机”项目，在历经近十年的发展后终因当时的技术难度巨大而放弃。随后美国转入了火箭推进单级入轨飞行器的研发，其中既有短距/垂直起降机，水平降落的飞行器，也有垂直起飞，垂直降落的飞行器。美国军队的X-37B空天飞机最初也是以民用为目的天地往返飞行器。
英国提出了一种名叫“霍托尔”单级水平起降空天飞机，其特点是采用一种全新的空气液化循环发动机；20世纪90年代，德国提出两级水平起降空天飞机“桑格尔”，第一级实际上相当于一架超音速客机，第二级是以火箭发动机为动力的有翼飞行器。两级都能分别水平着陆；俄罗斯是老牌的航空航天技术强国，它在空天飞机使用的超燃冲压发动机方面技术积累尤为雄厚，其彩虹机械设计局在上世纪七八十年代就先后推出了“针”式、“彩虹”-2等验证机计划，对高超音速的空天飞行器进行预研。
在中国，也有多款重复使用的天地往返运输系统被公开报道。中原地区对可重复使用航天器的研究始于上世纪80年代，经过多年的探索和试验，逐步形成了自己的技术路线和发展规划。中国多次强调，“发展可重复使用航天器，意在为和平利用太空提供更加便捷、廉价的往返方式”，它属于天地往返航天运输系统之一。
中国神舟飞船”系列飞船从“神舟”八号开始有了许多技术改进，成为一种崭新的天地往返飞行器。
2020年9月4日，中国在酒泉卫星发射中心成功发射了可重复使用航天器，该航天器在轨飞行2天后，于9月6日成功返回预定着陆场，标志着中国可重复使用航天器技术研究取得重要突破。2021年7月16日，由中国研制的亚轨道重复使用演示验证项目运载器在酒泉卫星发射中心准时点火起飞，按照设定程序完成飞行后，平稳水平着陆于阿拉善右旗机场，首飞任务取得圆满成功。2023年7月媒体报道，JF-22超高速风洞通过验收。研发目标主要是为解决超高速飞行技术的试验研究问题，在项目验收后，科研团队首先展开的就是天地往返飞行技术的研究。
截至2023年5月，美国、日本、欧盟、俄罗斯等纷纷开展相关研究工作，并取得了一定成果。美国X-37B空天飞行器的成功发射推动了世界各国竞逐空天飞行器的研制。包括俄罗斯的多用途空天系统计划、英国的云霄塔项目、欧洲航天局的空天飞机项目都在开展，日本和印度也在对相关技术进行攻关。
技术特点
动力系统
天地往返飞行器同时有飞机发动机和火箭发动机，起飞时可以不使用火箭助推器，能像普通飞机一样从飞机场跑道上水平起飞，以每小时1.6万～3万公里的高超音速导弹在大气层内飞行，在30～100公里高空的飞行速度为12～25倍音速，可以直接加速进入太空地球轨道，成为航天飞行器。
控制系统
天地往返飞行器返回大气层也可以像普通飞机一样在飞机场跑道上降落着陆，成为自由往返天地之间的运输工具。能够直接加速进入低层轨道，完成施放卫星、发射宇宙探测器等。是一种能够在稠密大气层、临近空间、轨道空间往返飞行的重复使用航天运输系统。
气动设计
20世纪50年代起，美国和苏联就开始天地往返飞行器升力体布局的研究工作，包括翼面后掠角、前缘半径、头部半径、钝度比、厚度比、平面形状、平面角、横截面面积、升力体分类等影响性研究，归纳总结认为，升力再人的三类候选外形分别是翼身组合体、升力体和融合体。
材料结构
天地往返飞行器再入过程最大飞行马赫数可达20，机体与大气摩擦使得机体表 面温度急剧升高 ，机头锥体 、翼前缘表面温度高达 1800～2000℃ ，机身迎风面的温度也在 1200℃左 右 ，最高持续时 间约为 25min左右。一般结构材料难 以承受如此高温 ，因此需要将热防护系统与承力结构分开设计 。可重复使用 的热防护系统要承受高温 、振动 、高噪音 、强辐射 ，要有 良好 的隔热效果，还要防潮 、防腐 、防烟雾等 。防热系统关键技术包括 ：
①抗氧化 c／c复合材料技术 、钛合金与高温合金蜂窝结构防热瓦、陶瓷防热盖板技术研究 ；
②结构与热防护系统包括机身 、气动面 、热防护系统等 ，油箱 、机载设备 以隔舱形式安装在机身 内部；
③结构与热防护 系统进行一体化设计 ，实现满足飞行器气动特性的气动外形 ；
④高温情况下飞行器本体材料在采取热防护技术后 ，其材料应力满足使用要求 ，其结构强度 、刚度满足总体要求 ；
⑤热防护材料具有一定 的强度和附着力 ，不允许损坏或脱落。
有研究论文指出，天地往返飞行器可采用于硼化物(ZrB,)，此材料具有较好的力学性能和热物理性能，包括高熔点( > 3000 C)、高电导率、高热导率、较高的抗热冲击性能，硼化物是在高于2000 9C热冲击环境下应用的最具前景的候选材料。超高温陶瓷材料具备在高超声速长时飞行、大气层再人跨大气层飞行和火箭推进系统等极端环境中的性能，其使用对象包括飞行器鼻锥、翼缘、发动机热端等各种关键部位或部件。
价值意义
商业价值
天地往返飞行器仅能大幅降低单位有效载荷的运输成本，缩短发射准备时间，实现航班化的天地往返运输。是一种经济廉价的轨道运载器，能够大大节约制造成本和运输周期。 此外，天地往返飞行器能降低太空探索成本，进一步提高航天的效费比。一些开展亚轨道旅行项目的太空旅游公司以及瞄准未来民航运输系统发展的新技术公司，都在开展天地往返飞行器的研发。
军事价值
在军事上，天地往返飞行器可以作为侦察监视与预警平台、空间武器发射平台、快速远距离运输系统，还可用于反卫星，充当战时空间预备指挥所。搭载武器化身为航空航天战略轰炸机后，作战区域将是整个地球乃至近地空间。如果长期部署在太空，可以对敌方的卫星、宇宙飞船甚至空间站实施打击。
发展趋势
天地往返飞行器相比于传统航天飞机可重复使用，运行成本低；可由计算机自主进行导航和控制，可以相应减少地面控制中心的规模；可以像普通飞机那样起飞、着陆、加注燃料和检修，在普通飞机跑道上起降，不用建设专用发射场地，减小了地勤服务压力，更便于部署和使用；能在升空的任何时间立即降落，它可以进行无动力飞行，例如当燃料系统和控制系统发生故障的情况下利用空气动力学特性来进行控制；两次飞行之间的检修可以像普通飞机那样简单。
参考资料
中国试验天地往返航天器为何被西方炒作为“武器研发”？航天专家指出两点原因. 环球网.2023-08-10
中国空天飞机2030年试飞 可多次重复使用的天地往返飞行器.人民政协网.2023-08-10
亚轨道飞行器 可实现航班化天地往返运输.人民网.2023-08-15
中国可重复使用试验航天器成功着陆，有望实现航班化天地往返运输.海外网.2023-08-10
空天飞机——天地间的自由行者.人民政协网.2023-08-14
中国天地往返航天器为何被西方炒作“武器研发”？专家指出两点原因.环球时报.2023-08-20
中国可重复使用试验航天器成功着陆，有望实现航班化天地往返运输.光明网.2023-08-10
“天宫一号”发射倒计时 中国奔向载人空间站时代.中国载人航天工程官方网站.2023-08-20
网友：懂了！“一般”先进，可以展示.环球网.2023-08-14