Stratolaunch 在首次高超音速飞行之前完成了燃料滑行测试

拥有世界上最大飞机的 Stratolaunch 计划开始在这架飞机上飞行可重复使用的高超音速试验台，以将自己重塑为美国国防部和其他部门的服务提供商。 经过四年的破产和发展，首次试飞即将到来。 Keith Button 和 Paul Brinkmann 向我们介绍了这项技术。

在蔚蓝的天空和南加州高地沙漠一望无际的荒原下，一架巨大的舰载机停在停机坪上。 即使没有明亮的阳光照射其白色的外观和双机身，这架飞机也因其 117 米的翼展而轻易吸引眼球。 九月的这一天，飞机机身上的各个面板都打开进行地面检查，但周围的大多数工程师和技术人员都把注意力集中在其他事情上：安装在中央塔架上的较小的车辆。 这是 Stratolaunch LLC 一系列测试飞行器中的第一架，旨在证明其销售高超音速飞行测试服务的新业务模式的技术方面。

四年前，这样的试飞似乎不太可能实现。 Stratolaunch 最初的构想是小型卫星发射器，但由于 2018 年微软创始人保罗·艾伦 (Paul Allen) 的去世，即该舰载机首次飞行前六个月，它失去了舵手。 这架飞机是在附近的 Scaled Composites 建造的，可在机身之间运载最多三颗卫星运载火箭，因此它的名字叫“Roc”，是阿拉伯童话中的一种神话鸟，爪子上抓着一头大象。 在平流层释放火箭及其有效载荷意味着更小、更便宜的火箭可以完成将它们送入轨道的工作，这应该会让 Stratolaunch 在发射合同的竞争中占据优势。

相反，到 2019 年中期，该公司已处于关闭的边缘，这将使其巨型双机身飞机成为历史上翼展最大的飞机。 此时，Stratolaunch 开始考虑转向高超音速测试服务，几个月后，当该公司被亿万富翁 Steve Feinberg 的私募股权公司 Cerberus Capital Management（该公司以重振陷入困境的公司而闻名）收购时，该决定才最终敲定。 在 Cerberus 的领导下，Stratolaunch 采取的第一步就是聘请了 Scaled Composites 的长期工程师 Aaron Cassebeer。 Cassebeer 的任务是建立一支目前约有 75 名工程师的团队，以及一个可重复使用的火箭动力飞行测试台，使这些测试服务成为可能：Talon-A。

虽然 Stratolaunch 没有透露具体时间，但计划要求在年底前从 Roc 在太平洋上空发射第一架测试飞行器 TA-1，以证明该设计可以实现高超音速。 另一款原型机 TA-2 计划于 2024 年初推出，以证明该设计将能够通过三轮在范登堡空军基地自主导航和着陆。

Stratolaunch计划部署一小队Talon-A飞行器，这些飞行器将以高超音速反复飞行。 该公司相信，这种可重复使用性将对包括美国导弹防御局在内的测试高超音速飞行器跟踪的客户有吸引力。 图片来源：Stratolaunch

我们采取了加速开发计划，吸取了历史上高超音速飞行器的经验教训，才如期完成了这一测试。

卡塞比尔在 Scaled Composites 专门从事快速设计原型机的工作，他有一年的时间来设计并开始建造 Talon-A 原型机。 如此大的热潮至少有两个相互关联的原因。 一是美国政府及其承包商对高超音速测试的要求； 第二个是中国和俄罗斯所谓的高超音速武器能力，这推动了美国的需求。 2018年，时任负责研究工程的国防部副部长迈克尔·格里芬向美国参议院军事委员会作证称，中国正在进行的高超音速飞行试验飞行器测试数量是美国的20倍，并且已经部署或接近部署高超音速导弹 可以打击数千公里外的美国航母。 美国没有可以对抗它们的高超音速武器。

“消除这一劣势是我的首要任务之一，”他告诉委员会。

Stratolaunch 相信一小群 Talon-As 可以帮助美国迎头赶上。

“我们的国家能够每年成功进行几次高超音速飞行，政府想要的方向是：他们希望每周都有一次飞行； 每 7 天他们就希望在这个国家进行一次高超音速飞行，”卡塞比尔说。 “最后一款经常进行大型飞行测试活动（我们指的是数百次飞行）进行高超音速飞行的飞行器是 20 世纪 50 年代和 1960 年代的 X-15”。

Stratolaunch 首席执行官扎卡里·克雷沃尔 (Zachary Krevor) 表示，美国政府进行的 rsonic 试飞可能花费 6000 万至 1 亿美元，而 Stratolaunch 预计提供“数百万美元”的试飞费用。 该公司还预计开发用于机组人员和货物运输的民用高超音速飞机的公司的需求。

“我们的飞行速度可以达到 3 马赫到 6 马赫，因此我们可以飞行许多不同且与操作相关的轨迹和飞行路径，”Krevor 说。 “飞行各种不同的马赫数和动态压力是高超音速领域所关心的。”

首要任务之一是弄清楚制造飞机的材料以及如何保护飞机免受高温影响。 在选择原型飞机设计职业之前，卡塞比尔梦想成为一名一级方程式赛车工程师。 他还通过技术攀岩消遣（包括攀登加利福尼亚州约塞米蒂国家公园的埃尔卡皮坦峰和半圆顶），磨练了评估航空航天决策风险的能力。 与 Talon-A 的其他工程决策一样，做出重大决策的首要任务是进度表——快速设计和建造飞机，以便快速获得客户。

“虽然他们可能更喜欢我们飞得更快、飞行时间更长，但他们首先会选择飞行，”卡塞比尔说。 成本和技术性能是第二和第三个优先事项。

Talon-A 的热防护材料需要能够承受多达 20 次飞行而不在高超音速下熔化，这意味着速度大于 5 马赫且比任何子弹都快。 即使是短途飞行，飞机以高超音速在空气中移动时的摩擦也会产生 500 至 1,100 摄氏度的温度，这个温度足以消除航空中的常见金属。

“如果你将不锈钢材料或钢铁材料放入该环境中，它会发出橙色和黄色的光。 如果将铝材料放入飞行环境中，它就会熔化； 它甚至不会存在，”卡塞比尔说。 “作为一名工程师，这确实让你陷入了必须采用性能越来越高的材料的境地。”

他们考虑了 20 世纪 50 年代末高超音速项目中飞行的热材料。 “理想情况下，我们希望选择过去已经开发出来的材料。 我们从来不希望这辆车本身成为实验，”卡塞比尔说。

三架 X-15 是一种有人驾驶的火箭动力飞机，从 1959 年到 1968 年，美国空军和 NASA 飞行了 199 次，它们的外壳都覆盖了铬镍铁合金（一种镍铬合金）。 NASA 的两架无人驾驶、消耗性 X-43A 是第一架由吸气式发动机驱动的高超音速飞机，每架都在 2004 年飞行过一次，并由复合碳碳瓷砖覆盖物保护； 他们在飞行后坠入太平洋，没有被找到。 空军的 X-51A 也是无人驾驶的吸气式发动机，在 2010 年至 2013 年的高超音速飞行中收集了 9 分钟的数据，同时采用了类似于 NASA 航天飞机轨道飞行器上的硅基材料进行热保护和瓷砖。 一架 X-51A 在试飞期间停止发射后，飞行控制人员将其摧毁； 另一艘则因控制鳍故障而丢失； 另外两架飞入太平洋。

对于 Stratolaunch 来说，事实证明，最好的选择是来自航天飞机计划的热防护材料，以及美国宇航局通过《太空法案协议》与该公司共享的数十年的工程、制造和研发数据。 到 2020 年初，卡塞比尔选择了多年来安装在航天飞机上的“最新、最好”的热防护材料：即将着陆的轨道器下腹部可见的黑色瓷砖； 以及带有白色表面涂层的毯子材料，可重复使用的表面绝缘毡，这是航天飞机上的白色覆盖物。

对于“Talon-A”机身（内部结构），卡塞比尔必须选择一种能够在高超音速的空气动力载荷下承受重复飞行的材料，为飞行器内部携带的部件提供安装结构，并且还能粘附在热载体上。 表面有保护材料。 考虑了以前的高超音速和通用航空飞机中使用的金属，例如铝、铬镍铁合金、不锈钢和钢以及钛。 但卡塞比尔在 2020 年初决定采用碳纤维复合材料制造机身，不是因为其相对于金属材料具有优越的强度，而是为了速度。

“这是我们团队快速设计和制造机身以执行这些飞行的最快方法，”他说。 另一方面，金属机身需要更长的交货时间来加工和设置装配，而且一旦装配过程确定，它们就更难以修改。 

Stratolaunch 首席执行官扎卡里·克雷沃尔 (Zachary Krevor) 表示，美国政府进行的 rsonic 试飞可能花费 6000 万至 1 亿美元，而 Stratolaunch 预计提供“数百万美元”的试飞费用。 该公司还预计开发用于机组人员和货物运输的民用高超音速飞机的公司的需求。

“我们的飞行速度可以达到 3 马赫到 6 马赫，因此我们可以飞行许多不同且与操作相关的轨迹和飞行路径，”Krevor 说。 “飞行各种不同的马赫数和动态压力是高超音速领域所关心的。”

首要任务之一是弄清楚制造飞机的材料以及如何保护飞机免受高温影响。 在选择原型飞机设计职业之前，卡塞比尔梦想成为一名一级方程式赛车工程师。 他还通过技术攀岩消遣（包括攀登加利福尼亚州约塞米蒂国家公园的埃尔卡皮坦峰和半圆顶），磨练了评估航空航天决策风险的能力。 与 Talon-A 的其他工程决策一样，做出重大决策的首要任务是进度表——快速设计和建造飞机，以便快速获得客户。

“虽然他们可能更喜欢我们飞得更快、飞行时间更长，但他们首先会选择飞行，”卡塞比尔说。 成本和技术性能是第二和第三个优先事项。

Talon-A 的热防护材料需要能够承受多达 20 次飞行而不在高超音速下熔化，这意味着速度大于 5 马赫且比任何子弹都快。 即使是短途飞行，飞机以高超音速在空气中移动时的摩擦也会产生 500 至 1,100 摄氏度的温度，这个温度足以消除航空中的常见金属。

“如果你将不锈钢材料或钢铁材料放入该环境中，它会发出橙色和黄色的光。 如果将铝材料放入飞行环境中，它就会熔化； 它甚至不会存在，”卡塞比尔说。 “作为一名工程师，这确实让你陷入了必须采用性能越来越高的材料的境地。”

他们考虑了 20 世纪 50 年代末高超音速项目中飞行的热材料。 “理想情况下，我们希望选择过去已经开发出来的材料。 我们从来不希望这辆车本身成为实验，”卡塞比尔说。

三架 X-15 是一种有人驾驶的火箭动力飞机，从 1959 年到 1968 年，美国空军和 NASA 飞行了 199 次，它们的外壳都覆盖了铬镍铁合金（一种镍铬合金）。 NASA 的两架无人驾驶、消耗性 X-43A 是第一架由吸气式发动机驱动的高超音速飞机，每架都在 2004 年飞行过一次，并由复合碳碳瓷砖覆盖物保护； 他们在飞行后坠入太平洋，没有被找到。 空军的 X-51A 也是无人驾驶的吸气式发动机，在 2010 年至 2013 年的高超音速飞行中收集了 9 分钟的数据，同时采用了类似于 NASA 航天飞机轨道飞行器上的硅基材料进行热保护和瓷砖。 一架 X-51A 在试飞期间停止发射后，飞行控制人员将其摧毁； 另一艘则因控制鳍故障而丢失； 另外两架飞入太平洋。

对于 Stratolaunch 来说，事实证明，最好的选择是来自航天飞机计划的热防护材料，以及美国宇航局通过《太空法案协议》与该公司共享的数十年的工程、制造和研发数据。 到 2020 年初，卡塞比尔选择了多年来安装在航天飞机上的“最新、最好”的热防护材料：即将着陆的轨道器下腹部可见的黑色瓷砖； 以及带有白色表面涂层的毯子材料，可重复使用的表面绝缘毡，这是航天飞机上的白色覆盖物。

对于“Talon-A”机身（内部结构），卡塞比尔必须选择一种能够在高超音速的空气动力载荷下承受重复飞行的材料，为飞行器内部携带的部件提供安装结构，并且还能粘附在热载体上。 表面有保护材料。 考虑了以前的高超音速和通用航空飞机中使用的金属，例如铝、铬镍铁合金、不锈钢和钢以及钛。 但卡塞比尔在 2020 年初决定采用碳纤维复合材料制造机身，不是因为其相对于金属材料具有优越的强度，而是为了速度。

“这是我们团队快速设计和制造机身以执行这些飞行的最快方法，”他说。 另一方面，金属机身需要更长的交货时间来加工和设置装配，而且一旦装配过程确定，它们就更难以修改。 

近期，Stratolaunch 已预订客户在 TA-1 上进行测试——目标是在今年晚些时候进行首次高超音速飞行。 那只“利爪”号从洛克释放后将坠入太平洋，船上的任何硬件都无法恢复。

克雷沃尔说：“这凸显了这个国家对高超音速飞行测试的真正需求和需求，”也许还有高超音速讨价还价：他指出，首次飞行的客户将获得“令人尖叫的交易”。