不一样的巨鸟——”同温层发射“飞机

引子：“同温层发射”飞机首飞之后，我就写过一篇介绍性文章。那篇文章除了科普以外，也是对企业家，发明家保罗?G?艾伦（Paul G.Allen）的敬意。现在，两个多月过去了，随着新的信息的涌现和更深入的了解，我准备以这篇新的文章对同温层发射系统公司和它的巨鸟做一个更详细的描述。我真诚地希望有更多的中国成功企业家能够向微软的艾伦、SpaceX的伊隆?马斯克，维珍集团的理查德?布兰森，以及亚马逊的杰夫?贝佐夫一样，投身到人类开发宇宙的事业中去。我们的前程如星辰大海！

凭借其六个发动机，双机身和两个尾翼，“同温层发射”号飞机和其他飞机相比显得如此与众不同，鹤立鸡群。这也许是因为建造它的目的本身就是为了执行非普通飞机能够承担的任务——运载火箭到空中发射，将卫星等有效载荷送入低地球轨道。

2019年4月13日，在经过制造商同温层发射系统公司（Stratolaunch Systems Corporation）及其合作伙伴扩展复合材料（Scaled Composites）公司的多年开发之后，这架国际民航登记号为N351SL的巨型飞机在加利福尼亚州的莫哈韦航空航天港（Mojave Air and Space Port）首次飞上天空。

晨曦中的“同温层发射”飞机

在飞行员埃文?托马斯（Evan Thormas）和克里斯?瓜伦特（Chris Guarente）的驾驶下，首次飞行进行了149分钟，最高时速达到了165节（305公里/小时），飞行最大高度为5182米。托马斯和瓜伦特在飞行过程中评估了飞机的基本性能和操控品质。关于首飞的 道，可以参考我的文章《世界上最大的飞机完成了首飞试验》。

空中发射火箭

使用大型飞机在空中发射火箭，将有效载荷送入轨道并非一个新的主意。很久以来，航天人员就热衷于进行这方面的研究和开发。因为与从地面固定发射台垂直发射入轨的常规方法相比，空中发射具有若干优点：

“同温层发射”飞机发射火箭的示意图，爬升20分钟后在10650米左右发射火箭

微软公司的联合创始人亿万富翁保罗?G?艾伦决定资助一个项目，开发一种移动发射系统，使进入太空轨道更方便，更可靠，更具有经济性，并且可以更频繁和随叫随“射”。这最终导致了其在2011年成立了同温层发射系统公司。

去年年底去世的艾伦此前也资助了扩展复合材料公司的“太空船1号（SpaceShipOne）”的开发，这是由“白骑士（White Knight）”运输机在空中发射的飞船，并于2004年赢得了“安萨里X奖项（Ansari X-Prize）”。该奖项是X基金会（X Foundation）为奖励第一个成功实现亚轨道飞行的私营企业在1996年5月设立的。在2004年被冠以“安萨里”的名字，以感谢X基金会的巨额捐款人——伊朗裔美国企业家安西?安萨里（Anousheh Ansari）和阿米尔?安萨里（Amir Ansari）表姐弟。前者也是第一位进入太空的伊朗人，第一位自费登上国际空间站的女性（不分性别的话，第四位）。

发射“太空飞船1号”的”白骑士”飞机

同温层系统公司随后与扩展复合材料公司签订合同，为其建造太空飞船空中发射运载飞机。最初，SpaceX也参与了该项目，希望利用同一种飞机发射该公司的猎鹰火箭。然而，SpaceX在2012年退出了该计划。第二年，同温层发射系统公司宣布其新型空中发射载机将使用诺斯洛普?格鲁曼创新系统（Northrop Grumman Innovation Systems）分部的“飞马座（Pegasus）”火箭作为其有效载荷。

诺斯洛普?格鲁曼公司的“飞马座”空中发射火箭

大鹏鸟

北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也；化而为鸟，其名为鹏。鹏之背，不知其几千里也。——《庄子?逍遥游》

作为生产运载机研发工作的一部分，扩展复合材料公司通过建造“演示飞机”来验证设计和核定制造成本。这项工作最终促成了“同温层发射”飞机的双平面机身，高展弦比上单翼的设计。这种设计和扩展复合材料公司用于“太空船1号”和“太空船2号”的“白骑士”和“白骑士2号”空中发射飞机一脉相传。

发射“太空飞船2号”的“白骑士2”飞机和“同温层发射”飞机具有相同的构造，只是一个迷你型

同温层发射系统公司表示，飞机的设计允许安全地运载有效载荷，加固的中心机翼可以“提供排列，稳定和悬挂多枚火箭进行发射”。“同温层发射”飞机可以携带多达三枚“飞马座”火箭，每枚火箭能够将370千克的有效载荷送入低地球轨道。

“同温层发射”飞机技术参数和设计特点

“同温层发射”飞机是有史以来世界上翼展最大的飞机

虽然“同温层发射”飞机的翼展很大，但长度仅为73米，与一架空中客车A380的长度相当，比波音747-8的机长（76.3米）短3.3米，比安-225的长度（84米）短11米，比20世纪30年代245米长的兴登堡级巨型飞艇更是短得多。后者是有史以来人类建造的最长飞行机器。

尽管如此，关于“同温层发射”飞机的一切都非常大，这为它赢得了“大鹏（Roc）”的绰号。整个飞机在尾部最高达到15米，双机身长73米，承载有效载荷的中央机翼宽29米。

普惠公司的PW4056涡扇发动机也是波音747-400的发动机，“同温层发射”飞机每个外部机翼装3台

地面测试和首飞

为了生产其巨型飞机，同温层发射系统公司在莫哈韦航空航天港建造了一个工厂，包括一个8,200平方米的车间，专门建造用于机翼和机身的复合材料。

N351SL号飞机在同温层发射系统公司在莫哈韦航空航天港工厂首次亮相

2017年5月，N351SL飞机首次在莫哈韦现身。随后进行了一系列的地面测试，首先是六台PW4056发动机在不同功率水平下的静态运行和加油测试，然后对机翼和垂直安定面上的飞行控制面进行初步评估，并检查了电气，气动，火灾检测系统和飞行控制系统。

最初的低速滑行测试于2017年12月进行，然后在2018全年直到今年的前几周进行了进一步的转向，制动和高速滑行测试，并在4月中旬进行了首飞。

首飞显示飞机的爬升速度很快

在“同温层发射”飞机的第一次飞行之后，试飞员托马斯说：“飞行本身很平稳，而且飞机的大部分都按预期工作，这正是你期望中的那种首飞。我们把飞机开到跑道终点做了一个非常漂亮和平稳地掉头，然后加速滑跑起飞。令人欣喜的是，飞机的爬升非常迅速。因此，当爬升到4572米（15000英尺）后，我们基本上直接开始根据测试卡片内容进行测试。”

“同温层发射”飞机的首飞体现了非常良好的操纵性

“在飞行的第一部分，我们检查了飞机的操控品质。它的反应和我们模拟和预测的一模一样。我们发现了一些不正常的小问题，但这是任何一架飞机首飞所不可避免的，这也是进行飞行测试的目的所在。我们检查完正常情况下的操控性能后，放下襟翼，然后重复了一遍操控性能测试，以看看它在降落时的操控表现。接着，我们检查了俯仰性能，然后又进行了一些滚转和偏航测试，以确保我们能够对齐跑道。所有这一切都表现良好。整个系统像手表一样运行。推进器，气动系统，液压系统……他们都跑得很好，很难让人想到它其实是一种非常复杂的飞机。我们能够专注于模拟练习一些进近方法，并准备回到陆地。”

完成试飞，准备降落

“飞机在触地的一刹那感觉很棒，起落架的感觉非常好。我们进行了一些修正，以便在减速时对齐跑道，并最终在我们想要的位置把飞机停了下来。老实说，对于这架如此复杂且与众不同的飞机而言，我实在不能在第一次飞行中获得更多东西了。”

未来——前程似锦还是昙花一现

毫无疑问，“同温层发射”是一架与众不同的飞机，创造它的工程设计也是极具开创性的，但它并不是能在空中发射卫星的唯一平台。

诺斯罗普?格鲁曼公司创新系统分部拥有自己的“飞马座”火箭发射平台——由洛克希德L-1101“三星（Tristar）”客机改装的“Starliner”火箭发射载飞机（国际民航编号：N140SC）。该机发射“飞马座”已有近20年历史。自1990年首次发射以来，它已经进行了40多次成功发射。

诺斯洛普?格鲁曼创新系统分布自有的“飞马座”火箭发射飞机是一架洛克希德的L-1011改装机

另外，维珍轨道（Virgin Orbit）公司计划使用一架名为“宇宙女孩（Cosmic Girl）”的波音747-400（国际民航编号：N744VG）来发射它的两级火箭“发射器一号（LauncherOne）”。在去年年底完成火箭捆绑试飞后，该公司正在准备首次测试发射。

维珍轨道公司用于发射“发射器一号”的改装过的波音747

鉴于从空中将有效载荷送入太空还是一个很小的市场，它是否能够容下所有这些空中发射平台还有待观察。而随着艾伦的逝世，同温层发射系统公司的资金链也一度受人质疑。

同温层发射系统公司表示，由于其飞机能够释放一枚或多枚运载火箭，因此在同一任务期间可以将多个有效载荷部署到不同倾角的轨道上。这将是与其他两个系统的最大区别和竞争优势，那些系统一次只能携带一个有效载荷。

“同温层发射”飞机的四种发射载荷，可以看到可以带三枚“飞马座”

尽管如此，同温层发射系统公司仍然暂停了它在去年宣布的开发包括三种载荷的飞行器系列计划：

3. 可重复使用的太空飞机：可实现高级在轨能力和携带载荷返回地球。初始设计针对货物运输进行优化，后续变型也将考虑人员运输。

在同温层发射公司 站上仍然列着四个不同的发射载荷，尽管后三个的研发已经停止

虽然这些项目目前仍在公司 站上列出，但在回答媒体提问时，同温层发射系统公司表示已经停止了对它们的开发。它在一份声明中说：“同温层发射正在结束他们的运载火箭和火箭发动机系列的开发。我们正在对我们的运营进行精简，专注于飞机本身和支持搭载诺斯洛普?格鲁曼‘飞马座’火箭的试验发射。”

同温层发射系统公司目前没有发布任何使用“同温层发射”飞机进行“飞马座”火箭试验发射的下一步计划信息。但根据首飞之后发布的信息表明，公司希望在2020年进行“飞马座”火箭的测试发射，并于2022年开始正式商业运营。

迎接“同温层发射”的会是一个灿烂的明天吗？还是一曲黄昏的悲歌？