4月23日早7時28分，中國首款由商業航天公司研製的超音速空天飛行器——天行I號，在西北大漠首次試飛成功。
西安電子科技大學參與了電氣系統研製和技術攻關，並開展了臨近空間探測科學實驗，將“一小時飛抵全球”的夢想向現實推進。
空天飛機，一小時飛抵全球
早在上世紀70年代，科幻作家們就設想過“空天飛機”的概念——一種火箭與飛機的結合體，既可以用火箭發動機升空加速，還能夠用翅膀提供升力和控制力，在稀薄的大氣層邊緣像飛機一樣平穩飛行。由於高空大氣稀薄、阻力更小，理論上它的飛行可以接近火箭的速度，比客機快十幾倍。比如北京至上海飛行時間只需5分鐘左右，1個小時內可飛抵全球各地。
高難度的180度側傾轉彎特技動作
這架由民營航天企業——凌空天行公司發射的空天飛行器“天行I號”，將這一想法向現實推進了一步。它既像是火箭，又像是飛機，就是一架“空天飛機”的雛形，看起來就像是“長著翅膀的火箭”。它驗證了“空天飛機”飛行的關鍵動作，包括垂直髮射起飛、在臨近空間按照預定航跡自主飛行，並且試驗了傾側180度翻身、C字“急轉彎”等多個極限動作。最後還嘗試了整體降落返回地面，將寶貴的科學載荷完好帶回。
西電研製的“一體化靈巧相機”，在臨近空間拍攝了大氣層邊緣的視頻
既能垂直髮射起飛，還能整體降落返回
地球的大氣層厚度約為100千米，衛星只能在大氣層外的軌道環行，否則會與大氣摩擦而燒燬；另一方面，飛機只能在高度20千米以下飛行，因為高空大氣太稀薄難以點燃航空發動機。所以，在海拔20-100千米之間就留下了一段神秘的空白區域，叫做“臨近空間”，即大氣層的邊緣地帶。臨近空間是目前的研究前沿，特點“能上能下”。“能上”就是說加一級火箭就可以發射衛星到指定軌道；“能下”就是說可以回收再利用，作為常規運輸給人、給物提供一個高速運輸平臺。這個空間介於飛機和衛星軌道之間，是進出太空的必經之地，也是未來重要的飛行走廊——向上飛可以進入太空，比如加一級火箭就可以發射衛星到指定軌道；平飛可以作為一臺飛行的實驗室，開展對臨近空間的科學探索；向下則可以重返地面，提供一個高速運輸平臺。由於空氣稀薄阻力更小，理論上可以接近火箭的速度，按此推算未來北京至上海的飛行時間只需5分鐘左右，1個小時內可飛抵全球各地。
這次發射的飛行器所用的發動機是固體發動機，未來還會使用液體發動機。這架空天飛行器飛行在距地面20千米到100千米的“臨近空間”，即大氣層的邊緣地帶。“天行I號”總長8.7m，翼展2.5m，起飛質量3700kg，全程亞軌道飛行，最大飛行速度超過4300km/h（約3.5倍音速）。飛行時間572秒，飛行距離66千米，最後通過傘降的方式返回地面，本體有部分損傷。
最大技術挑戰，貢獻西電智慧
天行號最大的技術挑戰是將飛機與火箭相結合，這比單純的火箭升空難度更大。它既要以火箭的形態垂直髮射，又要以飛機的姿態來水平飛行，還要以傘降的形式回收。在發射過程中，控制系統要克服飛機外形帶來的阻力和干擾；在飛行階段，飛機的機翼、舵面等部件要承受火箭速度帶來的各種嚴酷考驗；在回收階段要精確控制回落點，最後還要在降落傘回收過程中，利用飛機的舵面調整降落姿態，在觸地前一瞬間開啟緩衝氣囊保證安全水平落地。為了達到這些要求，它要克服氣動、防熱、控制、通信等一系列技術難題。
西安電子科技大學師生研究團隊
這次首飛試驗，西安電子科技大學總共搭載了10臺單機載荷，開展了多項空天新技術飛行驗證，以及臨近空間環境探測等方面研究。其中包括新型的一體化無線高清攝像系統，將傳統的高清攝像機、圖像壓縮器、無線傳輸等三部單機集成化，體積縮小了十幾倍，功耗降低至3瓦左右；該載荷被選作天行I號的主攝像機，完整拍攝並通過遙測實時傳輸了掠過大氣層邊緣的全過程。
西安電子科技大學還開展了艙內UWB無纜化信息傳輸技術的體系化驗證，驗證了伺服控制迴路、圖像數據流、多點傳感器網絡的高實時性無纜化傳輸技術。運用該技術，在機艙的內壁和頂部佈置了多個測點，獲得了高分辨率的氣動熱效應過程，而且在佈局狹小的機艙內，大幅減少了電氣系統中電纜的數量。
此外，天行號內部還安裝了兩部西安電子科技大學研製的高能粒子探測器，對能夠穿透倉壁進入飛行器內部的多種高能粒子進行統計。這些探測器將長期安裝在天行系列飛行器上，在後續的多次飛行中，逐漸累積臨近空間不同高度的測量數據，將會對未來空天飛機的電子系統可靠性設計、人身安全劑量評估提供十分有價值的參考。
更遠目標挑戰，貢獻西電力量
據悉，天行號的將來會是一個系列化的飛行平臺，提供從科學試驗到運載入軌等多種航天服務。其中，天行I號和II號都是單級可回收飛行器，垂直起飛、水平降落，具備回收和部分重複使用能力。II號是I號的升級版，其運力更強、成本更低。它們主要面向空天科學試驗，可作為獨立的運載器，實現可返回的亞軌道飛行；相比傳統單次使用模式，可節約60%以上發射成本。
此次成功發射的火箭為天行後續型號打下基礎的同時也為航天打開了新的大門：以後不必每次都重新制造龐大的第一級火箭了，此舉可以有效降低發射總成本。另外，未來規劃中的“天行III和IV“是亞軌道太空飛機，可以提供快捷入軌服務，還會催生新的廉價太空旅遊產業。遠景目標是將整個地球村納入1小時商圈範圍，以讀者們都可以買得起的票價，提供亞軌道飛行、太空旅遊和全球快速運載服務。
在商業航天的推動下，對臨近空間開發利用的時代已經到來。天行I號標誌著商業化的飛行試驗已經成為了現實，也許在不遠的將來，整個地球村將被納入1小時商圈範圍，人人都可以購買亞軌道飛行、太空旅遊和全球特快運載服務。為了祖國和人民的利益和夢想，為了全球科學技術的創新和發展，西安電子科技大學充滿信心，時刻準備，繼承和弘揚“特別能吃苦，特別能攻關，特別能戰鬥，特別能奉獻”的航天精神，與“艱苦奮鬥、自強不息、求真務實、愛國為民”的西電精神。在這一輪新的浪潮中，西安電子科技大學已經搶佔先機，今後還將繼續發揮電子信息領域的優勢，為探索利用和開發臨近空間以及中國自己的可重複使用飛行器做出應有的貢獻！
文章部分素材來源：西安電子科技大學官微
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