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问题描述

水平起降组合动力运载器各系统间耦合紧，复杂程度高，需要充分发展一体化设计技术，目前仍处于概念研究阶段，技术途径尚不明朗，各国正开展多途径探索。 发展水平起降组合动力运载器一体化设计技术，需要突破先进组合动力、智能飞行控制、轻质防热/承力材料、快速维护保障等一大批核心关键技术，需要推动空气动力、材料、动力、控制等多个基础学科的发展，需要促进加工、制造、试验等工程能力的大幅提升。

问题背景

组合动力由两种或两种以上单一类型发动机，例如涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机等，通过热力循环与结构布局，有机融合形成新型动力装置。与单一发动机相比，组合动力发动机工作模态更多，飞行高度速度包线更宽，综合性能也更高。目前，组合循环动力技术主要包含火箭基组合循环动力、涡轮基组合循环动力及预冷类组合循环动力等。 水平起降组合动力运载器采用多种模式组合的动力系统，可在稠密大气、临近空间及跨大气层高速飞行，具有水平起降、按需发射、自由进出空间、重复使用的特征，其载荷投送效率高、任务适应能力强、应急响应速度快、运输使用成本低,是未来自由进出空间、有效利用太空的有效途径，可带动科学技术领域跨越式发展，将成为国民经济新的增长点。 水平起降组合动力运载器一体化设计技术依托于先进组合动力、新型推进剂、复合材料、高精度仿真、先进制造等前沿科学技术，使运载器实现更丰富的飞行任务模式、更高的经济性。 发展水平起降组合动力运载器一体化设计技术，能够有力支撑未来快速进出空间、深空探测等任务，推动未来航天运输的革命性发展，并对未来产生深远的影响。

最新进展

水平起降组合动力运载器一体化设计技术逐步成为当今航天运输系统的热点、难点和竞争点，作为前沿技术的代表之一，国内外从未停止探索创新的步伐。 美持续以组合动力空天飞行器为目标开展了大量的研究工作，实施了一系列的研究计划，推动了相关技术的发展。进入21世纪，美国提出了国家航空航天倡议（NAI），基于此开展了X-43A、HyFly、X-51A等一系列地面和飞行试验，充分验证了Ma4-10范围内亚燃和超燃冲压发动机技术及机身一体化设计相关技术的可行性。同时，确立了从一次性使用到重复使用，从两级入轨到单级入轨，从火箭动力到组合动力的空天飞行器技术发展路线。欧洲部分国家以空天飞行器为牵引，分别提出了两级入轨的SANGER计划、单级入轨的SKYLON空天飞行器方案等，重点开展了吸气式推进、气动热力学和推进一体化、材料与结构等领域的技术研究。 近年来，国内针水平起降组合动力运载器相关的高超声速飞行器、组合动力飞行器等技术也开展了大量研究工作，高超声速技术取得重要突破，组合动力飞行器技术取得初步成果，为发展水平起降组合动力运载器一体化设计技术奠定了基础。 水平起降组合动力运载器作为未来航天运输的重要发展方向，依赖于先进组合动力、先进材料与制造技术等的革命性跨越，实现更高性能的空天一体化运输和航班化运营。针对水平起降组合动力运载器的一体化设计技术研究，需突破多项关键技术，主要包括： 1)高集成组合循环动力系统一体化设计技术 2)高协同机体/推进一体化设计技术 3)气动/动力/控制多学科一体化设计技术 4)动力/环境/任务多约束轨迹优化设计技术 5)能源生成与热管理一体化设计技术 6)内外流多物理场一体化仿真与试验技术 7)重复使用防热结构一体化设计与制造技术 预测与健康管理技术

重大意义

发展水平起降组合动力运载器一体化设计技术具有重要的战略意义。通过开展水平起降组合动力运载器一体化设计技术研究，保证运载器高性能、高可靠、安全运行，能够以更加经济有效的方式满足航天运输对于运行成本、使用效能和保障能力的需求。通过航班化运营的方式，可大大降低发射费用，作为降低航天发射成本的有效途径，可实现安全、快速、机动、环保地进出空间，支撑我国航天高密度发射任务，有效服务国民经济建设，推动社会经济快速发展。 发展水平起降组合动力运载器，能够大幅提升我国自由进出空间和利用空间的能力，是深入推进航天技术、实现由航天大国向航天强国迈进的重要内容。发展水平起降组合动力运载器，将进一步服务民生和国民经济，具有十分广泛的应用前景和社会效益。