第一节星际漫步——空天飞机
空天飞机是航空航天飞机的简称。顾名思义，它是既能航空又能航天的新型飞行器。它像普通飞机一样起飞，以高超音速在大气层内飞行，在30～100千米高空的飞行速度为12～25倍音速，并直接加速进入地球轨道，成为航天飞行器，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆。它将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。
与航天飞机相比，空天飞机多了一个在大气层中航空的功能，而且它起飞时也不再使用火箭助推器。以前，航空和航天是两个不同的技术领域，由飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动，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。
空天飞机能够达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。主要途径有：一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞重量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，减少维修费用。据估计，空天飞机的运输费用至少可降到目前航天飞机的1／10，甚至可降到1％。
空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置。这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合一体配置的动力装置。它由空气喷气发动机和火箭喷气发动机两大部分组成，空气喷气发动机在前，火箭喷气发动机在后，串联成一体，为空天飞机提供动力。
空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。降落时，两个发动机的工作顺序同起飞时相反。
此外，用空天飞机发射、维修和回收卫星，不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场和长达一两个月的发射前准备，也不受发射窗口的限制。它完成一次飞行任务后，经一周的维护就能再次起飞，能适应频繁发射的需要，它的投入使用，将使人类可以方便地进入空间。
空天飞机还具有重要的军事价值，可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用，这对进一步发挥战略空军的作用具有重要意义。空天飞机最高时速3万千米，可在海拔200千米的绕地轨道飞行。
未来的空间作战飞行器可依靠自身的动力系统或由空天飞机送入轨道，能执行多种任务，如：作为动能与定向能武器平台或侦察监视平台，部署、修理或破坏、回收军用小卫星等。其轨道机动能力很强，在轨道上可停留数周、数月乃至一年，并可随时应召返回地面，具有很强的战术应用能力。
实现空天飞机的技术难度比航天飞机更大，主要是三种动力装置的组合和切换：高强度、耐高温的材料和具有人工智能的控制系统等。研究表明，空天飞机高速飞行时，头部温度可达2760℃，机翼前缘达1930℃，机身下也可达1260℃。这些难题都需要进行大量的研究和技术攻关。
当前，美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本、印度等国家都在积极发展高超音速推进等相关技术，积极为研制空天飞机做各项技术储备。
第二节空间核能——原子能飞机
原子能是一种先进的动力能源。现在已有用原子能为动力的航母、潜艇。那么，未来会有以原子能为动力的飞机吗？
科学家在1956年就研究出了供飞机适用的原子能发动机，但原子能飞机始终没能上天。原因是产生原子能的核反应堆太大、太重了，一般飞机无法安装。
原子能飞机安装有核反应堆，用金属铀-235做燃料。
它的原子核在中子的轰击下会产生裂变放出中子，并释放出能量。但是核裂变时会发生对人体有害的核辐射，必须采用保护层进行隔离。
1956年1月，美国曾研制出核喷气发动机，但是由于其隔离防护设备过于庞大，无法安上飞机，最后花了10亿美元，15年的研制最终流产。
不过，由于能源费用上涨，科学家们又开始重新考虑原子能飞机设计方案。我们相信，在不远的将来，原子能飞机迟早会出现在人们的视野中。
第三节热能效应——太阳能飞机
太阳能飞机是以太阳辐射能作为动力源的飞机，它的动力装置是区别于其他飞机的主要标志。
太阳能飞机的动力装置主要由太阳能电池阵(板)、直流电动机、减速传动装置和大直径低转速的螺旋桨组成。太阳能电池阵由许多平铺在机翼、平尾或垂尾的太阳能电池片组成，用来利用光电效应将太阳能转变为电能。直流电动机把电能转化为机械能，通过减速传动装置，带动螺旋桨转动产生拉力克服飞行阻力，使飞机向前飞行。
太阳能飞机惊人的续航力来自取之不竭的阳光。从理论上说，只要能追上地球自转的速度，使自己永远暴露在阳光下，太阳能飞机就能永久飞下去，持续时间取决于部件的寿命极限。但实际上，飞机要跟上地球的脚步，需要以接近两倍音速飞行，因此现实中的太阳能飞机要永久飞行，还必须面对黑夜的挑战。
“太阳脉动”计划的研究和实施，将使太阳能飞机环球载人飞行在不久的将来上演。一旦实现，这将是太阳能飞机历史上首次载人作昼夜、长距离飞行。
“太阳脉动”计划面临的最大挑战正是彻夜飞行，因为夜间无法采集阳光，飞机只能依靠电池白天储蓄的有限能量。只要蓄电池的能量密度和重复充电能力、太阳能电池板的能量转换效率以及电动机的经济性达到足够水平，太阳能飞机在空中数周、数月地飞行下去，并不是一个遥不可及的目标。
按照设想，“太阳脉动号”飞机将由碳纤维制成，外形就像一只巨大的蚊子，表面覆盖有240平方米的太阳能光电板，装有一组400千克的锂电池，通过4台电动机驱动直径数米的螺旋桨缓慢旋转，能在10000米以上高度以70千米/时的速度巡航飞行。
太阳能光电板会将阳光转化为电能，储存到高技术超薄锂电池中，带动机翼上4个电动螺旋桨发动机，为飞机提供动力。在这样的飞行中，“太阳脉动号”从太阳得到的平均功率只与莱特兄弟1903年的飞机功率相当，这要求锂电池每千克的能量密度必须接近200瓦/小时。
超薄和柔性的太阳能锂电池要承受变形、振动、﹣60℃～﹢80℃的温度变化，还有强紫外线照射。制造宽达80米的超轻细长机翼也是前所未有的技术考验，在12000米以上高空驾驶，驾驶舱还需要增压、保温和除湿。另外，为节省能源减轻重量，驾驶舱设计得很小，只能容下一名飞行员。飞机的起飞将完全自动完成，白天它将逐渐升高，夜晚则缓慢滑翔下降，以节省宝贵的能量，飞机底部也将安装太阳能光电板，接受反射的阳光。
太阳能飞机是20世纪70年代随着太阳能电池的出现而问世的，当时只有微型型号，直到1980年才首次载人飞行，但从来没有进行过载人整夜飞行，而且飞行距离一直较短。
最着名的太阳能飞机是AeroVironment公司为美国宇航局的环境研究机和传感器技术计划研制的“太阳神”号无人机。
“太阳神”号活动机翼全面伸展时达75米，连波音747飞机也望尘莫及，可惜它在一次试飞中突然解体坠毁。
“太阳神”号耗资约1500万美元，用碳纤维合成物制造，部分起落架材料为越野自行车车轮，整架飞机仅重590千克，比小型汽车还要轻。“太阳神”在外形方面的最大特点就是有两个很宽的机翼，其机身长2.4米，而活动机翼全面伸展时却达75米，“太阳神”号机身上装有14个螺旋桨，其动力来源于机翼上的太阳能电池板。在早晨阳光不是很强烈时，“太阳神”号装备的太阳能电池可以为飞机提供10千瓦的电能，使飞机能够以每秒33米的速度爬高。中午时分，电池提供的电能达到40千瓦，飞机的动力性能达到最佳状态，以每小时30～50千米的巡航速度飞行。晚上，飞机则依靠储存的电能进行巡航飞行。
2001年研究人员将“太阳神”号运往夏威夷，装上65000片太阳能板，由地面两名机师透过遥控设备“驾驶”；在10小时17分的飞行中，“太阳神”号达至22800米的目标高度，超出喷气式客机飞行高度3倍多。
不幸的是，2003年6月26日，“太阳神”在试飞时突然空中解体，坠入夏威夷考艾岛附近海域。事后经调查，“太阳神”号在空中飞行36分钟后突然遭遇强湍流，引起两个翼端向上弯，致使整个机翼诱发严重的俯仰振荡，超出飞机结构的扭曲极限。
人们憧憬着太阳能飞机能像普通客机一样搭载乘客。尽管目前这一梦想还没有实现，但是无人驾驶的太阳能飞机给我们带来了希望。因为它制造简单，起飞方便，并且可以在高空停留很久，造价又比卫星便宜很多，所以它有望用于军事侦察和通信。
如果未来“阳光动力”飞机环球飞行获得成功，它将为人们开辟一条更为清洁的空中运输道路。
第四节光波传奇——微波飞机
用微波的能量做飞机的动力，是航空学家多年来的理想。但是，由于技术的问题，一直未能实现。目前，美国和加拿大等国家，已经开始对这种飞机进行实质性的研制，使这一理想的实现出现了曙光。
微波是一种波长较短的无线电波，早在19世纪，德国物理学家赫兹和美国科学家特斯拉就对它进行过研究。这种波可以聚集成一个很窄的波束，定向向外界发射。这样，它的能量不会分散，而且可以集中到一处去使用，这就为远距离使用无线电的能量提供了可能。
1899年，特斯拉在高楼上进行了微波发射的试验。第二次世界大战后，由微波传输能量的试验获得成功。接着，就有一些国家开始研究，怎样从地面发射微波能，供飞机作为发动机的动力。为了使飞机能得到足够的动力，可以多设一些微波发射站。通过定向天线，把各个发射站发出的微波集中到一起，对准飞机发射。而且要随着飞机的飞行，地面定向发射天线也要跟着一起运动，以便微波能可以持续不断地集中到飞行的飞机上。
微波飞机目前有两种设计方案。一种是螺旋桨飞机。这种飞机上装有半导体整流设备，它可以把地面射来的微波能，转变为直流电，直流电带动电动机，电动机带动螺旋桨旋转；另一种是喷气式飞机。
这种飞机可以将接收到的微波，直接加热喷气发动机的压缩空气，然后从尾喷管中喷出去。
1978年10月，加拿大设计了一种高空无人驾驶飞机。它的翼展长为4.57米，双翼呈V字形往上翘。机体后面装了一个大圆盘。在大圆盘和机翼上，装着一层薄薄的半导体硅整流二极管，类似太阳能飞机上的光电管。这架飞机的用途是准备作为微波通信的中继站，以代替通信卫星。
美国也设计了一种这样的飞机，它的翼展为46米，总重量为270千克，上面装有40马力的电动机来带动螺旋桨。供应这架飞机微波束的地面天线阵列分布面积为91米×91米，足以使飞机在2万米的高空，作“8”字形的航线飞行80天。这架飞机是为环境监控用的，上面装有68千克重的遥感设备，可拍摄地面交通和农作物、森林情况，采集大气中二氧化碳浓度等。
20世纪80年代，美国人设计了一种名为“阿波罗”号的喷气式轻型微波飞机。它以微波作动力，不过它上面装的是喷气式发动机。
微波能转化为热能后，使发动机工作，喷出气体而飞行。这是一架有人驾驶的飞机，可以爬高到12000米。2000年6月美国科学家利用微波将一小型飞行器成功地送入太空，标志着人类利用微波能量取得突破性进展。
微波飞机的优点是可以大大节省传统的燃料，减少燃气的污染。
但是，它却带来了另外一种污染，即电磁波污染，微波是一种对人体和环境都十分有害的电波。此外，目前这种飞机的造价（主要是地面微波发射设备）较大，而且飞机的载重也有待提高。
微波动力飞机不用带任何燃料，只有一台简单的直流电动机和微波接收整流装置。起飞时由蓄电池为电动机供电，待升高到100米后电池关闭，地面上的微波发生器通过锅形天线发射微波，飞机上的特殊天线把接收到的微波变成直流电，驱动由电动机带动的螺旋桨，这样飞机就靠微波作动力飞行了。
微波动力飞机重量轻，工作效率高，由于飞机所需的电能是由地面供给，因此它在空中飞行可不受燃料的限制。
目前加拿大、美国都已试制出了这种微波动力飞机。它在军事上可作为预警机守卫国土，也可作为高空侦察机。在民用方面，这种飞机可用来进行农业生长的监测、气象预报等，还可以装上雷达和通信设备，作为广播、电视、通信的天空中转站等。这种微波动力飞机是一种很有实用价值，又非常有发展前景的新型飞机。
