太空魅影

從首架X-37B飛行器在2010年成功完成了太空之旅，到第2架X-37B飛行器無限期延長飛行任務(wù)，美國空軍在近兩年時間里對X-37B飛行器在軌期間所實施的任務(wù)一直秘而不宣，只是強調(diào)旨在為發(fā)展一種可重復(fù)使用的無人駕駛空天飛行器測試一些新材料和新技術(shù)，更是進一步引發(fā)了外界對這一項目的諸多猜測，特別是潛在軍事用途正在引起世界各國的密切關(guān)注。

莫衷一是

在X-37B飛行器的發(fā)射升空的前后，美國空軍官員透露，這種飛行器是為了試驗新的太空技術(shù)，并強調(diào)“這是一項秘密使命”。據(jù)稱，X-37B飛行器只處于“試驗階段”，但其中蘊含的技術(shù)可以用來“研究和發(fā)展具有更重要意義的東西”。目前，外界只是初步了解了X-37B飛行器的技術(shù)特點，但是對于它的任務(wù)細節(jié)則一無所知，特別是美國空軍對于改變現(xiàn)有局面的一些關(guān)鍵技術(shù)避而不談，更是吊足了人們的“胃口”，

為此，世界各國媒體紛紛做出各種推測。一是美國軍方在太空部署了多種成本高昂的軍用衛(wèi)星，借助于X-37B飛行器可以對這些設(shè)備進行維修、調(diào)整和升級。二是X-37B飛行器的機動性強，可以隨意偵察別國秘密，不用擔心被擊落。三是在同樣的技術(shù)條件下，X-37B飛行器也可以捕獲別國部署在太空的間諜衛(wèi)星、偵察設(shè)備或其他裝備，足以讓敵國的太空計劃陷入停滯。

與此形成對比的是，國內(nèi)一些媒體在解讀過程中有些過猶不及，主觀地將X-37B飛行器渲染成為一種“太空戰(zhàn)斗機”、甚至稱之為“太空轟炸機”，似乎來自太空的打擊轉(zhuǎn)瞬即至。從推進系統(tǒng)的角度來講，X-37B飛行器并不是真正意義上的空天飛機，只是具備了空天飛機從太空自主返回地面的能力，入軌仍然沿用了航天飛機的助推升空方式，目前尚不具備快速打擊地面目標的能力。

至于部署太空“艦隊”的能力似乎有些憑空想象。X-37B飛行器在著陸時必須長距離滑行，極易成為敵方防空系統(tǒng)的打擊對象，而這一軟肋有可能使得美國空軍花費重金獲得幾架太空戰(zhàn)斗機的優(yōu)勢變得無足輕重。同樣，由于存在運載能力有限、成本高和易受攻擊等缺陷，用X-37B飛行器運載導(dǎo)彈或其他武器也非常不切實際。

因此，當一些媒體紛紛將X-37B飛行器演繹為全球敏捷打擊的利器時，未免顯得過于偏頗?？陀^來說，X-37B飛行器依然還是一種空間技術(shù)驗證平臺，主要是為美國航天戰(zhàn)略目標發(fā)展服務(wù)。而在同年5月26日實施首次發(fā)射試驗的X-51A驗證機才有可能發(fā)展成為全球敏捷打擊的急先鋒。

從運行過程來看，X-37B飛行器長期在低地球軌道飛行，將其稱為“空間飛行器”更為準確，而從其未來的任務(wù)角色來講，X-37B飛行器具有很強的軌道機動能力，因此稱之為“軌道機動運載器”也比較恰當。特別需要關(guān)注的是，X-37B飛行器憑借著多項先進技術(shù)，能夠從近地軌道延伸到臨近空間，反之亦然，因此具備了軍事應(yīng)用潛力。

目前，X-37B飛行器還只是一種軌道試驗平臺，需要上百次的發(fā)射試飛來完成各項試驗任務(wù)，因此現(xiàn)在有關(guān)這項計劃得出結(jié)論還為時過早。但可以肯定的是，美國空軍正在穩(wěn)步地將任務(wù)領(lǐng)域從藍色天空拓展到黑色太空，而這源于20年前起步的探索與研究。

來龍去脈

20世紀90年代初，世界航空航天大國都加緊爭奪空天資源，紛紛研制與發(fā)展各種新型飛行器，過去功能單一的空間飛行器已經(jīng)不能滿足日益復(fù)雜多樣的空天任務(wù)需求。為了更好地開發(fā)與利用空天資源，這就要求未來飛行器應(yīng)具有多任務(wù)適應(yīng)能力，即飛行器不僅要能執(zhí)行太空任務(wù)，還要能執(zhí)行大氣層內(nèi)的任務(wù)。因此，人們就構(gòu)想出了一種既能在大氣層內(nèi)飛行，又能在大氣層外運行、且無需駕駛員操縱的新型飛行器，通常稱之為“空天無人飛行器”。

它集成了航空器和航天器的設(shè)計思想，是航空技術(shù)與航天技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，可以說代表了航空航天技術(shù)發(fā)展的最高水平。然而，外界首先容易感到困惑的是，各種媒體在報道X-37B項目時分別提到了空間機動飛行器（SMV）、X-40A驗證機和軌道試驗飛行器（OTV）等相關(guān)項目，它們之間到底存在什么聯(lián)系？這里做一個簡單梳理，以便了解X-37B飛行器的來龍去脈。

從90年代中期開始，波音公司承擔了美國空軍研究實驗室（AFRL）提出的SMV項目，旨在研制一種由航天飛機運載、在太空施放并且可回收的無人飛行器，其任務(wù)是在太空施放小衛(wèi)星、遙控監(jiān)測在軌衛(wèi)星和執(zhí)行在軌偵察任務(wù)。據(jù)波音公司介紹，這是一種可以在空間軌道上停留一年的小型飛行器，通過改變軌道傾角和軌道高度實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢，并且可以更換有效載荷來適應(yīng)多種任務(wù)需求。

根據(jù)美國空軍的設(shè)想，SMV能夠快速變換軌道傾角或軌道高度，具備很強的戰(zhàn)術(shù)能力：執(zhí)行對地偵察任務(wù)時，它可提供比目前偵察衛(wèi)星更快的反應(yīng)能力；執(zhí)行空間控制任務(wù)時，它可利用多種傳感器近距離觀察可疑的空間目標，摧毀敵對衛(wèi)星；執(zhí)行通信中繼任務(wù)時，它還可以短時間內(nèi)充當?shù)偷厍蜍壍佬亲奶娲l(wèi)星。

幾乎在同一時間，NASA首次公布“探路者”（Future-X）項目，目的是把發(fā)射0.454千克（1磅）有效載荷進入太空的成本從當時的10000美元降低到1000美元以下。針對這一要求，馬歇爾空間飛行中心首先提出一項X-37計劃，并負責領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)X-37計劃的研究工作。整個研制團隊包括位于加州芒廷維尤市的阿姆斯研究中心、佛羅里達州肯尼迪航天中心、馬里蘭州格林貝爾特市戈達德航天飛行中心、弗吉尼亞州漢普頓市蘭利研究中心，以及位于加州愛德華茲空軍基地的德萊頓飛行研究中心和美國空軍飛行試驗中心。

幾易其名

X-37計劃試圖通過研制一種試驗飛行器，作為機體、推進和操縱等40多項技術(shù)的風險降低驗證平臺，從而使得空間運輸成本大大降低。計劃啟動之初，NASA曾經(jīng)設(shè)想制造2架飛行器，一架稱之為進場和著陸飛行器（ALTV），另一架稱之為軌道飛行器，分別用于完成不同階段的驗證任務(wù)。

兩項計劃雖然分屬于軍事和民用領(lǐng)域，但所發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)可謂殊途同歸。波音公司敏銳地看到了SMV項目所發(fā)展的技術(shù)在商用可重復(fù)使用空間飛行器市場的應(yīng)用潛力，于是在1997年底正式公開了為SMV項目研制的一種縮比90%的綜合技術(shù)試驗平臺（ITTB），即X-40A驗證機。其后，NASA與美國空軍經(jīng)過協(xié)商，決定將X-40A驗證機作為X-37計劃的亞音速氣動試驗平臺，替代ALTV，從而節(jié)省了部分資金。

1998年8月11日，X-40A驗證機的投放試驗在霍洛曼空軍基地進行。它由一架UH-60直升機攜載到2750米的高度后進行投放，在綜合慣性導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)的控制下，自由滑翔了90秒，近乎完美地著陸在22號跑道上。在順利完成首次滑行試飛后，美國空軍認為自主滑行試驗已經(jīng)達到了預(yù)期目標，因此決定不再進行其余4次投放試驗，最后將X-40A驗證機移交給NASA。其后3年間，NASA利用X-40A驗證機先后實施了低速/低空試驗，驗證了飛行動力學，擴大了飛行包線。

此后，美國空軍因為預(yù)算問題退出了X-37計劃，NASA也由于各種原因多次推遲研制進度。2004年9月，NASA決定將X-37計劃移交給美國國防部預(yù)研局（DARPA），由后者繼續(xù)發(fā)展一種長時間續(xù)航、可重復(fù)使用的X-37A全尺寸空間飛行器。

2006年9月，DARPA通過成功地實施了一系列系留飛行和自由飛試驗，完成了X-37計劃中ALTV部分的測試任務(wù)。盡管DARPA并未繼續(xù)制造NASA提出的X-37軌道飛行器，但是這一設(shè)計方案成為美國空軍X-37B軌道試驗飛行器計劃的起點。同年11月，美國空軍突然對外宣布，決定支持X-37計劃的研制和試驗工作，并劃撥了專項資金。順理成章，DARPA又將X-37計劃轉(zhuǎn)交給美國空軍，由美國空軍快速響應(yīng)能力辦公室（RCO）負責管理一種全新軌道試驗飛行器的研制與試飛工作，簡稱為OTV項目。在經(jīng)歷了多次反復(fù)之后，X-37B項目作為一個延續(xù)項目正式啟動。

根據(jù)合同，波音公司鬼怪工廠將X-37B飛行器設(shè)計成為一種由火箭發(fā)射到低地球軌道的空天飛行器，可在這一高度執(zhí)行長時間的空間技術(shù)實驗和測試。完成預(yù)定任務(wù)后，X-37B飛行器可按照地面發(fā)出的返回指令，自主地再入大氣層、下降和在跑道上水平著陸。美國空軍在介紹X-37B飛行器的任務(wù)時，強調(diào)這是一種非作戰(zhàn)系統(tǒng)，主要驗證一種可重復(fù)使用的無人駕駛空間試驗平臺，目標是在實施空間試驗、降低技術(shù)風險的基礎(chǔ)上發(fā)展一種作戰(zhàn)概念。

設(shè)計特點

對于X-37B飛行器，媒體更多地關(guān)注于它的空間能力和潛在用途，在一定程度上忽略了其在總體設(shè)計方面的一些特點。當“阿斯特拉5”501型火箭矗立在發(fā)射場的時候，人們只能看到火箭頂部直徑達5米的整流罩，根本無法親眼目睹里面的X-37B飛行器。

作為最新型的再入大氣層飛行器，X-37B飛行器在外形尺寸和重量上要比航天飛機小得多，機長只有8.9米，機高為2.9米、翼展為4.5米，發(fā)射重量為4990千克。為了順利返回到地面，它在氣動設(shè)計上具備了飛機的主要特征，與剛剛退役的航天飛機大同小異。

X-37B飛行器采用了一個更加圓鈍的機頭，兩側(cè)部位和上方分別設(shè)計有機動變軌推進器，也稱之為反作用控制系統(tǒng)（RCS），用于改變飛行軌跡。機身前段的內(nèi)部裝有航空電子設(shè)備和控制系統(tǒng)，后部裝有噴氣燃料箱和動力裝置。

與航天飛機相類似，X-37B飛行器的機身中段設(shè)計有一個頂開式有效載荷艙。按照當初NASA的設(shè)計，載荷艙的長度為 2.13米，寬度為1.22米，能夠容納重達227千克的有效載荷。隨著美國空軍負責管理這項計劃，波音公司鬼怪工廠是否會根據(jù)軍事用途需要，改進載荷艙的尺寸，目前尚不得知。

機翼采用了細長邊條翼與短小三角翼組合而成的雙三角翼，后緣設(shè)計有全翼展的襟副翼。值得注意的是，X-37B飛行器在機翼前緣采用了一種強化單體纖維增強抗氧化劑復(fù)合材料（TUFROC），具有顯著的抗氧化損傷的特性。與航天飛機在機翼前緣采用的碳碳復(fù)合材料相比，TUFROC不易氧化，表面材料更厚，因此傳熱過程更長一些。而且，這種新材料的重量較輕，能夠使X-37B飛行器攜帶更多的有效載荷。

機身后段的兩側(cè)設(shè)計有機動變軌推進器，內(nèi)部裝有一個推進劑箱、一臺火箭發(fā)動機和控制面操縱系統(tǒng)。

與航天飛機只有一個垂直安定面不同，X-37B飛行器采用了兩個較短的外傾式安定面，將方向舵和升降舵的功能集于一身，因此稱之為方向升降舵。這一設(shè)計在確保方向力矩的情況下，有效地降低了機體高度，便于使這個飛行器裝入到“阿斯特拉5”火箭的整流罩內(nèi)。

在X-37B飛行器以高速、大迎角再入大氣層的過程中，方向升降舵減少了機動變軌推進器在操縱配平和控制時所需的推進劑，為在后機身上方設(shè)計一塊減速板提供了空間。減速板只是在下滑、進場和著陸前，用于控制飛行器的滑行過程。

外界容易忽視的是，X-37B飛行器還在機身后部設(shè)計有一塊燃氣舵面。在軌道飛行中，它與機身腹部保持一體，在變軌過程中可以根據(jù)控制指令改變角度，相應(yīng)地產(chǎn)生俯仰力矩，及時地改變飛行器的迎角，減少變軌系統(tǒng)所消耗的能量。

從X-37A項目到X-37B項目，飛行器在設(shè)計過程中優(yōu)化了變軌動力系統(tǒng)。最初，NASA的研制人員考慮到過氧化氫具有密度大、易儲存、可經(jīng)受在軌長期停留考驗等因素，為X-37A飛行器選擇了過氧化氫和JP-10煤油作為AR2-3火箭發(fā)動機的推進劑，可以較好地滿足太空飛行的安全性要求。AR2-3火箭發(fā)動機是一種由羅克達因公司生產(chǎn)的推力可調(diào)、單推力室的火箭，主要用于短時間加速飛行，改變在軌飛行速度，而且在完成軌道飛行任務(wù)后，推動X-37A飛行器脫離軌道，進入大氣層。

隨著NASA將X-37A項目轉(zhuǎn)交給美國空軍，鬼怪工廠在研制X-37B飛行器過程中，為了降低了研制風險，采用了一臺R-4D發(fā)動機，作為姿態(tài)控制發(fā)動機。由此，X-37B飛行器放棄了使用無毒易儲的過氧化氫和JP-8煤油，轉(zhuǎn)而采用更加成熟的四氧化氮/肼燃料。正是借助于R-4D火箭發(fā)動機和RCS系統(tǒng)，X-37B飛行器具備了空間軌道機動能力。它可以利用主發(fā)動機的短暫工作，實現(xiàn)大幅度變軌，此后還可以借助RCS系統(tǒng)精確調(diào)整軌道位置。

測試項目

當首架X-37B飛行器發(fā)射升空并到達預(yù)定軌道后，美國空軍空間司令部的第3空間試驗中隊負責控制遙測、指揮和控制。美國空軍表示，X-37B飛行器可以根據(jù)不同任務(wù)的需要，在低地球軌道持續(xù)飛行2～270天，但并未透露相關(guān)的軌道運行參數(shù)，而且對于其有效載荷和具體試驗項目嚴格保密。隨著第一架X-37B飛行器在2010年12月3日順利返回地面，外界最為關(guān)心的是，美國空軍利用它在太空執(zhí)行什么試驗任務(wù)。

從所承擔的任務(wù)來看，首架X-37B飛行器通過在軌飛行優(yōu)先實施了軌道機動能力、臨近空間超音速飛行再入能力等試驗項目，力求突破一些技術(shù)，發(fā)展成為一種可重復(fù)使用的、有自主飛行能力的軌道轉(zhuǎn)移飛行器，從而降低出入太空的成本，為美國航天戰(zhàn)略目標的發(fā)展服務(wù)。

X-37B飛行器的首要目的是檢查飛行器系統(tǒng)和設(shè)計部件，其次強調(diào)更加先進的傳感器技術(shù)，特別是后一能力有可能將更重要的事情帶入到后續(xù)任務(wù)中。美國空軍RCO負責X-37B計劃的經(jīng)理特洛伊·吉斯中校表示，飛行還成功地試驗了飛行器快速開啟載荷艙門、展開太陽能電池板的能力。

3副太陽能板分別安裝在機身前段兩側(cè)和機身中段的載荷艙內(nèi)，通過機械臂伸出而展開，在整個空間任務(wù)期間提供電源。載荷艙的艙門內(nèi)側(cè)安裝有嵌入式散熱板，可以將熱量散發(fā)到太空中。從工作程序來看，X-37B飛行器進入預(yù)定軌道后，將陸續(xù)展開3副砷化鎵太陽能板，為鋰離子電池組充電。與航天飛機使用燃料電池不同，它采用了小型太陽能電池和鋰離子電池組作為在軌飛行時推進的動力，持續(xù)為電子設(shè)備和機電作動器提供電力，使在軌飛行時間大幅度增加，最長可達9個月。

在OTV-2發(fā)射升空后，吉斯稱此次任務(wù)的目的之一是檢查采用了新穎設(shè)計的太陽帆系統(tǒng)的工作性能。為此，英國《新科學家》雜志在網(wǎng)站上發(fā)表分析文章，從波音公司曾經(jīng)申請的專利中推測了X-37B飛行器的一些技術(shù)細節(jié)。早在2003年6月，波音公司申請了一項太陽帆快速折疊和裝載的專利技術(shù)，即把太陽帆安裝在載荷艙之內(nèi)，就可以不再需要固定可折疊太陽帆的大型插銷，而且太陽帆的總體積僅為0.2立方米，不會過多占用載荷艙。如果X-37B飛行器采用了這項技術(shù)，那么它就能隨時收起太陽帆，然后點燃推進器，迅速改變飛行軌道，從而更加神秘莫測。

按照美國空軍的說法，X-37B計劃將驗證小型可重復(fù)使用航天器方案的可行性，通過測試一些空間新技術(shù)，直接支持國防部有關(guān)新型衛(wèi)星系統(tǒng)的技術(shù)風險降低工作?？梢?，X-37B飛行器將作為一個“在軌實驗室”，營造一種空間試驗環(huán)境，驗證未來軍用新技術(shù)和新部件，并將衛(wèi)星傳感器、子系統(tǒng)、各種部件和相關(guān)技術(shù)高效地轉(zhuǎn)移到其他空間項目中。特別重要的是，X-37B飛行器的可重復(fù)使用能力使美國空軍在其返回后可以全面檢查各種硬件，以發(fā)現(xiàn)和認識這些技術(shù)在空間長期工作后的狀況。

美國空軍負責空間計劃的副部長助理加里·佩頓對外界表示，X-37B飛行器在軌測試的新技術(shù)“比航天飛機的技術(shù)先進一代”。這些技術(shù)包括先進的導(dǎo)航和控制方式、石英陶瓷熱防護系統(tǒng)、航空電子設(shè)備、高溫結(jié)構(gòu)與密封、可重復(fù)使用的保形隔熱材料和輕型機電飛行控制系統(tǒng)。此外，X-37B軌道飛行器將驗證自主軌道飛行、再入和著陸。

對此，美國一些空間專家認為，實際情況肯定要復(fù)雜得多。從性能上看，X-37B飛行器具有明顯的軍事用途，可以用于驗證非合作式在軌交會對接技術(shù)，即在太空進行捕捉衛(wèi)星的試驗。同時，它還能測試衛(wèi)星變軌與規(guī)避技術(shù)。因此，X-37B飛行器可以認為是承擔了美國空軍一部分太空戰(zhàn)任務(wù)的航天器。