X-37B第4次飛行試驗(yàn)情況及其分析評論

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X-37B第4次飛行試驗(yàn)情況及其分析評論

Fourth Test Flight of X-37B

康開華（北京航天長征科技信息研究所）

1　概述

2015年5月20日，美國宇宙神-5運(yùn)載火箭第4次成功發(fā)射了X-37B軌道試驗(yàn)飛行器。此次任務(wù)中一同發(fā)射的10顆立方體衛(wèi)星（CubeSat）也成功入軌。

此前，美國空軍已經(jīng)公布了此次X-37B飛行任務(wù)將進(jìn)行的兩項(xiàng)試驗(yàn)。第一項(xiàng)試驗(yàn)是驗(yàn)證霍爾電推進(jìn)器設(shè)計(jì)改進(jìn)后的性能特征，該推進(jìn)器安裝在軍用“先進(jìn)極高頻”（AEHF）通信衛(wèi)星上；另一項(xiàng)試驗(yàn)是美國航空航天局（NASA）領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)材料研究，目的是檢驗(yàn)暴露于空間環(huán)境中的高分子材料、復(fù)合材料和涂層的特性。而此前空軍從未透露過X-37B飛行試驗(yàn)中所攜帶的有效載荷。

執(zhí)行第4次X-37B發(fā)射任務(wù)的宇宙神-5運(yùn)載火箭升空

2　兩項(xiàng)試驗(yàn)的基本情況

霍爾電推進(jìn)器

X-37B試驗(yàn)的霍爾推進(jìn)器由航空噴氣-洛克達(dá)因公司制造，功率4.5kW，利用電離和氙氣產(chǎn)生推力用于衛(wèi)星在空間執(zhí)行機(jī)動(dòng)操作。這種創(chuàng)新的電推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生類似于“水發(fā)出潺潺聲”的推力。不同于傳統(tǒng)的化學(xué)能發(fā)動(dòng)機(jī)在每次短時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)火所提供的較大推力，電推進(jìn)系統(tǒng)要求具備長期操作的能力，利用發(fā)動(dòng)機(jī)約0.27N的推力執(zhí)行飛行器的入軌操作等。盡管典型的化學(xué)能推進(jìn)系統(tǒng)可為衛(wèi)星提供快速機(jī)動(dòng)操作的動(dòng)力，但是它需要使用大量而沉重的燃料，并且導(dǎo)致必須利用更大、更昂貴的火箭執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。電推進(jìn)系統(tǒng)以氙氣作為燃料，其質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的化學(xué)燃料，并且結(jié)合其所具備的長期工作能力，電推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)勢凸顯出來。

美國空軍稱此次執(zhí)行的X-37B試驗(yàn)包括：收集空間操作環(huán)境中的霍爾發(fā)動(dòng)機(jī)的遙測數(shù)據(jù)，以及測量發(fā)動(dòng)機(jī)為飛行器提供的推力。最終的數(shù)據(jù)將用于驗(yàn)證和改進(jìn)霍爾發(fā)動(dòng)機(jī)，并提升環(huán)境建模能力。環(huán)境建模能力將增強(qiáng)從地面試驗(yàn)結(jié)果推算飛行器實(shí)際在軌飛行性能的能力。

霍爾電推進(jìn)器的排氣羽流

空軍研究實(shí)驗(yàn)室的湯姆少校稱，對于我們而言，空間至關(guān)重要。保密通信，情報(bào)、監(jiān)視和偵察（ISR），導(dǎo)彈防御，天氣預(yù)報(bào)，精確導(dǎo)航和定時(shí)均依靠空間?？臻g競賽日益加劇，具備更加高效的在軌發(fā)動(dòng)機(jī)對于美國意義重大，通過減少使用的燃料來降低成本，并增強(qiáng)航天器的操作靈活性、生存能力，延長使用壽命。

先進(jìn)材料技術(shù)

X-37B所執(zhí)行的另一項(xiàng)試驗(yàn)是檢驗(yàn)先進(jìn)材料，即為NASA開展的暴露于空間的材料和創(chuàng)新技術(shù)項(xiàng)目（METIS）測試新材料。X-37B將約100種不同的材料樣件帶入空間環(huán)境超過200天。NASA稱，正在進(jìn)行的METIS項(xiàng)目是基于“國際空間站”試驗(yàn)項(xiàng)目（MISSE）所開展的多項(xiàng)材料任務(wù)所獲得的數(shù)據(jù)。2001-2013年，MISSE試驗(yàn)了超過4000種樣件。MISSE和METIS將飛行試驗(yàn)多種小型樣件，包括多種高分子材料、復(fù)合材料和涂層等。

“國際空間站”上正在進(jìn)行的MISSE試驗(yàn)

同時(shí)參與MISSE和METIS試驗(yàn)項(xiàng)目的NASA馬歇爾航天飛行中心的米里亞姆稱，通過將材料暴露于空間環(huán)境并將樣件帶回地球，可獲得材料承受所處操作環(huán)境的重要數(shù)據(jù)。航天器的設(shè)計(jì)者可利用這些數(shù)據(jù)選擇最佳的材料用于特殊的應(yīng)用，如防熱系統(tǒng)、天線或其他空間硬件。

NASA官員稱，METIS試驗(yàn)項(xiàng)目正在研究多種由NASA、工業(yè)企業(yè)和其他政府機(jī)構(gòu)研制的航天器所使用的材料。在空間中經(jīng)過飛行試驗(yàn)的這些材料將逐步替代那些技術(shù)過時(shí)的材料。

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馬歇爾航天飛行中心的總工程師沃森·摩根稱，空間站和METIS材料試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)將改進(jìn)未來NASA火星探測航天器的壽命和操作。

3　此次發(fā)射后各方評論

美國空軍共有兩架X-37B軌道試驗(yàn)飛行器，第一次和第三次飛行任務(wù)使用同一架飛行器，第二次飛行任務(wù)使用了另外一架飛行器。但對于此次飛行任務(wù)，空軍并未透露是使用哪架飛行器，空軍發(fā)言人霍伊勒稱，X-37B項(xiàng)目選擇哪架軌道飛行器執(zhí)行飛行任務(wù)是基于試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，不公布該信息的原因是出于保護(hù)操作目標(biāo)的考慮。此外，他還稱，此次X-37B任務(wù)將在空間環(huán)境中檢查有效載荷系統(tǒng)或技術(shù)，使這些新技術(shù)更加成熟，并在飛行器返回后對這些技術(shù)進(jìn)行檢查。

與美國空軍的謹(jǐn)言慎行形成鮮明對比的是宇宙神-5火箭的運(yùn)營商—發(fā)射聯(lián)盟，其官員稱，X-37B任務(wù)的目的是為美國未來開展的空間和操作試驗(yàn)提供“重復(fù)使用航天器技術(shù)”。

負(fù)責(zé)X-37B項(xiàng)目的空軍快速能力辦公室主任瓦爾登稱，空軍將繼續(xù)對飛行器的性能改進(jìn)進(jìn)行評估，與其他機(jī)構(gòu)合作開展的試驗(yàn)將幫助美國提升空間技術(shù)的發(fā)展水平。2015年4月，瓦爾登還對媒體稱，對于X-37B的第4次任務(wù)非常期待，在成功地進(jìn)行了3次飛行驗(yàn)證任務(wù)后，美國空軍能夠?qū)⒀芯恐攸c(diǎn)從最初的檢驗(yàn)飛行器轉(zhuǎn)移到測試有效載荷本身上來。

美國電視廣播網(wǎng)哥倫比亞廣播公司（CBS）新聞報(bào)道，空軍航天司令部的約翰·海頓將軍稱，X-37B獨(dú)有的特征是：不同于衛(wèi)星，它能夠進(jìn)入空間并返回地球，將把帶入空間并長期暴露于空間環(huán)境的有效載荷再返回地球開展研究。針對X-37B項(xiàng)目的未來，海頓稱，無法確定該項(xiàng)目的未來將成為什么樣子，因?yàn)榭哲娬谶M(jìn)行試驗(yàn)。

4　前3次任務(wù)回顧

X-37B由波音鬼怪工廠制造，長8.9m、翼展4.5m、有效載荷艙長2.1m，以輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)替代了鋁合金結(jié)構(gòu)，通過展開的太陽能電池陣列供電。X-37B由宇宙神-5火箭帶罩發(fā)射，能夠在軌執(zhí)行機(jī)動(dòng)，任務(wù)完成后再入大氣層滑翔返回地球，著陸于傳統(tǒng)的跑道上。X-37B的前3次任務(wù)均是在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射，任務(wù)完成后飛行器著陸于范登堡空軍基地。今后，佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心將成為X-37B的備用著陸場。

X-37B前三次飛行試驗(yàn)的主要內(nèi)容

5　X-37B神秘任務(wù)再引猜測

圍繞X-37B任務(wù)的神秘性導(dǎo)致了大量的猜測，主要集中在認(rèn)為該飛行器是一種空間武器，設(shè)計(jì)用于檢查或致殘敵國衛(wèi)星。但美國空軍長久以來一直對此看法持批駁的態(tài)度，堅(jiān)稱X-37B僅是用于試驗(yàn)重復(fù)使用飛行器和未來航天器的技術(shù)?？哲姴⑽垂即舜蝀-37B任務(wù)的時(shí)長，但飛行器攜帶了NASA開展研究的暴露于空間環(huán)境中的先進(jìn)材料，因此有民間航天機(jī)構(gòu)推測此次X-37在軌飛行任務(wù)至少持續(xù)200天。

此次透露試驗(yàn)細(xì)節(jié)的做法是前所未有的，之前X-37B所攜帶的載荷和飛行器軌道操作等具體情況均列為美國軍方絕密信息。

美國空軍退役軍官布萊恩強(qiáng)調(diào)，X-37B很可能用于偵察和試驗(yàn)重復(fù)使用飛行器的制導(dǎo)與防熱系統(tǒng)。盡管X-37B的特征之一是具備在軌機(jī)動(dòng)能力和攜帶有效載荷，但布萊恩認(rèn)為它不可能用于檢查、維修或回收空間目標(biāo)。

總部設(shè)在馬薩諸塞州的“關(guān)注全球問題的科學(xué)家聯(lián)盟”的科學(xué)家勞拉·格雷戈稱，公開X-37 B任務(wù)的部分內(nèi)容可能是為了減少其神秘性。她對太空新聞網(wǎng)說：“沒有充分的說服力說明為什么要在X-37B上開展這些耗資不菲的試驗(yàn)。盡管這種航天飛機(jī)不是特別適合作為一種太空武器，但是此飛行器大多數(shù)細(xì)節(jié)仍然嚴(yán)格保密，而且五角大樓似乎一心要繼續(xù)進(jìn)行這一項(xiàng)目的研究工作。所以，這似乎仍然是另一些擔(dān)心太空日益武器化的人們感到緊張的原因?！?/p>

考慮到X-37B任務(wù)的秘密性，其他國家如何看待這一項(xiàng)目。傳統(tǒng)基金會(huì)亞洲問題研究中心高級(jí)研究員成斌認(rèn)為，X-37B毫無疑問被認(rèn)為是一種太空武器。

佛羅里達(dá)州立大學(xué)政治系的羅杰·漢德伯格的觀點(diǎn)是，從美國軍方的角度來說，X-37B是“撲克游戲中的一個(gè)籌碼”。漢德伯格稱，從軍事角度講，必須要為所有的偶然性做好準(zhǔn)備。

2015年1月5日，美國空間法律和政策破解公司的創(chuàng)建者和負(fù)責(zé)人邁克爾·里斯特納撰文《美國戰(zhàn)爭藝術(shù)的一種演練？》，文章稱，所有的戰(zhàn)爭均基于欺騙。關(guān)于X-37B用途的大量猜測，如空間轟炸、監(jiān)視，與其他衛(wèi)星對接，監(jiān)視中國的天宮-1，或部署偵查衛(wèi)星等猜測均不切實(shí)際，但隱瞞該項(xiàng)目的真實(shí)目的是有好處的。文章稱，美國軍方不愿意提供相應(yīng)的透明度，不但是為了保護(hù)X-37B在軌執(zhí)行的特定任務(wù)，而且還使地緣政治對手不停地猜測該項(xiàng)目的目的。文章還稱，如果X-37B項(xiàng)目的目的是欺騙，誤導(dǎo)他國消耗大量的資源以應(yīng)對這一威脅，那么或許是成功的。

注：傳統(tǒng)基金會(huì)是美國新右派的主要政策研究機(jī)構(gòu)，該基金會(huì)成立于1973年，由約瑟夫·庫爾斯和保羅·韋里奇創(chuàng)建，總部設(shè)在美國首都華盛頓。庫爾斯是美國極右組織約翰·伯奇協(xié)會(huì)的創(chuàng)始人，里根“廚房內(nèi)閣”的重要成員之一。

邁克爾·里斯特納是空間法律和政策破解公司的創(chuàng)建者和負(fù)責(zé)人，該公司提供關(guān)于外層空間安全和研制問題的解決方法。