X—37B太空戰(zhàn)斗機

劉進軍

X-37太空飛機

早在1998年，波音公司開始研制X-37太空飛機。美國國防部高級研究計劃局和美國國家航空航天局（NASA）資助X-37太空飛機的研究工作。根據(jù)X-37計劃的安全、高速、可重復、省錢的原則，總部位于密蘇里州圣路易斯的波音公司“鬼怪”工廠負責建造2架X-37太空飛機。波音公司在南加州和圣路易斯的工廠內(nèi)進行X-37的研制、裝配、總裝、檢測和試驗。

X-37試驗太空飛機長8，38米，高2，74米，翼展為4，57米，裝備一臺“AR2-3”火箭發(fā)動機、自動導航控制系統(tǒng)、高超聲速導航、制導與控制系統(tǒng)、內(nèi)外大氣層飛行動力、遙測于安全性分析系統(tǒng)等，以及氣動熱力學、材料科學等科學設備。根據(jù)設計要求，X-37在軌時間21天，返回地球后能在普通機場降落。

關于X-37的研制費用，很不透明，也不準確。1999年，NASA選中波音綜合國防系統(tǒng)公司設計和開發(fā)X-37軌道飛行器，加利福尼亞分公司的波音“鬼怪”工廠建造。在4年的第一期研制中，X-37共獲得1，92億美元，其中NASA出資1，09億美元，美國空軍1600萬美元，波音6700萬美元。2002年底，根據(jù)NASA的太空發(fā)射計劃，波音公司被授予新的3，01億合同。根據(jù)美國軍事衛(wèi)星的研制費用，一般遠遠超過幾億美元，有的十幾甚至上百億美元。X-37的研制費用等于沒說。

經(jīng)過幾次無動力投放試驗，2005年6月21日，X-37在位于新墨西哥州莫哈韋機場搭乘“白騎士”運載飛機，進行首次會長大，一定會飛上太空。

X-37B太空飛機

X-37B是第2代X-37系列太空飛機，由美國空軍研制。X-37B太空飛機，又稱為軌道試驗飛行器（OTV）。X-37B是一種可重復使用的無人航天器。

X-37B太空飛機長8，9米、高2，9米，翼展4，3米、重5，4噸，有效載荷2噸左右，軌道速度每小時28200千米。X-37B飛機只有美國航天飛機的四分之一大小。發(fā)射前，X-37B折疊在整流罩內(nèi)，到達太空后打開機翼和太陽能帆板。

X-37B頭部用更耐高溫和堅固的鎢合金。機身采用較輕的鈦合金和鋁合金復合結構，而不是傳統(tǒng)的鋁合金。1臺“AR2-3”火箭發(fā)動機，動力29，341千牛。最初，X-37B以過氧化氫、“JP-8”作為氧化劑和燃料，現(xiàn)在采用四氧化二氮/肼推進系統(tǒng)。X-37B有兩片6塊砷化鎵太陽能帆板，鋰離子電池存儲電能。

X-37B機翼前緣的防熱材料采用耐火纖維氧化耐陶瓷瓦，取代航天飛機上的碳瓦。機身防熱使用鋼化玻璃單向纖維絕緣的浸漬硅膠瓦。這些隔熱材料明顯比航天飛機使用的防熱瓦耐用。先進的可重復使用的絕緣“毛毯”第一次用于X-37B飛機。

航空航天飛行器必須符合空氣動力學和太空飛行動力學。X-37B沒有舷窗，有一對能夠折疊的機翼，一對V形尾翼/方向升降舵，翼上的襟副翼控制飛行。機身下面的副翼和兩個升降舵之間有一個減速板，控制下降、進場和著陸的速度。機身中間的貨艙能自動開關閉合，裝載有效載荷，包括各種試驗設備。

X-37B的姿態(tài)控制包括姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)機動。它裝備了三軸穩(wěn)定系統(tǒng)。按照一般太空飛行理論，側航軸與軌道相切，仰航軸垂直于軌道平面，偏航軸正交于俯仰軸，向下指向地球中心。陀螺儀測量太空飛機角速度，通過姿態(tài)控制執(zhí)行機構控制完成。姿態(tài)控制系統(tǒng)由傳感器、控制電路與計算機、驅動執(zhí)行機構三大部分構成。X-37B機載多頻段通信天線，兩組太陽能帆板提供電能。不論飛機的方向、角度和軌道如何變化，太陽能帆板始終對準太陽，通信天線始終對準地球和通信衛(wèi)星。

X-37B在NASA蘭利研究中心的高溫風洞中進行了大量的試驗，在NASA馬歇爾航天中心經(jīng)過了太空模擬飛行，在波音公司南加州亨廷頓工廠完成各項測驗。

X-37B比其他航天器擁有優(yōu)勢。美國航天飛機是載人航天器，最多可容納10個人，設計在軌高度185千米～1000千米，一般飛行在400千米高度，續(xù)航時間10～16天，低軌道可運載24噸，能發(fā)射超重超大衛(wèi)星，太空會合、對接和為航天器太空“加油”。

X-37B的優(yōu)勢是太空任務時間長，機動性更強，可完全自主飛行與降落，缺點是有效載荷少。X-37B設計了太空會合、對接和太空“加油”，或使用一個機器人手臂更換故障的太陽能電池陣列等。X-37B可以支持太空控制，如防御性太空反制、進攻性太空反制，以及武器增強系統(tǒng)和武器應用系統(tǒng)。雖然，航天飛機也可執(zhí)行軍事任務，但沒有防御和進攻性軍事有效載荷。

X-37B與一般衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星相比優(yōu)勢更多：機動性強、變軌速度快，可隨時升空與降落，可多次重復使用。缺點是由于機動性強、變軌次數(shù)多，燃料消耗大，空間停留時間短。如果X-37B能多次太空“加油”將大大延長空間停留時間。X-37B的機器人手臂是絕大多數(shù)衛(wèi)星所不具備的。它既能修理自己，當然這種可能性極小，主要是抓獲和“修理”敵星。

美軍一直將X-37B列為最高機密，籠罩在神秘的黑幕中。美國空軍官員也認為：X-37B包含“黃鼠狼的話”，“含糊措辭”，“往往伴隨著偏見或無法驗證的信息”等。它的任務以及結構、關鍵技術？它的隱秘載荷？它的特殊使命等仍然不甚明了，并一再推遲試飛。它在等什么呢？

2008年6月3日，波音公司在圣路易斯宣布：在加利福尼亞州西山，為空軍研制的25千瓦固體激光武器，射擊試驗成功。未來5～10年可能研發(fā)成功更強大的100千瓦激光武器。100千瓦固體激光武器的成本大約為3000萬～4000萬美元。激光武器最大的優(yōu)點是超精確打擊。

X-37B的試驗飛行原定于搭乘航天飛機，在航天飛機的有效載荷艙內(nèi)施放。“哥倫比亞”號失事，NASA不敢冒風險將X-37B作試驗，另外用航天飛機施放也不合乎經(jīng)濟效益，后來準備用“德爾塔-2”運載火箭發(fā)射。

根據(jù)X-37B的航天動力學特性，NASA最終決定使用“宇宙神-5”運載火箭發(fā)射。為了發(fā)射X-37B太空飛機，洛克希德一馬丁公司專門研發(fā)了“宇宙神-5”501型運載火箭。501型運載火箭具有更大更長，直徑達5，4米的整流罩和近地軌道8，25噸的發(fā)射能力。

X-37B太空飛機要在太空繞地飛行。它的第一著陸地點位于加利福尼亞州的范登堡空軍基地，在4572米長、61米寬的跑道上自動降落。備用機場為愛德華茲空軍基地、肯尼迪航天中心機場。太空飛行由美國空軍和美國國防預先研究計劃局執(zhí)行。位于美國科羅拉多州斯普林斯空軍基地的美國空軍太空司令部第21太空聯(lián)隊第3太空中隊指揮飛控。

x-37B太空競賽

2010年4月，美國空軍第一架太空飛機X-37B準備發(fā)射，命名為“OTV-1”。為了第一架X-37B太空飛機發(fā)射，美國空軍卡納維拉爾角空軍基地、NASA肯尼迪航天中心進入最緊急狀態(tài)。2010年4月2日，“宇宙神-5”運載火箭已經(jīng)移動到發(fā)射臺進行發(fā)射彩排。4月8日，X-37B太空飛機抵達肯尼迪航天中心，垂直組裝到第“SLC-41”發(fā)射臺。

這是一次重大發(fā)射。X-37B已經(jīng)確定2010年4月21日為發(fā)射日期和發(fā)射窗口。為了回避X-37B太空飛機發(fā)射，正在太空執(zhí)行“STS-131”次航班的“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機，也被推遲24小時著陸。

世界標準時2010年4月22日11時52分，美國第一架軍事太空飛機——X-37B升空試飛。 “宇宙神-5”火箭搭載X-37B太空飛機，從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。10分鐘，X-37B太空飛機突破大氣層，進入近地點279千米、遠地點287千米、軌道傾角40°的近軌道飛行，軌道周期88.9分鐘，每天環(huán)繞地球近16圈。

X-37B經(jīng)過多次變換軌道高度、多次變更軌道傾角，進行各種飛行試驗測試后，于2010年12月3日重返地球，在美國范登堡空軍基地自動著陸。原來，美國空軍為第一架X-37B太空飛機設定太空飛行270天，最終飛行了224天9小時24分鐘。這架X-37B太空飛機成為蘇聯(lián)“暴風雪”號后第二架來自太空、自動著陸、可重復使用的太空飛機。

X-37B作為第一種無人軍事太空飛機，任務就是演示太空飛機的實用性、可靠性和可重復使用等課題。太空飛機能更自由地出入大氣層，不是將太空發(fā)展為一個旅游觀光區(qū)，就是開辟了一個新戰(zhàn)場。

2011年3月5日，美國空軍的第二架X-37B太空飛機——“OTV-2”，美國國防部代號“USA-262”搭乘“宇宙神-5”火箭從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空?！癘TV-2”發(fā)射重量5400千克，進入近地點317千米、遠地點319千米、傾角42.9°的軌道。根據(jù)軌道傾角，“OTV-2”將飛經(jīng)包括南北緯42.9°以內(nèi)的國家，重訪時間4天。據(jù)觀測，“OTV-2”在3月份曾變軌3次，后來情況不明。

2011年11月29日，美國空軍部長發(fā)言人宣布第二架X-37B太空飛機的任務延長，進入加時賽。2012年5月30日，美國空軍表示“OTV-2”將完成使命。世界標準時2012年6月16日5時48分，第2架X-37B完成任務后脫離軌道進入大氣層，乘著夜色在范登堡空軍基地第12號跑道安全降落?！癘TV-2”已超過270天的設計軌道時間，太空飛行時間達468天13小時2分?！癘TV-2”成為蘇聯(lián)“暴風雪”號、美國“OTV-1”之后、世界上第3架從軌道返回自動著陸的可重復使用飛機。美國空軍稱贊道一切非常完美，超出想象。

2012年12月11日，美國第3架X-37B飛機——“OTV-3”升空，飛行在近地點343千米，遠地點360千米，傾角43.5°的近地軌道，太空任務不詳。2014年10月17日，第3架X-37B飛機瀟灑地降落在范登堡空軍基地。它在太空飛行了1年6個月20天，大約675天。

2012年12月11日，美國空軍第3架X-37B太空飛機，從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射。2014年10月17日16時24分，這架X-37B在范登堡空軍基地著陸，太空飛行長達675天，創(chuàng)造了太空飛機的飛行紀錄。

2015年5月20日，美國空軍第4架X-37B太空飛機——“OTV-4”，美國國防部代號“USA-261”號，搭乘“宇宙神”火箭，從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。美國空軍第一次透露X-37B的任務測試霍爾效應推進器、極高頻率通信，以及測試各種材料。

2017年5月7日，這架X-37B太空飛機在太空飛行了717天20小時，從肯尼迪航天中心降落。目前，第4架X-37B是世界上在太空飛行時間最長的太空飛機。它神秘歸來了，又帶來什么驚奇呢？

2017年9月，美國空軍第5架X-37B太空飛機——“OTV-5”，將由“獵鷹-9”號火箭發(fā)射。截至2017年8月3日，目前還不知道在肯尼迪航天中心第39A發(fā)射臺，還是從卡納維拉爾角空軍基地第40號發(fā)射臺發(fā)射升空。

隨著美國航天飛機退役，X-37B是今天世界上唯一在太空飛行的飛機。第5架X-37B會創(chuàng)造世界上在太空飛行時間最長的太空飛機嗎？它會創(chuàng)造什么神奇和神秘呢？

全球攻擊平臺

美國空軍一直在追尋二小時“全球打擊平臺”、一小時“全球快速打擊平臺”。瑞士日內(nèi)瓦的聯(lián)合國裁軍研究所的瓦希金斯說”如果我沒有記錯的話，它將變成一個全球打擊平臺。”“誰都可以認為這是反衛(wèi)星武器。如果它在軌道上停留的時間足夠長，就可作為偵察平臺、通信平臺、武器平臺。”

在軌時間，是航天器的一項重要指標。航天飛機一般只有15天。X-37B的在軌巡航時間為270天。航天器在軌時間越長，作為戰(zhàn)略威懾，威懾作用越大，作為戰(zhàn)術攻擊，巡航待命的時間越長，應急攻擊的速度越快。

變軌能力，也是航天器的一項重要指標。根據(jù)波音公司的技術資料，X-37B能飛行在176千米～800千米的近地軌道，以第一宇宙速度每秒7.8千米、每小時2.8萬千米的高速飛行，約90分鐘圍繞地球飛行一圈，重訪時間為4天。176千米～800千米的概念是什么？X-37B能變軌。它的變軌能力、機動性比一般可變軌衛(wèi)星更快更敏捷，具有多軌道能力。

軌道高度，對一般的航天器是一項技術，而對空天飛機還是一項功能。X-37B能飛升到800千米高度，在飛升過程中或這個高度，X-37B能偵察、攔截、攻擊低軌道上的衛(wèi)星、航天器和洲際導彈。

176千米，意味著什么？176千米，意味著X-37B可以從800千米高度俯沖到176千米的極低地球軌道。按照空間動力學的原理，航天器的極限軌道高度為235千米，是航天器必須據(jù)對遵循的的天條。如果低于極限軌道，航天器會因為地球引力和空間摩擦力，回不到原先軌道，不是墜毀于地球就是抵不住摩擦力焚毀。X-37B不是一般的航天器，而是一架飛機，具有強大的動力、變軌能力和飛行能力。它能突破空間動力學理論，低于極限軌道近60多千米，仍能重返高度，確實令人十分震撼。

176千米，還意味著X-37B能在極低地球軌道對地球、戰(zhàn)場、艦船、潛艇、導彈基地、軍事基地等敏感地區(qū)進行極近距離的觀察。如果有效載荷中有導彈等攻擊武器，就可以發(fā)起太空攻擊。毫無疑問，X-37B是第一個飛行在176千米的航天器。對于這樣的成就，美國波音公司也十分得意我們做到了。其他人，沒門！

隱身功能是個敏感的秘密。美軍部分軍事間諜衛(wèi)星的隱身功能比較完美。一般光學、紅外線和雷達探測器很難發(fā)現(xiàn)隱身飛機的行蹤，在太空中要辨別一顆隱身衛(wèi)星更是難上加難。太空隱身技術已經(jīng)發(fā)展發(fā)展到極致。X-37B加強了隱身技術，讓地面的雷達和空間的探測器更難發(fā)現(xiàn)它的行蹤。

有效載荷考驗航天器的運載能力。X-37B的有效載荷達2噸。它具體裝載了哪些偵察、探測和實驗儀器？這是絕密軍事秘密，不得而知。由于X-37B擔負偵察任務，具有照相偵察衛(wèi)星功能，至少載有可見光、紅外線空間探測器。根據(jù)美國照相偵察衛(wèi)星的水平，X-37B的空間分辨率至少在0.1米。

X-37B的科學目標是驗證太空飛機的設計、材料、飛行、再入飛行和自主著陸等技術性能，為空天飛機做技術準備。軍事目標是建立長期運行的太空軌道飛行器，作為太空應急飛機和反衛(wèi)星武器。戰(zhàn)略目標是戰(zhàn)略威懾、執(zhí)行特殊任務，占領太空制高點，掌握制太空權。

X-37B的主要特點是全球快速打擊。

2008年5月的一天，美國中央情報局已確定基地組織頭子、善打悶棍的恐怖分子本·拉登的位置在喀喇昆侖山脈主峰——喬戈里峰巴基斯坦一側。這次，本·拉登正在一個破爛成堆的小村莊開會。美國已經(jīng)刺殺、轟炸和圍剿拉登十多次了，都功虧一簣。這次機遇非常好。機不可失，時不再來。

美國空軍戰(zhàn)機立刻起飛，在距離目標1500多千米處發(fā)射一枚衛(wèi)星制導導彈。導彈時速800千米，到達拉登開會的地點需要兩小時。當導彈飛了1小時，遠未到達拉登開會的地方，拉登已經(jīng)開完會，拍拍屁股走人了。這令美軍和中央情報局十分惱火。中央情報局推卸責任我們已經(jīng)找到本·拉登了。導彈沒打中，這不關我們的事??！

美國空軍憤怒地嚷嚷真倒霉！真丟臉！如果將來動用X-37B太空飛機，導彈從太空向地面發(fā)射，只要6.5分鐘。拉登這個家伙也許剛說完開場白，就一命嗚呼了。X-37B正在太空巡航，尋找機會。X-37B必定要進行一次實戰(zhàn)演習。第一次太空攻擊必定震撼世界。這個日子已越來越近了。

X-37B的升空標志著美國的太空軍事行動開始啟動。美國空軍認為X-37B太空飛機可能會涉及一個模擬的敵方攻擊，X-37B應該能夠監(jiān)測和自主抵消。怎樣監(jiān)測？怎樣自主抵消？成為太空專家和軍事專家的待解之謎。

童子軍——科幻到現(xiàn)實

起飛是個大麻煩。按照目前技術，太空飛機升空方式有兩種一級起飛和二級起飛。

一級起飛太空飛機從普通機場起飛，突破大氣層進入太空，圍繞地球飛行，再從普通機場降落的飛機。一級起飛的太空飛機一般裝備三套發(fā)動機。一套噴氣發(fā)動機用于起降和空中飛行：一套沖壓噴氣發(fā)動機用于突破地球引力，提升高度：一套極速火箭發(fā)動機以第一宇宙速度沖破卡門線，進入太空飛行。真正的太空飛機是一級起飛方式。

二級起飛：這種太空飛機一般只有兩套發(fā)動機。它的動力、爆發(fā)力、速度達不到；中出大氣層。首先，太空飛機搭載在另一架大型專用運輸機上，從普通機場起飛。當大型運輸機到達一定的高度，太空飛機從運輸機上二次起飛，突破大氣層進入太空。它能從普通機場降落，二級起飛方式的飛機并非真正意義上的太空飛機。

飛機起降都是個大麻煩。按照目前技術，太空飛機起降方式有兩種垂直起飛，水平降落：水平起飛，水平降落。

垂直起飛，水平降落，是指太空飛機利用運載火箭或大型運輸機送上太空，如美國航天飛機。水平起飛、水平降落是指太空飛機像飛機一樣在機場起飛，以火箭的速度突破大氣層，像航天飛機一樣在太空翱翔。返回地球時，太空飛機可以像普通飛機一樣在機場水平降落。宇航員上下太空就好像小媳婦回娘家一樣方便。

到目前為止，全世界只有5種太空飛機成功地太空飛行，并重新進入地球大氣層，返回地球，安全著陸。它們是：美國X-15、美國航天飛機、“太空船-1”、蘇聯(lián)“暴風雪”號航天飛機和”和X-37B。迄今為止，只有運載火箭和火箭動力飛機成功地到達太空。在這5種太空飛機中，X-15和“太空船-1”是火箭動力飛機，水平起飛、水平降落。美國航天飛機、蘇聯(lián)“暴風雪”號航天飛機和X-37B都是運載火箭垂直起飛，水平降落。

垂直起飛是運載火箭的范疇，有兩種入軌方式衛(wèi)星式和火箭式。衛(wèi)星式就是將飛機搭乘在運載火箭的整流罩內(nèi)，像發(fā)射衛(wèi)星一樣發(fā)射飛機，火箭式是將飛機安裝在運載火箭的頭部或箭體上發(fā)射，如航天飛機。

太空飛機定義為一種水平起飛、水平降落的航空航天飛機。太空飛機既能在大氣層內(nèi)飛行，也能在太空圍繞地球軌道飛行的飛機。真正的太空飛機應該是水平起飛，水平降落，像普通飛機一樣在普通機場起降。X-37B是搭載“宇宙神-5”運載火箭升空，屬于垂直起飛，水平降落。

從嚴格意義上說，X-37B不是一架真正的太空飛機，只是一架能像衛(wèi)星、航天飛機一樣圍繞地球軌道飛行的飛機?，F(xiàn)在，X-37B采用極為保守的、衛(wèi)星式的升空方式，說明美軍的火箭發(fā)動機等關鍵技術仍然未達到太空飛機一級入軌和水平起飛、水平降落的標準，甚至達不到二級水平起飛、水平降落的要求。

不管怎么評價，X-37B執(zhí)行了環(huán)繞地球、里程碑式的、歷史性的飛行。美國第一架真正意義上的空天戰(zhàn)機很有希望從X-37B的研究成果中誕生。X-37B注定成為美軍太空飛機的童子軍。

X-37B最終將進化升級為載人太空飛機。美國波音公司已經(jīng)為下一代太空飛機——X-37C描繪藍圖。X-37C為最多搭乘6名航天員的太空飛機，比目前的X-37B增大165%～180%，有加壓艙和貨艙，自主駕駛飛行能力，運行在低地球軌道，可為國際空間站運送航天員。

在地球上實現(xiàn)信息化、智能化和無人化作戰(zhàn)，在太空實現(xiàn)人工化、單向化、美國化作戰(zhàn)——這是美國空軍未來作戰(zhàn)的模式。位于美國加利福尼亞州海豹灘的波音空間與情報系統(tǒng)公司總工程師亞瑟很樂觀。他指出太空飛機的未來用途讓太空飛機成為自由飛行的飛機，從低軌道到中軌道，甚至到3.6萬千米的地球靜止軌道，把敵人甩在后面和下面。

X-37B太空飛機：第一宇宙速度飛行、全球精確偵察、1小時全球快速打擊，太空戰(zhàn)已經(jīng)由科幻變?yōu)楝F(xiàn)實。

太空飛機，從無人機變?yōu)樵谳d人太空戰(zhàn)斗機，日子并不遙遠。

飛機，從地球到太空，航程并不遙遠。