神秘的空天飛機(jī)

沈羨云

2019年10月27日，在外界沒有覺察到一絲征兆的情況下，一架神秘飛機(jī)成功降落在美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心，這就是美國X-37B空天飛機(jī)的第五次飛行。它在圍繞地球飛行780天的過程中，干了些什么事，始終是美國空軍不能說的秘密。

X-37B空天飛機(jī)

空天飛機(jī)是一種非常特殊的飛行器。這種飛行器可以認(rèn)為是飛機(jī)和航天器的“混血兒”，是一種打破大氣層內(nèi)外界限的理想飛行器?？仗祜w機(jī)雖然外觀上與航天飛機(jī)有相似之處，但升空階段不依賴助推火箭，而是可以與普通飛機(jī)一樣依靠自身動(dòng)力常規(guī)起降?？仗祜w機(jī)之所以能夠完成航空航天，是因?yàn)樗梢韵衿胀w機(jī)一樣水平起飛，以1.6萬～3萬千米每小時(shí)的高超聲速在大氣層內(nèi)飛行，在30～100千米高空的飛行速度為12～25倍聲速，而且返回時(shí)，可以直接加速進(jìn)入地球軌道。返回大氣層后，像飛機(jī)一樣在機(jī)場著陸，成為自由往返天地之間的運(yùn)輸工具。

與運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)相比，空天飛機(jī)最明顯的優(yōu)勢是全部系統(tǒng)都可以循環(huán)使用，因此空天飛機(jī)可以大幅降低綜合成本。同時(shí)，普通軍、民用機(jī)場稍經(jīng)改造，就可以用于空天飛機(jī)的起降，因此在部署和運(yùn)用上靈活性更高?？仗祜w機(jī)是目前各國爭相開發(fā)的第二代航天飛機(jī)，它集飛機(jī)、運(yùn)載器、航天器等多種功能于一身，是未來控制空間、爭奪制天權(quán)的武器裝備之一。該項(xiàng)目起初有好幾個(gè)機(jī)構(gòu)參與，如波音公司的“幻影工作室”、五角大樓國防預(yù)先研究計(jì)劃局，以及美國空軍的幾個(gè)兵種等，但最后由美國空軍接管。

從五角大樓公布的X-37B模型照片看，它有點(diǎn)像航天飛機(jī)的縮小版。它是無人駕駛的，個(gè)頭只有航天飛機(jī)的1/4，長8.8米、高2.9米、重5噸。盡管個(gè)頭不如航天飛機(jī)，卻有著驚人的速度，最高可達(dá)25馬赫（1馬赫為340米/秒）。如果把航天飛機(jī)比作一輛大貨車，X-37B就是一輛動(dòng)力強(qiáng)勁的小型跑車。它不但裝備高速飛行用的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，還攜帶太陽能電池板，能在距地面203～926千米的低軌道上運(yùn)行700多天。該機(jī)由火箭發(fā)射進(jìn)入太空，是第一架既能在地球衛(wèi)星軌道上飛行、又能進(jìn)入大氣層的航空器，同時(shí)結(jié)束任務(wù)后還能自動(dòng)返回地面。由于X-37B發(fā)射方式也使用了火箭，不是真正的空天飛機(jī)，更正確地應(yīng)將X-37B稱為迷你航天飛機(jī)，但它是空天飛機(jī)的雛形，所以將其歸于空天飛機(jī)。

X-37B的體積雖小，但功能齊全，有一個(gè)與航天飛機(jī)相似的背部載荷艙，尺寸與皮卡車的后貨箱相當(dāng) ，載荷能力大約2噸左右，內(nèi)置貨艙可以搭載小型機(jī)械臂，抵達(dá)軌道后可展開軌道作業(yè)，如抓取敵方在軌衛(wèi)星、破壞航天器、釋放小型載荷等。為了滿足X-37B的在軌能源需求，其還攜帶了太陽能電池板，可提供不間斷的電力供應(yīng)。美軍可以根據(jù)X-37B不同階段來制定各種分級(jí)任務(wù)。

當(dāng)X-37B在軌道上運(yùn)行的時(shí)候，它就像大多數(shù)衛(wèi)星一樣，由操作人員在地面監(jiān)控和發(fā)出指令實(shí)施控制。一旦接到地面指揮部的指令，X-37B能迅速做出反應(yīng)，如使用自身攜帶的武器攻擊地面任何目標(biāo)，同時(shí)由于速度極快，該飛行器還可快速機(jī)動(dòng)到目標(biāo)上空進(jìn)行偵察監(jiān)視。

空天飛機(jī)的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值

X-37B有三大優(yōu)勢：一是省錢。其實(shí)是指它的回收利用功能，相比于多數(shù)航天飛機(jī)只能部分重復(fù)使用而言，X-37B除了消耗推進(jìn)劑外，可以全部重復(fù)使用，因此其發(fā)射費(fèi)用幾乎只是航天飛機(jī)的1/10，大幅降低了成本。另外，不僅是發(fā)射成本，連偵察成本也能節(jié)省。二是高速。空天飛機(jī)的最高速度可以超過25馬赫！這個(gè)速度基本上比目前正在試驗(yàn)的高超聲速武器還要快，當(dāng)前全世界最快的戰(zhàn)機(jī)是由兩臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)的米格-25，速度為3.2馬赫，而X-37B是它的7.8倍！三是多功能。 它能做太陽能收集系統(tǒng)，有太空機(jī)械臂，具備軍用衛(wèi)星功能，能進(jìn)行空間態(tài)勢感知。最重要的是，還能搭載武器系統(tǒng)，而這其中又包含反衛(wèi)星武器系統(tǒng)、定向能反衛(wèi)星武器、干擾系統(tǒng)等?？仗祜w機(jī)的應(yīng)用價(jià)值十分廣泛，它在商業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值有以下幾個(gè)：

（1）可以作為空間站的運(yùn)輸機(jī)。向空間站運(yùn)送人和貨物的運(yùn)輸費(fèi)是十分昂貴的，例如，美國的航天飛機(jī)運(yùn)送每千克有效載荷進(jìn)入地球軌道的費(fèi)用達(dá)11607美元。據(jù)估計(jì)，空天飛機(jī)的運(yùn)輸費(fèi)用至少可降到航天飛機(jī)的1/10，甚至可降到1%。

（2）可以發(fā)射和回收衛(wèi)星。用空天飛機(jī)發(fā)射、維修和回收衛(wèi)星，不需要規(guī)模龐大、設(shè)備復(fù)雜的航天發(fā)射場和長達(dá)一兩個(gè)月的發(fā)射前準(zhǔn)備，也不受發(fā)射窗口的限制。它的地面設(shè)施簡單，維護(hù)使用方便，操作費(fèi)用低，在普通的大型機(jī)場上就能水平起飛和降落。它完成一次飛行任務(wù)后，經(jīng)一周的維護(hù)就能再次起飛，能適應(yīng)頻繁發(fā)射的需要。凡是航天飛機(jī)能干的事，它幾乎都能勝任。它可以把大的衛(wèi)星送入地球軌道，一次投放多顆衛(wèi)星更是它的拿手活兒，它能對在軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星進(jìn)行維修或回收。據(jù)估算，用它發(fā)射近地衛(wèi)星的費(fèi)用只有航天飛機(jī)的1/5，而發(fā)射地球同步衛(wèi)星費(fèi)用則可減少一半。這些可使空天飛機(jī)在即將到來的空間商務(wù)競爭中立于不敗之地。

（3）可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的快速客運(yùn)?？仗祜w機(jī)飛行速度很快，便于實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的快速客運(yùn)，地球上任何兩個(gè)城市間的飛行時(shí)間都用不了兩個(gè)小時(shí)。美國設(shè)計(jì)的一種空天飛機(jī)，可載乘客305人，在32千米高度和1.2萬千米航程內(nèi)巡航，其巡航速度高達(dá)5馬赫。因此，也可用于太空旅游。

空天飛機(jī)在軍事上的應(yīng)用包括：

（1）確?？焖?、廉價(jià)地進(jìn)入太空?？仗祜w機(jī)與目前使用的火箭、飛船和航天飛機(jī)比，在重復(fù)使用性、發(fā)射操作費(fèi)用、可維修性、周轉(zhuǎn)時(shí)間、靈活機(jī)動(dòng)方面有革命性的改變。

（2）可以作為空間武器的發(fā)射平臺(tái)，對敵方的陸、海、空、天重要目標(biāo)進(jìn)行攻擊。

（3）利用自身的探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)對方衛(wèi)星，進(jìn)行跟蹤、干擾、俘獲，或?qū)⑺腿脲e(cuò)誤軌道，甚至帶回地面。

（4）可以作為快速運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)，在一小時(shí)內(nèi)快速到達(dá)全球任何地方，對全球范圍發(fā)生的地區(qū)沖突做出反應(yīng)，或?qū)撤桨l(fā)動(dòng)突然襲擊。

（5）可作為戰(zhàn)時(shí)空間預(yù)備指揮所。

（6）空天飛機(jī)可以利用其攜帶的照相、電子偵察等設(shè)備對陸、海、空、天目標(biāo)進(jìn)行偵察與監(jiān)視，對導(dǎo)彈發(fā)射等進(jìn)行預(yù)警。與各種偵察衛(wèi)星相比，空天飛機(jī)有更大的靈活性，綜合偵察能力更強(qiáng)，實(shí)時(shí)性更好。

因此，在未來的太空戰(zhàn)中，空天飛機(jī)可以摧毀敵人的航天器，俘獲敵人的衛(wèi)星，與敵人的衛(wèi)星展開廝殺，其威懾力堪比核武器；還可以為自己的部隊(duì)發(fā)射更多的軍用衛(wèi)星，為自己的部隊(duì)輸送大量的軍用物資和補(bǔ)給品；甚至還能幫助自己的部隊(duì)奪取電磁戰(zhàn)場上的絕對優(yōu)勢及奪取制天權(quán)，并且切斷敵方的通信，摧毀敵方的各種衛(wèi)星。它是比航天飛機(jī)更為靈活、速度更快、戰(zhàn)斗力更強(qiáng)，并且功能更多的一種太空武器。

中國的空天飛機(jī)

空天飛機(jī)將會(huì)是21世紀(jì)世界各國爭奪制空權(quán)和制天權(quán)的關(guān)鍵武器之一。有媒體消息稱，中國已經(jīng)進(jìn)行了兩種空天飛機(jī)的自由飛行試驗(yàn)。這就是“神龍”和“騰飛”一號(hào)空天飛機(jī)，現(xiàn)在這兩種空天飛機(jī)還處于研制、試驗(yàn)階段。但從設(shè)計(jì)理念和達(dá)到的目標(biāo)來看，這兩種飛機(jī)要高于美國的X-37B。

對于空天飛機(jī)而言，組合動(dòng)力模態(tài)是最難攻克的難關(guān)。因?yàn)樗婕暗酱髿鈱觾?nèi)和大氣層外兩種不同動(dòng)力方式的切換。大氣層外沒有氧氣，因此為太空飛行提供動(dòng)力的航天發(fā)動(dòng)機(jī)，不但需要燃料，還需要有液氧助燃。而大氣層內(nèi)使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)就類似飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。將這兩種完全不同的發(fā)動(dòng)機(jī)有效率地整合在一架空天飛機(jī)上，還要控制好切換，技術(shù)難度相當(dāng)大。2018年9月26日～28日，在武漢舉辦的第四屆中國國際商業(yè)航天高峰論壇上，航天科工集團(tuán)三院、行政總負(fù)責(zé)人鄒洪透露：中國近期完成了“騰飛”一號(hào)飛行試驗(yàn)，順利完成核心關(guān)鍵技術(shù)“組合動(dòng)力模態(tài)轉(zhuǎn)換”的飛行驗(yàn)證。這意味著：該機(jī)構(gòu)在開發(fā)混合動(dòng)力空天飛機(jī)方面，取得了突破性進(jìn)展。 當(dāng)然當(dāng)前我國“騰飛”一號(hào)組合動(dòng)力飛行器，也僅僅只是完成了首次飛行試驗(yàn)，距離空天飛機(jī)正式面世還有很長的距離。

“騰飛”一號(hào)組合動(dòng)力飛行器之所以能夠取得如此喜人的進(jìn)展，主要得益于相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的陸續(xù)突破。早在3年前我國就已經(jīng)完成全球首次5倍聲速的高超聲速無人機(jī)的自主起降，該機(jī)可用于“騰飛”一號(hào)組合動(dòng)力飛行器的載機(jī)平臺(tái)。