絕密飛行：X-37B空天飛行器再創(chuàng)飛行記錄

文/楊慧君

▲X-37B在軌飛行示意圖

不久前，美國(guó)X-37B空天飛行器時(shí)隔兩年半重返地球，再次創(chuàng)下新的飛行記錄，在軌飛行時(shí)間超過(guò)908天。截至目前，X-37B已完成6次在軌飛行任務(wù)，累計(jì)飛行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3774天，飛行里程超過(guò)21億千米。雖然美國(guó)高調(diào)公布了此次飛行任務(wù)開(kāi)展的在軌試驗(yàn)項(xiàng)目，卻再次引發(fā)世界媒體對(duì)其真實(shí)目的的大猜想。那么，X-37B有何神秘之處？世界各國(guó)都有哪些空天飛行器項(xiàng)目？

神秘光環(huán) 難覓真相

2022年11月12日美國(guó)東部時(shí)間上午5點(diǎn)22分，在太空遨游908天的X-37B空天飛行器降落在美國(guó)宇航局肯尼迪航天中心，再次打破此前保持的780天的飛行記錄。這是X-37B執(zhí)行的第6次飛行任務(wù)，2020年5月17日由美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟“宇宙神”-5火箭搭載升空。

執(zhí)行此次任務(wù)的X-37B是美國(guó)宇航局在20世紀(jì)90年代后期設(shè)計(jì)制造的兩架軌道飛行器之一。外形構(gòu)造與當(dāng)時(shí)的航天飛機(jī)高度相似，擁有同樣的圓鈍形鼻子和梯形機(jī)翼，不同之處是將航天飛機(jī)的單垂尾改成了V型雙垂尾，這樣便于將飛行器安放在火箭的整流罩內(nèi)。作為迷你版航天飛機(jī)，X-37B全機(jī)尺寸僅為航天飛機(jī)的四分之一，長(zhǎng)8.99米、翼展4.55米，擁有一個(gè)2.1米×1.2米的載荷艙，最大搭載力不足5噸。

X-37B返回地面后，美國(guó)媒體對(duì)此次飛行任務(wù)做了簡(jiǎn)要介紹。X-37B搭載了美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的“光伏射頻天線(xiàn)模塊”、美國(guó)空軍學(xué)院的“獵鷹星”-8衛(wèi)星，以及美國(guó)宇航局的兩件試驗(yàn)設(shè)備，在軌完成了多項(xiàng)美國(guó)軍方和美國(guó)宇航局的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“光伏射頻天線(xiàn)模塊”用于驗(yàn)證將空間太陽(yáng)能帆板收獲的電力轉(zhuǎn)換成射頻微波，并回傳地球的能力。“獵鷹星”-8衛(wèi)星裝在X-37B尾部新增的服務(wù)艙中，衛(wèi)星攜帶了5件實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括磁梯度靜電等離子體推進(jìn)器、超材料天線(xiàn)、碳納米管、姿控與能量?jī)?chǔ)存商用反作用輪和“天上平板”。來(lái)自美國(guó)宇航局的試驗(yàn)設(shè)備主要用于研究輻射和其他空間條件對(duì)一塊材料樣板和糧食種子的影響。

▲2020年5月17日，X-37B由宇宙神-5運(yùn)載火箭發(fā)射升空，執(zhí)行第6次在軌飛行任務(wù)

作為美國(guó)最高機(jī)密項(xiàng)目，X-37B一直籠罩在神秘光環(huán)之下，此前美國(guó)空軍一直避談X-37B的在軌試驗(yàn)任務(wù)。根據(jù)公開(kāi)渠道，外界僅能獲取到X-37B每次飛行的部分公開(kāi)任務(wù)，其前三次飛行均以測(cè)試飛行器性能為主。第一次驗(yàn)證了先進(jìn)制導(dǎo)和熱防護(hù)系統(tǒng)，太陽(yáng)能帆板展開(kāi)，飛行器自主再入和著陸，五次大幅度變軌測(cè)試。第二次驗(yàn)證了飛行器軌道橫向機(jī)動(dòng)能力，X波段雷達(dá)和機(jī)械臂等載荷能力。第三次驗(yàn)證了飛行器可重復(fù)使用性能，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)周期性點(diǎn)火維持軌道高度恒定在距地球343～360千米。此后便開(kāi)始進(jìn)行載荷搭載試驗(yàn)，第四次測(cè)試了新型霍爾推進(jìn)器、極高頻通信及新材料等試驗(yàn)載荷，驗(yàn)證了在不同基地靈活著陸的能力。第五次測(cè)試了先進(jìn)結(jié)構(gòu)嵌入式散熱器性能和重復(fù)使用能力，并首次開(kāi)展了以更高軌道傾角進(jìn)行機(jī)動(dòng)的測(cè)試。

虛實(shí)相掩 欲蓋彌彰

從最初的諱莫如深到現(xiàn)在的高調(diào)宣傳其科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，美軍都是在掩蓋其研發(fā)X-37B的真實(shí)軍事目的。雖然美軍一再否認(rèn)，我們?nèi)匀豢梢詮腦-37B項(xiàng)目的演變歷程探尋一二。

▲ 2019年10月27日，X-37B在軌飛行780天后降落在肯尼迪航天中心

▲ 俄羅斯MAKS計(jì)劃由安-225運(yùn)輸機(jī)搭載發(fā)射空天飛機(jī)示意圖

▲2017年9月7日，“獵鷹”-9搭載X-37B發(fā)射升空，這是X-37B的第五次發(fā)射，也是美國(guó)空軍首次將其交給非ULA（聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟）發(fā)射供應(yīng)商

1996年出臺(tái)的美國(guó)《國(guó)家航天政策》中明確提出“發(fā)展外層空間控制能力，以保證美國(guó)自由進(jìn)出空間和利用空間，并限制他國(guó)自由進(jìn)出空間和利用空間”的“控制空間”戰(zhàn)略。1998年的《美國(guó)航天司令部長(zhǎng)期規(guī)劃——2020年設(shè)想》又提出“控制空間、全球交戰(zhàn)、全面力量集成、全球合作”四種空間作戰(zhàn)概念。在此背景下，美國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展空間作戰(zhàn)平臺(tái)技術(shù)，X-37B等多個(gè)項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

1996年，美國(guó)宇航局提出了Future-X計(jì)劃，包含“開(kāi)拓者”X-33和“探路者”X-37兩個(gè)子計(jì)劃。由于種種原因，X-33半路夭折，但是X-37得以延續(xù)。1999年7月，美國(guó)宇航局與波音公司簽署了4年合作協(xié)議，開(kāi)始建造兩架X-37驗(yàn)證機(jī)。2004年底，美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）接管該項(xiàng)目，并命名為X-37B項(xiàng)目。2006年美國(guó)空軍快速能力辦公室開(kāi)始負(fù)責(zé)項(xiàng)目后續(xù)工作。美國(guó)太空軍成立之后，開(kāi)始承擔(dān)X-37B的在軌運(yùn)行和控制工作。

美軍高度評(píng)價(jià)X-37B，盛贊其是第一型同時(shí)具備太空軌道飛行和再入大氣層能力的飛行器。按照最初的設(shè)計(jì)，X-37擬由航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入太空，但是在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，這一方式成本太高，后續(xù)改由“宇宙神”-5火箭和美國(guó)SpaceX公司的“獵鷹”-9搭載升空。在太空中，X-37自身攜帶的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)25馬赫的最高飛行速度，開(kāi)展多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，然后再入大氣層返回地球，水平降落至傳統(tǒng)地面機(jī)場(chǎng)跑道上。

▲ 英國(guó)“云霄塔”空天飛機(jī)

▲ 德國(guó)“桑格爾”空天飛機(jī)

雖然外界媒體對(duì)X-37B軍事用途做了大量猜想，但是美國(guó)軍方從未正面回應(yīng)，而這也恰恰從側(cè)面證實(shí)了X-37B項(xiàng)目從未改變的啟動(dòng)初衷。根據(jù)美軍設(shè)想，X-37B項(xiàng)目的遠(yuǎn)期目標(biāo)是發(fā)展一種真正的空天飛行器，即能夠自由往返于稠密大氣、臨近空間和軌道空間的可重復(fù)使用飛行器。這種空天飛行器將突破傳統(tǒng)的航天器與航空器的局限，實(shí)現(xiàn)在大氣層和空間自由穿梭飛行，具備廉價(jià)、便捷、安全、機(jī)動(dòng)等優(yōu)勢(shì)。

執(zhí)行軍事任務(wù)的空天飛行器能夠像普通作戰(zhàn)飛機(jī)一樣，在接到命令后隨時(shí)升空作戰(zhàn)，既能在低空飛行，也能在太空中按照預(yù)定軌道飛行；既能執(zhí)行進(jìn)攻性作戰(zhàn)任務(wù)，又能執(zhí)行防御性任務(wù)?？仗祜w行器所執(zhí)行的軍事任務(wù)可以包括情報(bào)搜集、空中/太空打擊、戰(zhàn)場(chǎng)通信服務(wù)等，幾乎涵蓋了美國(guó)空軍和太空軍的所有任務(wù)類(lèi)別，是一種真正全能的飛行器。

競(jìng)相發(fā)展 全面布局

以X-37B為代表的空天飛行器是未來(lái)控制空間、奪取制天權(quán)的關(guān)鍵武器裝備之一。世界各主要軍事強(qiáng)國(guó)在這一領(lǐng)域展開(kāi)了激烈的爭(zhēng)奪，美國(guó)一直處在“領(lǐng)頭羊”的位置，俄、德、英、法、印、日等國(guó)或重啟原來(lái)的研制計(jì)劃，或奮起直追，呈現(xiàn)出你追我趕的局面。

60多年來(lái)，美軍一直把空天飛行器當(dāng)作長(zhǎng)期的發(fā)展藍(lán)圖。經(jīng)歷了從早期的技術(shù)摸索，到一系列空天飛行器項(xiàng)目方案研究和演示驗(yàn)證試驗(yàn)，美國(guó)于2001年提出了“國(guó)家航空航天倡議”，并在該倡議指導(dǎo)下完成了空天飛行領(lǐng)域從技術(shù)層面到應(yīng)用層面的全方位布局，逐漸形成了多技術(shù)途徑同步發(fā)展的空天飛行器新格局。目前，美國(guó)正在全力推進(jìn)基于“佩刀”組合發(fā)動(dòng)機(jī)的兩級(jí)入軌空天飛行器研制項(xiàng)目，計(jì)劃2030年左右具備可實(shí)現(xiàn)性。

作為對(duì)美國(guó)X-37B項(xiàng)目的回應(yīng)，俄羅斯曾多次表示可能重啟冷戰(zhàn)時(shí)期的“多用途空天系統(tǒng)計(jì)劃”（MAKS）。MAKS計(jì)劃由安-225或安-124飛機(jī)搭載發(fā)射，包括載人型、一次性使用型和無(wú)人貨運(yùn)型三種型號(hào)，被認(rèn)為是最接近空天飛行器的一種型號(hào)。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，英國(guó)先后提出了“霍托爾”和“云霄塔”空天飛機(jī)研制計(jì)劃，后者也將基于“佩刀”組合發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)單級(jí)入軌。2019年9月，英國(guó)又公開(kāi)宣稱(chēng)，將與澳大利亞合作開(kāi)展“太空飛機(jī)”的研發(fā)工作。

2005年德國(guó)提出的SpaceLiner空天飛行器是一種亞軌道、帶翼可完全重復(fù)使用的兩級(jí)高超聲速飛行器，有望2035年前開(kāi)展原型樣機(jī)首次飛行試驗(yàn)。

此外，德國(guó)“桑格爾”、印度“艾瓦塔”和日本“希望”號(hào)空天飛機(jī)也曾紅極一時(shí)，但都因?yàn)榧夹g(shù)難題和經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題黯然下馬。

空天飛行器飛行空域大、速域?qū)?、飛行剖面復(fù)雜、飛行力熱環(huán)境惡劣，因此必然面臨著動(dòng)力、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)材料、制導(dǎo)控制、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)保障等眾多領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)難度巨大。但是，空天飛行技術(shù)的發(fā)展將有助于大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用空間，實(shí)現(xiàn)廉價(jià)、便捷、安全、機(jī)動(dòng)的天地往返運(yùn)輸，推動(dòng)空間產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。美國(guó)高層曾多次在公開(kāi)場(chǎng)合表示，“誰(shuí)控制了太空，誰(shuí)就控制了地球的命運(yùn)”。世界各國(guó)正在迎難而上，競(jìng)相發(fā)展，全面布局，其發(fā)展態(tài)勢(shì)值得我們高度關(guān)注。