美國空軍X-37B迷你航天飛機的下一次飛行初步確定在2014年5月 20日,這是X-37B執行的第四次飛行任務。根據美國空軍快速能力辦公室飛行任務部主任對外公開的消息,X-37B的本次升空將對多項空間技術進行測 試,其中之一爲測試新型推進系統,能夠提升X-37B的在軌機動能力。本次發射使用了聯合發射聯盟的Atlas V型火箭,X-37B垂直安裝在火箭的有效載荷艙內,發射方式類似於航天飛機,因此也被定位爲迷你航天飛機。

X-37B的翼展爲4.5米,高度爲2.9米,長度爲8.9米,大小接近一輛大卡車,內部載荷艙空間相當於皮卡車的後備箱

  X-37B有何神功?

  X-37B作爲一種可自主返回的航天器,在結構上擁有機翼這 樣的結構,具有一定的大氣層內飛行性能,與傳統的航天器有着本質的區別。雖然X-37B與航天飛機的外觀有些近似,但整體規模要小得多,翼展爲4.5米, 高度爲2.9米,長爲8.9米,幾乎把Atlas V型火箭的整流罩擠得滿滿的。Atlas V型火箭的推動力足夠強大,能夠把質量爲5噸左右的X-37B送入近地軌道,由於X-37B執行的任務屬於絕密級,因此軌道參數外界很難知曉。X-37B 的活動範圍極大,可從200公里的近地軌道至接近1000公里的軌道上,這也是X-37B任務的精華所在,在任何時間有能力進入任意一條軌道,執行各種軌 道監視、攔截等任務。

X-37B在軌運行想象圖,內部可安裝太陽能電池板和有效載荷,執行的任務多樣化

  前三架次任務解讀

  到目前爲止,X-37B的前三架次都已順利完成,第一架次任 務在2010年4月22日執行,運行224天;第二架次運行468天;第三架次運行674天。每一次軌道任務的時間都被拉長,這說明X-37B確實在軌道 上進行了各種測試,而且項目還挺多。這一切得益於X-37B上攜帶的載荷艙,其內部空間相當於一輛皮卡車的後備箱,能夠安裝小型軌道武器、機械臂等。從中 可以看出X-37B執行的任務非同一般,比如可用機械臂捕獲敵方在軌運行的航天器、打開載荷艙內的激光武器對軌道目標進行攻擊、亦或利用軌道相機完成對地 面目標的偵察等。然後快速脫離軌道,可選擇降落,也可以進入更高的軌道以等待下一次任務。

X-37B與航天飛機的大小進行對比,安置在Atlas V型火箭的載荷艙內

  在前三架次任務中,外界猜測X-37B的任務涉及先進傳感器 的測試、利用自身快速軌道機動能力接近某個航天器、在接近目標後使用各種對抗手段驗證其攻擊能力、再進入大氣層後的自主降落性能等。在降落地面後,X- 37B還將驗證地面人員是否能對其進行快速維護,支持其再次發射。畢竟,X-37B作爲可重複使用的航天器,如果無法進行回收與快速維護,那麼其效能就會 大打折扣。

      本次任務重點測試新型推進器

  在本次任務中,X-37B將對一種新型推進器進行測試,這與X-37B的在軌機動能力 有關。在過去三個架次的任務中,X-37B都進行了相關的軌道機動,這個能力在幾次發射中都進行了驗證,可以認爲軌道機動是X-37B歷次任務中的重點測 試項目。只不過這次使用了新型推進器,是軌道機動能力的一次提升。從過去三次任務的在軌時間不斷增加可以看出,X-37B內部燃料的攜帶量在不斷增加,聯 合發射聯盟的Atlas V型火箭近地軌道運載能力有8噸多,而X-37B只有5噸,有足夠的冗餘,一步步增加燃料攜帶量,並完成各種在軌機動的動作。

X-37B結構示意圖,前後各有側推進器,尾部爲主發動機,使用肼燃料作爲動力

  X-37B的在軌機動能力已經得到充分驗證,其機動能力主要由尾部的主發動機與前置的側推進器構成,尾部也有一個側推進器,主發動機使用肼(N2H4,又稱聯氨)燃料作爲動力,在前置推進器後方還有JP8(美國噴氣燃料代碼) 燃料箱。前後推進裝置的配合能夠改變X-37B的運行軌道。本次任務中使用的新型推進器可能是側推進器的組成部分,側推進器在X-37B上的作用是提供及 時而恰當的反作用推力,由X-37B上的機載計算機控制推動力的大小,配合主發動機完成在軌機動。尤其是當X-37B接近目標航天器時,側推進器需要精確 控制推動力的方向和大小,確保緩慢接近、保持相對靜止以及調整X-37B的姿態,讓可能安裝機械臂的載荷艙方向對準目標航天器,以實現在軌捕獲。

空天飛機

  空天飛行器路在何方?

  X- 37B爲空天飛行器設立了一個標杆和基本准入點,未來10年內出現的可重複使用航天器可採用類似X-37B的有翼結構,實現大氣層內飛行。歐洲正在試飛的 PHOENIX空天飛行器就類似X-37B,也擁有一對小機翼,使用火箭發射入軌,完成任務後可自主脫離軌道,返回地面。事實上,美國宇航局此前也進行過 比X-37B更高級的空天飛機的研發,只不過空天飛機的准入門檻很高,水平起降需要極爲強大的第一級平臺,涉及到吸氣式與火箭發動機的組合形式,工程難度 較大。1980年代至1990年代執行的國家空天飛機計劃使用了單級入軌的模式,空天飛機不需要使用火箭發射,而是利用傳統的機場跑道就可以升空,加速至 20馬赫直接進入軌道,完成任務後自主返回。

PHOENIX空天飛行器就類似X-37B,也擁有一對小機翼,使用火箭發射入軌,完成任務後可自主脫離軌道,返回地面

  顯然,空天飛機的作戰能力更加強大,具有隱蔽性、反應迅速等特點,這是X-37B所無 法比擬的。完成一次X-37B的發射任務首先需要製造一枚Atlas V型火箭,還不包括其他的準備工作,無法實現快速響應。但X-37B卻透露了一種新的方法,可以在軌等待較長的時間,比如1年至3年都可以隱藏在各條軌道上,一旦需要,就可以快速進入新的軌道,完成各種任務。從X-37B的結構上看,有翼的航天器已經被證明是可行的,即航天飛機,能夠實現自主返回地球,大 氣層內的飛行性能也通過航天飛機30年的使用積累了相當的經驗。因此,X-37B能夠充分利用現有的成熟航天技術進行研發,項目風險較低,產生的作戰效能 可以大幅度提升,未來幾年,有實力的航天國家都會考慮發展類似X-37B的可重複使用航天器。

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