中國的“航天飛機”會超越美國X-37嗎？

摘要：不過，如果僅是這些，那麼其實沒有超出航天飛機當年具備的能力，在波音研製X-37的時候，有一些人曾經提到，他們想在該機上驗證的新技術具備革命意義的“空氣動力輔助變軌”或者叫“軌道飛機”。當然，畢竟這是我們第一次研製的小型航天飛機，未必直接挑戰“軌道飛機”技術，而此前“神龍”的設計看起來也還是比較傳統的外形，包括“鈍頭”的設計，它可能主要還是驗證航天飛機的基本技術，出於一步一個腳印的穩妥的考慮，這也是沒有什麼問題的。

（原標題：亞洲特快：中國的“航天飛機”會超越美國X-37嗎？）

【文/觀察者網專欄作者席亞洲】

由於視頻時間有限，“亞洲特快”視頻專欄中，顯然有很多話講不清楚，那麼在這裏列車長將利用文字稿方式把問題進一步說明白，也歡迎各位讀者在這裏繼續互動。

最近，我國又一次重要的航天試射準備工作進入了緊鑼密鼓階段，長征2號F火箭即將從之前進行過多次載人航天發射的酒泉衛星發射中心航天工位發射升空，據此前相關官方公衆號發佈的消息稱，這是長征2號F火箭“繼‘神州11號’之後，時隔三年首次執行載人航天之外的重大科研實驗任務，是保證後續載人航天工程順利實施的基礎，對未來空天技術的發展非常重要”。

雖然報道內容語焉不詳，但是使用我國載人航天的專用“坐騎”升空的航天器，其身份肯定是相當不凡了。

當然這張長2F攜帶5米直徑整流罩的圖片是PS的作品

另有一些說法稱，這次試射的長征2號F火箭使用了5米直徑的大型整流罩——這個消息列車長也沒有辦法進行覈實。暫且假設確實如此，那麼這次試射的可能是一種尺寸超出常規的飛行器。長征2號火箭的近地軌道有效載荷爲8600千克，它之前發射的天宮1號軌道對接目標飛行器的最大直徑也只有3.35米。

鐵路運輸的火箭箭體最大允許直徑就是3.35米

天宮目標飛行器、神舟飛船則是使用伊爾-76飛機運入，它的貨艙尺寸也無法容納5米直徑的物體

而酒泉發射中心的另一個限制條件是，從這裏發射的航天器需要經過鐵路運入，而鐵路隧道允許的最大直徑就是3.35米，從這一點來看，這次發射的載荷不大可能是佔滿整個整流罩內部空間的圓筒形物體。

從這一點來看，有不少網友推測的，這次我們要發射的或許是類似美國X-37的小型航天飛機的說法就有相當的可能性了——之前我們看到解放軍參加國慶閱兵的無偵8高速偵察機，在預演的時候就是以拆卸機翼的方式通過天安門廣場的。

從圖片來看，這次長-2F如果真的使用一個5米整流罩，就和美國空軍用“阿特拉斯V”火箭發射X-37B的構型相當相似了

當然了，這次試射的到底是不是自從當年在某省電視臺新聞節目中驚鴻一現的“神龍”空天飛機的後續發展型，我們現在也只能做這樣還不夠穩的猜測。

當年驚鴻一現的“神龍”驗證機

當年X-37還叫X-40的時候，也是用“白色騎士”飛機帶着上天進行自由飛試驗的

但是這裏我們不妨將它和美國空軍的“神祕明星”X-37B比較，來分析一下我們的“神龍”會具備什麼新的能力。

要說X-37呢就得先說航天飛機，美國在登月競賽中勝利後呢，開始反思投入鉅額資金進行載人航天工程的實際收益，發現除了鼓舞士氣、科學探索、帶動各種技術發展之外，這一項目的“直接收益”並不大。在對月球進行“可持續開發”之前，人類還是得先擴展在近地軌道活動的能力，尤其是要降低向軌道上發射東西的成本。

由此美蘇兩國開始了新一輪的競賽，蘇聯集中力量搞空間站；美國集中力量搞航天飛機——而航天飛機研製的目的，某種程度上說，是以更低的成本建造空間站。

換句話來說美國的目標不僅僅是搞個空間站，而且還考慮了以更低的成本，更快的速度，來建設和維護空間站。這就和美國登月先搞土星五號的F-1巨型火箭發動機，而蘇聯則着力於用幾十個現有發動機湊一個N-1火箭一樣，美國的計劃更“高瞻遠矚”，當然也更昂貴，需要更長的項目週期。

結果呢大家都知道，冷戰一結束，這些原本爲了和蘇聯較勁而上馬的遠景規劃，都塵歸塵土歸土。

當年計劃中的“自由號”空間站不僅比現在的國際空間站更大更重，而且還不止一個

而航天飛機更是因爲飛行成本反而比一次性火箭還高——據NASA的口徑，航天飛機每次飛行的成本是4億美元。而現在一次性的商業運載火箭，一次飛行也就一億美元，要是可複用的獵鷹9號這類成本可以更低了。

而航天飛機之所以飛行成本降不下來，很大程度上是因爲——它太大了。

同時呢，航天飛機相對於其他航天手段還有幾個無法取代的好處，第一還是成本，理論上如果航天飛機的技術繼續發展下去，它的飛行成本還是可以繼續降低的，畢竟它本來就是可重複使用的飛行器。第二是它可以把太空上的東西完整帶回地面，因爲它有個貨倉，可以保護其中的貨物不在再入過程中被燒蝕破壞，也不承受很大的過載。第三是它的起飛和降落過程動作相對緩和，沒有受過專業宇航員訓練的人也能乘坐它上太空。

航天飛機的貨艙是其他太空運輸方式無法取代的優勢，因爲它不僅能把載荷送入太空，也能把太空中的物體帶回地面

針對這三個無法取代的優勢和一個壞處——在美國NASA的大型航天飛機發展走入死衚衕的同時，新一代航天飛機的設計方案也就應運而生，而且還不止一個兩個。實際上呢，這就像是一個超級綜合性大企業解散，下面各個子公司紛紛自謀生路一樣，這些“子公司”當然不會再保持“大而全”的經營方向，而是要強調各自的優勢了。

美國在航天飛機之後提出的一系列小型——或者超先進放大強化版（中間這個X-33）航天飛機設計方案當然最後只有最“挫”的X-37真正投入了實用

當然還有一系列爲太空旅行設計的廉價“航天飛機”方案，這就沒啥實用價值了

在21世紀出現的一系列小型航天飛機方案中，有用來進行太空旅遊的超廉價部分軌道飛行方案，有探索驗證新一代技術的，也有……用於軍事用途的。

X-37就是這個側重於軍事用途的分支——它的思路是這樣，航天飛機的主要問題是太大了，那麼我們就要縮小，而航天飛機要縮小最大的問題在於哪裏呢？在於裏面要坐7個人啊——於是，波音公司表示，我越是研究越發現，人類的能力是有極限的，所以，X-37，我不坐人啦！

2005年它X-37A進行了從“白色騎士”高空試驗機上投擲下來，進行了無動力自主着陸的試驗，驗證了它這一對小小的機翼，V型的尾翼和麪包車一樣的機體的氣動佈局能夠在大氣層內進行穩定的滑翔飛行。2010年，X-37B進行了首次太空飛行，之後到今天，它又進行了五次飛行，最近的這次飛行呢，持續了700多天，驗證了它長期在軌作業的能力。

返回地面的X-37B

不過雖然X-37作爲美國空軍唯一的航天飛機驗證機呢，它的任務其實也不是單一的，其實還是一個“小而全”的東西。

儘管它只有3.5噸的空重，但仍有一個可攜帶4.5噸載荷的貨艙，尺寸大概相當於一輛皮卡車的貨鬥。在它的5次試驗飛行中，都攜帶了保密的載荷，目前公開的只有最近一次飛行中攜帶的載荷，據稱是用於測試熱管散熱系統的試驗裝置。此外它的貨艙門裏面還有一具緊貼着艙門的太陽能電池板，進入軌道以後就可以伸出來展開，這也是X-37能夠長期在軌運行的電源。

但這些都其實不是什麼特別的東西，實際上X-37B在太空運行的時候呢還是很容易被監控到的，因爲它並沒有採用隱身設計啊這類的，實際上全球有不少航天愛好者都在追蹤它，更別說各國的軍事和航天單位了。

X-37B的貨艙裏還有一具機械手——而且因爲它機內也有較多的燃料，航空煤油和液氧，因此以常規方式進行軌道機動的能力也比一般的衛星要強一些，所以它也能夠進行有限的變軌和靠近其他衛星的機動。

X-37B的太陽能電池板收房方式頗爲有趣，不會佔用貨艙內空間又儘可能擴大了電池板面積

美國電視新聞中驚現一瞥的X-37B模型，貨艙內有一具大直徑的光學鏡頭

在第五次飛行中天文望遠鏡拍攝到的X-37B在軌釋放衛星的畫面（根據模糊的畫面進分析和建模復原）

不過，如果僅是這些，那麼其實沒有超出航天飛機當年具備的能力，在波音研製X-37的時候，有一些人曾經提到，他們想在該機上驗證的新技術具備革命意義的“空氣動力輔助變軌”或者叫“軌道飛機”。

這聽起來就很魔性，那這事兒咱們還是得說，玩過坎巴拉的各位一定都知道，改變軌道需要消耗燃料——因爲牛頓他老人家說了，一個物體在不受外力的情況下，會保持其運動狀態不變，而改變其運動狀態就需要施加一個外力，而對於軌道飛行器來說，在大氣層外飛行只受到萬有引力的影響，那麼要改變軌道，就要用火箭給自己施加一個力纔行了。

但是，它的想法就很邪道，先降低高度到大氣高層，然後用自己的機翼和控制面板產生的空氣動力來改變自己的飛行方向，藉助大氣層“借力打力”，來實現變軌。當然了，這個過程中因爲和大氣摩擦，會降低飛行速度，速度降低到一定程度呢，就無法重新回到軌道上去，只能再入大氣了，這個時候，就需要用火箭發動機來維持速度了。這種變軌方式最牛的一點在於，它可以消耗很少的燃料實現軌道平面變軌，用我們都能理解的話說，就是實現急劇的左右轉彎，而不僅是抬升和降低軌道高度。

坎巴拉玩家都熟悉的變軌，在近地點加速或減速來抬升或降低遠地點高度，同樣，在遠地點加速或減速也可以抬升和降低近地點高度

現實中，衛星除了受到地心引力的影響還受到太陽引力的影響，因此還有太陽同步軌道它可以讓衛星飛過地球表面所有點的上空，是偵察衛星常用軌道，圖中也可以看到不同的軌道傾角有不同的用途，如果要改變這個參數，消耗的燃料就非常多了

整個“氣動變軌”過程呢，其實是一個“在作死邊緣反覆試探”的過程，如果處理不好，維持速度消耗的燃料太多，就得不償失了——但是按照理論計算，如果飛行器氣動佈局設計合理，可以只消耗百分之零點五的燃料實現變軌，百分之零點五啊！這就非常誘人了是不是？

換句話來說，如果這個技術實現，那麼你就等於獲得了一架能夠在一次飛行中反覆進行變軌，在別人意想不到的時間飛到預定目標上空的太空偵察機，或者在緊急時刻隨時可以變軌過來的通信衛星，或者能夠多次改變軌道，接近不同衛星目標的“太空戰鬥機”，總之，你想怎麼玩都行！這軍事潛力就非常巨大了。甚至NASA還構想過，如果有這種飛行器，就可以在宇宙飛船，空間站出意外無法返回地球的時候，迅速救援宇航員。

但是實際X-37B有沒有這個能力呢？

前面咱們提到，就是因爲X-37的軍事潛力巨大，它一發射就吸引了全球的目光，不僅各國軍方緊盯着它，民間的航天愛好者也各顯神通在盯着它看，就等着它軌道平面突然發生大幅度變化的驚人一幕，這是它具備前面我們提到“軌道飛機”能力的標誌。

氣動輔助變軌就涉及到要在大氣上層進行一段高超滑翔，這個過程中要承受高溫高壓的考驗，而且還不能掉太多速度，否則消耗燃料太多就得不償失了

但是呢……以列車長查到的信息來看，至少到2015年，我國的航天機構主要研究所的論文都表示，沒有監控到這方面的嘗試，而國外的航天愛好者們的跟蹤記錄結果也支持了這一結論。不過在最後兩次飛行，也就是2016年到2017年，和2018年到2019年的這兩次飛行中，有一些跡象顯示出來了。

根據美國航天愛好者的監控結果，X-37B在2016年底左右，其軌道傾角出現了一次較大幅度變動。而其近地點和遠地點高度，在這兩次飛行中也有了幾次反覆的較大幅度的變動。

X-37第四次飛行中軌道傾角發生了一次變化

第四、第五次飛行中近地點和遠地點高度也有多次的調整

不過，這些變動的幅度和頻繁程度，都沒有超出正常使用機上燃料進行常規變軌能夠做到的水平。尤其是它的近地點高度也始終沒有降低到大氣邊緣的水平，始終都在300公里以上。而衡量“軌道飛機”最根本的一點，就是軌道平面變軌的能力，也並沒有顯示出來。

據此，我們似乎可以認爲，X-37B最近兩次飛行中的測試，雖然比一般的正常運轉的在軌衛星要頻繁，但是其目的可能是爲了在不同高度、重力和過載環境下對機上搭載的試驗設備進行測試，而不是進行“氣動輔助變軌”試驗。

X-37B的機內帶有較多的燃料和氧化劑（航空煤油和過氧化氫）常規變軌能力也要比一般的衛星強

洛克希德爲衛星研製的大型燃料儲箱，X-37B的燃料儲箱應該比它還要大一些

長期關注X-37的學術機構也支持這個觀點，一位知名的航天博主的觀點是這樣說的：“現有的五次X-37B軌道測試飛行任務中沒有證據表明它具備軌道飛機應有的機動特性”，

那爲什麼X-37B沒有這個能力呢，其實美國空軍部長佩頓早在該機2010年試飛的時候就曾表示，由於X-37B結構重量仍然過高，不能成爲真正的“軌道飛機”，那麼現在來看，他說的可能並沒有錯，也許X-37研製階段，波音和空軍曾經期望讓它具備“軌道飛機”的特性，但實際上最後造出來的X-37B，可能真的不具備這個能力。

至於這個結構超重的主要原因——很可能是因爲它的設計功能還是多了……你看它又有貨倉，又有長期在軌工作所需的大型太陽能電池板，又有機械臂……實際上就是航天飛機的小型化版本，或者說，跳出了“大而全”的坑，馬上又掉進了“小而全”的坑裏面。

這樣做的結果，是美國空軍獲得了一個能夠將在軌測試的衛星零部件安全帶回地面的技術手段——這也是我們前面提到的，航天飛機的三大好處之一。

X-37B能將軌道上的物體安全帶回地面，這是該機的獨特價值

但壞處就是，它設計之初希望驗證的，最核心的“軌道飛機”的完整能力也就沒有了。

不過話又說回來，X-37B在完成衛星發射任務後，還是有可能進行一些與“軌道飛機”關鍵設計參數有關的飛行試驗的，比如在大氣上層打個水漂什麼的，它還是有可能的。

這可以爲將來設計真正的軌道飛機奠定一點基礎——不過這個試驗的能力肯定也是很有限的，這畢竟是在作死邊緣反覆試探的過程。

“軌道飛機”的能力其實是有一點專業水平的媒體才能注意到的事情了，而關於X-37B，媒體上經常出現的另一個說法是它是“一小時打遍全球”的“超級武器”——2015年之前，這個技術是“只有美國纔有可能做到的超先進技術”，“獨步全球，外星黑科技”！

……就是這種啦……

2015年中國首次進行高超聲速試飛後這就是……“呸，不值錢的落後技術”了……一大票連亞音速飛機都做不好的國家和地區也紛紛跳着腳喊：“中國能，我也能！”“我PPT都畫好啦！”……

我們知道，當年的航天飛機和X-37B一樣，在再入大氣的時候都會有一段從第一宇宙速度，也就是大約23馬赫以上的速度降低下來，到着陸前降低到一兩百公里/小時的過程。

航天飛機和X-37的熱防護技術處於同一水平線，在再入過程中需要進行反覆調整迎角以免燒燬

這又是坎巴拉航天局的主任們的奇怪知識呢……再入的時候看着過熱的進度條調整迎角以免局部過熱燒炸什麼的……現實中你沒法給飛船裝兩層防熱大底不是？

這個過程的前半段，就必須利用高超聲速滑翔——不過，與現在的高超聲速武器不一樣，航天飛機和X-37B的設計上都要儘快降低自己的速度，因爲它們的防熱系統並不能長時間的耐受兩千多度的高溫，所以實際上它的滑翔過程實際上是一直在調整機身相對於氣流的角度，溫度高了，放低一些機頭，減速就會慢一些，但溫度相對低一些，等溫度低了就拉起機頭，減速會更快，但溫度也會急劇上升。這樣來回反覆，讓機體的熱護盾在過熱的邊緣反覆試探……最後速度高度終於降低到合適的程度，也就正好到了肯尼迪航天中心跑道上空，可以開始着陸了。

所以我們看到X-37B和航天飛機都是“鈍頭”設計，這就是爲了避免機身前緣溫度過高的設計，按這樣的設計顯然阻力會更大。

而相比之下，高超聲速滑翔原理的導彈就是以儘可能維持更長的滑翔距離，全程儘可能提高維持的速度，因此要求它的“升阻比”要儘可能大——所以先進的高超聲速滑翔體前面得是“尖”的。

把飛行器前緣做成尖銳型的問題在於，溫度會在尖端的地方特別高，這就需要採用更加先進的防熱材料

2012年美國喜劇電影《獨裁者》中，曾拿導彈的頭是尖的還是圓的作爲一個笑點……沙雕獨裁者：爲什麼這個導彈的頭是圓的？我看那些牛X國家的導彈都是尖的啊！

在因此趕走了主持導彈研製的科學家後……就只能做出這種“尖”的導彈了……

從這個角度來看，X-37B和航天飛機，都遠不是合適的“高超聲速滑翔導彈”的構型，因爲它在靠近目標的時候速度急速下降，而且機動性能也不強，很容易被擊落。

蘇聯當年對於航天飛機被當做武器使用的擔心，主要是認爲它如果只進行高空高超聲速滑翔，不降低到地面高度，而是直接在莫斯科上空高空引爆巨型核彈，這就很難攔截了，這種高空核爆產生的電磁脈衝可以癱瘓蘇聯的通信指揮系統。X-37B理論上當然也可以這麼用——只是這種末日武器的玩法，幾乎不具備實戰意義啊。

當然這裏不是說X-37B不是一種先進的軌道飛行器，只不過它和我們的高超聲速導彈走的是兩條技術路線。

拿汽車打個比方，航天飛機好比美國大皮卡，能拉貨，能坐人，油耗高，價格貴，而X-37B則是特斯拉新出的那個電動小皮卡，雖然比較特別，但基本說並未脫出皮卡的框架，至於現在的高超聲速導彈，其實都是法拉利、保時捷、蘭博基尼這類的超級跑車，跟皮卡已經根本不是一個類型的，那它們做對比其實已經沒有太大的意義。

正是因爲航天飛機和高超飛行器其實是兩個概念，前面咱們提到的航天飛機的幾個優勢，對於航天應用來說，仍然是成立的，它仍然是未來載人航天中重要的一個技術路徑，作爲一個大國，我們當然也要探索——況且，還有軍事潛力巨大的“軌道飛機”的技術路線可以探索呢？

目前來看，我們已經知道，我國在高超聲速技術方面，尤其是熱防護技術等領域相對美國已經取得了一定的優勢——那麼問題來了……我們的“神龍”會不會對“軌道飛機”技術發起挑戰呢？

我們知道，“軌道飛機”需要什麼，軌道飛機需要的是在大氣層內具備很高升阻比，因爲有更大的升力，才能更快更大幅度的進行機動，而更小的阻力，可以減少速度損失，也就相應的減少燃料消耗。而這其實就和高超聲速滑翔飛行器的要求有重合之處。當然更不用提，如果已經進行過洲際速域的高超聲速全程試飛，和頻繁的高超聲速風洞吹風，那麼對於高空大氣的空氣動力學特徵，熱力學特徵也會有更多的認識，有利於設計出更加複雜和高效的氣動外形。而在耐高溫材料方面的技術優勢，則可以降低採用更高效氣動外形方面的限制條件。

這幾點加在一起，如果我們的小型航天飛機具備完全超越X-37的性能，並不值得奇怪，甚至我們完全可能比美國更領先的實現“軌道飛機”的概念——如果我們的航天飛機採用更加輕巧的設計的話。

中國還是在認認真真踏踏實實，一步一個腳印的向着自己的目標接近的，第一次試射的小航天飛機到底是什麼性能，其實也並不是最重要的問題

當然，畢竟這是我們第一次研製的小型航天飛機，未必直接挑戰“軌道飛機”技術，而此前“神龍”的設計看起來也還是比較傳統的外形，包括“鈍頭”的設計，它可能主要還是驗證航天飛機的基本技術，出於一步一個腳印的穩妥的考慮，這也是沒有什麼問題的。

之前俄羅斯、印度、歐洲航天局和日本也在進行小型航天飛機的相關研究和試驗，這裏面俄羅斯水平當然是最高的了，他們在冷戰結束前就已經開發出了與美國航天飛機非常接近的“暴風雪”號驗證機並且在無人狀態下進行了試飛，21世紀以來俄羅斯也有多個航天飛機發展方案，其技術水平是不必懷疑的，但……所謂一分錢難死英雄漢，也就不必多說了。

當年俄羅斯的“暴風雪”號航天飛機幾乎和美國航天飛機已經差不多了

但現在它只能……唉

小型航天飛機的計劃也是有的，但沒有錢，就沒辦法試飛咯

2015年，歐空局發射了IXV小型航天飛機驗證機，不過該機在最後着陸階段並不是在機場着陸，而是打開降落傘落到海上。但它至少是真正的上了軌道，驗證了完整的從軌道再入大氣層的能力，後續歐空局計劃發展類似X-37的新型航天飛機，不過目前尚未進行發射。

歐空局的計劃也定好了，下一步就是類似X-37B的能長期在軌活動的小航天飛機

而印度的RLV-TD看起來外形好像像那麼回事，但該它的飛行高度、速度都遠達不到航天飛機所需要的水平，最後也沒有回收，而是一頭扎入孟加拉灣解體沉沒。其實到底驗證了什麼誰也不知道……

印度"航天飛機”試飛高度只有65公里，沒出大氣層，最大速度接近5馬赫，試驗到最後，飛行器一頭扎進孟加拉灣，也不打算回收……這到底是驗證了什麼就不知道了

而日本呢，雖然從80年代他們就制定了研製航天飛機的計劃，其計劃使用H-2火箭發射的“希望-X”航天飛機也認認真真的進行了研製，並且已經造出了驗證機，制定了2004年試飛的計劃——但是最後計劃還是不了了之。當然最近隨着高超聲速技術的熱門，日本有開始要追趕這個熱點，據稱近期他們進行了旨在研製“極音速滑走彈”（高超聲速滑翔）的相關試飛，不過看他們的相關投資金額和重視程度，實在也很讓人懷疑就是了。