[科普中國(guó)]-X-37驗(yàn)證機(jī)

簡(jiǎn)介

X-37機(jī)身為全復(fù)合材料，采用一臺(tái)AR2-3火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。設(shè)計(jì)中的X-37能在軌道連續(xù)運(yùn)行21天，返回地球后能在常規(guī)飛機(jī)跑道上著陸。X-37是X-40A航天飛行器的尺寸放大型。

對(duì)于進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證的X-37B，它并不是一款太空戰(zhàn)機(jī)，它只是美國(guó)空軍真正太空戰(zhàn)斗機(jī)SMV的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)而已。對(duì)于它來說，更需要關(guān)注的是它各項(xiàng)新技術(shù)的進(jìn)展，等到這些新技術(shù)逐步成熟之日，SMV才會(huì)登上歷史舞臺(tái)。

發(fā)展沿革設(shè)計(jì)背景X-37樣機(jī)由“白騎士”運(yùn)載到美國(guó)新墨西哥州的莫哈韋太空港準(zhǔn)備試飛。

巨大的戰(zhàn)略利益使世界越來越多的國(guó)家把眼光投向了太空，在研制空天飛機(jī)方面也是如此。繼美國(guó)實(shí)施空天飛機(jī)計(jì)劃后，俄羅斯、印度、、德國(guó)、日本等國(guó)也在積極地研制空間作戰(zhàn)飛行器。當(dāng)然，這些國(guó)家在投資規(guī)模和研制進(jìn)展上都與美國(guó)相差很遠(yuǎn)。

軍事研究者預(yù)計(jì)空天飛機(jī)有兩種類型，一種是在2025年或其后部署的空天轟炸機(jī)，它能在2小時(shí)以內(nèi)飛行1.6萬公里、攜帶約5.4噸炸彈或巡航導(dǎo)彈，從美國(guó)本土出發(fā)轟炸全球任何一個(gè)地方的敵對(duì)目標(biāo)。另一種是空天偵察—反偵察機(jī)，它能夠在太空攻擊敵方衛(wèi)星及其他航天飛行器、維修本國(guó)衛(wèi)星，或者把無人駕駛偵察機(jī)投放到敵方領(lǐng)空?？仗祜w機(jī)能否實(shí)現(xiàn)快速轟炸打擊能力仍有待觀察，宇航專家認(rèn)為空天飛飛機(jī)達(dá)到太空作戰(zhàn)的能力至少還需要10到20年3。

研制起源美國(guó)空軍的X-37B飛行器，外形變化不大，但結(jié)構(gòu)相對(duì)X-37已經(jīng)有了不小的變動(dòng)(上圖)。使用太陽能電池陣的X-37，這可增加在軌時(shí)間，這也是美國(guó)空軍試圖驗(yàn)證的項(xiàng)目之一。

1998年NASA的馬歇爾研究中心提出了Future-X計(jì)劃，發(fā)展為后來的X-37。1999年7月7日NASA正式和波音公司簽署了一項(xiàng)為期4年的協(xié)議開發(fā)X-37驗(yàn)證機(jī)，NASA發(fā)展X-37目的是驗(yàn)證下一代航天飛機(jī)的技術(shù)，為擬議中的軌道航天飛機(jī)(OSP)提供技術(shù)與驗(yàn)證。1.73億美元的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)NASA和波音平攤，其中波音公司出現(xiàn)金6700萬美元，另有1600萬美元實(shí)物投資。1999年8月1日美國(guó)空軍后來參與進(jìn)來并投資1800萬美元，希望進(jìn)行在軌飛行270天的試驗(yàn)，驗(yàn)證太空飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間軌道駐留的可能性。

根據(jù)美國(guó)Spaceflightnow網(wǎng)站的消息，美國(guó)空軍將于2010年4月20日進(jìn)行X-37B飛行器的首次發(fā)射，使用Atlas V 501。X系列驗(yàn)證機(jī)向來吸引人們的眼球，X-37B被很多媒體稱為太空戰(zhàn)機(jī)，甚至有人稱之為人類首架太空戰(zhàn)機(jī)云云，更是成了眾人矚目的焦點(diǎn)。不過說起X-37驗(yàn)證機(jī)最初是NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）與波音公司簽訂的合同，目標(biāo)是驗(yàn)證軌道飛行試驗(yàn)和先進(jìn)再入技術(shù)，通過新技術(shù)的運(yùn)用降低航天成本，即使現(xiàn)在的X-37B也僅僅是軌道試驗(yàn)飛行器(OTV)，距離實(shí)戰(zhàn)還有很長(zhǎng)的距離。

2000年5月19日，波音將X-37的85%縮比例測(cè)試機(jī)X-40A交付給NASA，X-40A將用于地面和空中測(cè)試，其中包括驗(yàn)證導(dǎo)航系統(tǒng)的空投測(cè)試，X-40A縮比例測(cè)試機(jī)的引進(jìn)將降低X-37的測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。2001年3月14日，X-40A進(jìn)行了首次無動(dòng)力投放試驗(yàn)，CH-47支奴干直升機(jī)將其吊升至15000英尺隨后進(jìn)行了自由飛行，這是X-37發(fā)展過程中的一個(gè)里程碑。

隨后2001年4月12日到5月19日間，X-40A進(jìn)行了6次投放試驗(yàn)，總計(jì)7次投放試驗(yàn)為X-37的試飛進(jìn)行了電子系統(tǒng)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和先進(jìn)機(jī)體等很多技術(shù)的驗(yàn)證，搜集了大量信息。2002年，美國(guó)空軍停止追加經(jīng)費(fèi)，但NASA和波音簽訂3.01億美元合同繼續(xù)進(jìn)行X-37試驗(yàn)機(jī)的研制工作，包括預(yù)計(jì)2004年進(jìn)行的一系列著陸試驗(yàn)和更晚進(jìn)行了的在軌試驗(yàn)。2003年，美國(guó)空軍要求下NASA恢復(fù)了270天在軌試驗(yàn)的項(xiàng)目。

2004年，由于美國(guó)總統(tǒng)小布什提出重返月球計(jì)劃，NASA退出一系列近地軌道項(xiàng)目轉(zhuǎn)向登月計(jì)劃， X-37也轉(zhuǎn)交給美國(guó)國(guó)防先進(jìn)技術(shù)局(DARPA)進(jìn)行開發(fā)，X-37從此成為機(jī)密項(xiàng)目。2004年X-37轉(zhuǎn)交給DARPA 后，2006年11月17日，美國(guó)空軍宣布將以原有的X-37A為基礎(chǔ)發(fā)展出X-37B驗(yàn)證機(jī)，稱之為軌道試驗(yàn)飛行器(OTV)，X-37B由美國(guó)空軍的快速反應(yīng)能力辦公室主導(dǎo)，NASA和AFRL也參與了相關(guān)工作，波音公司仍然作為主承包商4。

首次升空攜帶X-37的白騎士飛機(jī)，白騎士因獲得X-Prize而聲名鵲起

2005年6月21日，X-37首次由白騎士飛機(jī)攜帶升空，首次投放試驗(yàn)預(yù)計(jì)在2006年2月中旬進(jìn)行，但是暴風(fēng)雪影響下未能實(shí)現(xiàn)，3月份又出現(xiàn)了高空風(fēng)繼續(xù)推遲，隨后雖然升空但是數(shù)據(jù)鏈出現(xiàn)故障白騎士飛機(jī)只好攜帶X-37返回。

到了2006年4月7日，X-37進(jìn)行了首次無動(dòng)力投放自由滑翔飛行，不過很糟糕的是著陸時(shí)出現(xiàn)異常導(dǎo)致X-37沖出跑道導(dǎo)致機(jī)頭受損，實(shí)驗(yàn)只能說部分成功，8月18日進(jìn)行了第二次試驗(yàn)，當(dāng)年9月26日進(jìn)行了最后一次試驗(yàn)，后兩次試驗(yàn)中據(jù)信至少有一次實(shí)現(xiàn)了成功著陸2。

軌道試驗(yàn)軌道試驗(yàn)也不順利，原計(jì)劃中X-37將被航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入太空釋放進(jìn)行軌道測(cè)試，不過研究指出使用航天飛機(jī)攜帶X-37費(fèi)效比太差，外加哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)事故的影響，決定改用Delta II 7920火箭發(fā)射，隨后由于整流罩問題改用Atlas V或是DeltaIV火箭發(fā)射，預(yù)定2006年試飛。雖然最后決定用Atlas V火箭2008年發(fā)射，不過又幾經(jīng)推遲到2010年才發(fā)射，這也就是今年4月要進(jìn)行的首次X-37軌道試驗(yàn)2。

技術(shù)參數(shù)作為一種無人驗(yàn)證機(jī)，其工作重點(diǎn)是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，這將是第一種進(jìn)行軌道飛行試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)。盡管航天飛機(jī)投入飛行已經(jīng)有了將近30年的歷史，但是作為載人飛行器，從安全性考慮無法進(jìn)行一些特定試驗(yàn)，這恰恰是X-37的領(lǐng)域。NASA和波音公司則希望通過X-37項(xiàng)目驗(yàn)證能大幅度降低成本的新技術(shù)，如再入和著陸過程中的自動(dòng)機(jī)動(dòng)與操作技術(shù)，參與X-37項(xiàng)目的美國(guó)空軍希望以此為平臺(tái)開發(fā)太陽能電池陣，精確指向等技術(shù)，這些技術(shù)是美國(guó)空軍開發(fā)空間機(jī)動(dòng)飛行器(SMV)所需的1。

結(jié)構(gòu)尺寸Atlas V5米直徑的整流罩可將X-37B完整裝入無需折疊機(jī)翼。X-37驗(yàn)證機(jī)長(zhǎng)度27.5英尺/8.38米，發(fā)射時(shí)重量5.45噸，翼展15英尺/4.57米，試驗(yàn)貨倉長(zhǎng)度7英尺/2.13米，直徑4英尺/1.22米，可容納227千克的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。所謂好事多磨，軌道飛行前的無動(dòng)力投放試驗(yàn)原計(jì)劃采用B-52飛機(jī)攜帶，不過魯坦設(shè)計(jì)的白騎士飛機(jī)在X-Prize競(jìng)賽（一項(xiàng)登月競(jìng)賽活動(dòng)）中大出風(fēng)頭，最后X-37決定采用白騎士攜帶投放1。

燃料供給X-37原計(jì)劃具備在軌飛行21天的能力，動(dòng)力裝置配備了AR2-3發(fā)動(dòng)機(jī)，使用無毒可存儲(chǔ)的高純度過氧化氫和JP-8煤油作為推進(jìn)劑，推力約31千牛，可滿足軌道機(jī)動(dòng)和軌道返回所需。不過隨著NASA轉(zhuǎn)交X-37項(xiàng)目，X-37B的推進(jìn)劑從無毒可存儲(chǔ)的過氧化氫和JP-8燃料換成了技術(shù)成熟的MMH和N2O4燃料，這個(gè)可存儲(chǔ)燃料組合技術(shù)成熟目前得到廣泛使用，盡管MMH有劇毒，不過X-37B的驗(yàn)證重點(diǎn)不是新型燃料，這樣減少新技術(shù)使用從而降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的行為實(shí)屬正常1。

材料X-37B除了自動(dòng)返回著陸系統(tǒng)外，使用的新技術(shù)還包括高動(dòng)壓高溫環(huán)境下在機(jī)體迎風(fēng)面上使用的共形可復(fù)用絕熱氈，耐高溫的新型陶瓷前緣防熱瓦，新的碳-碳化硅防熱材料，適于長(zhǎng)期在軌運(yùn)行的輕型起落架，適于快速更換設(shè)備的模塊化機(jī)體，用于全程確定狀態(tài)速度的GPS/INS系統(tǒng)，高性能共形有源X波段通信天線，自主在軌非合作交會(huì)技術(shù)等，應(yīng)美國(guó)空軍要求在軌時(shí)間也要達(dá)到270天之多。X-37B即將驗(yàn)證的新技術(shù)對(duì)于美國(guó)空軍繼續(xù)推進(jìn)SMV的試驗(yàn)具有很深遠(yuǎn)的影響，有翼的X-37B的繼續(xù)發(fā)展對(duì)于世界范圍內(nèi)有翼可復(fù)用飛行器也是個(gè)不小的鼓舞2。

總體評(píng)價(jià)作用2003年7月，波音給X-37做結(jié)構(gòu)測(cè)試

空軍需求助其起死回生

X-37是美國(guó)正在積極研制的空天飛機(jī)計(jì)劃之一，參與到該計(jì)劃中的主要有NASA，美國(guó)波音公司以及美國(guó)空軍。X-37空天飛機(jī)計(jì)劃一度暫停，不過美國(guó)空軍難以抵擋其未來軍事潛力的誘惑，大力推動(dòng)有關(guān)研究起死回生。

X-37計(jì)劃與X-33有一定關(guān)聯(lián)。X-33雖然失敗了，但它的重復(fù)發(fā)射設(shè)計(jì)在太空運(yùn)輸方面具有極大的商業(yè)價(jià)值，NASA于1996年提出了Future-X計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃被拆成兩個(gè)子計(jì)劃，其中規(guī)模較小的“探險(xiǎn)者”，就是X-37計(jì)劃。這是因?yàn)閄-33計(jì)劃在1994年一度被凍結(jié)，影響到好幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)度。為了讓幾個(gè)致力于太空運(yùn)輸方面的研究機(jī)構(gòu)可以繼續(xù)把他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果送上太空做高超音速的飛行驗(yàn)證，從1998年底直到1999年7月，波音與NASA簽署了4年合作協(xié)議，建造一系列驗(yàn)證機(jī)中的第一架。

依照計(jì)劃，X-37將成為第一架同時(shí)具備在地球軌道上飛行和具備再入大氣層能力的飛行器，而機(jī)上的自動(dòng)操作系統(tǒng)將在NASA所致力的“降低進(jìn)入太空的負(fù)載成本”上扮演關(guān)鍵性的角色。在原計(jì)劃中，X-37可以由航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入太空，但是在有報(bào)告指出使用航天飛機(jī)攜帶X-37進(jìn)入太空不合乎經(jīng)濟(jì)效益后，就改由“三角洲4”或是相似的火箭負(fù)責(zé)這個(gè)任務(wù)了。在太空中，X-37可以經(jīng)由本身配備的火箭引擎推動(dòng)，得到25倍音速的飛行速度，直到重入大氣層前，X-37有21天的時(shí)間在太空中進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，然后重返地球，降落在傳統(tǒng)的跑道上。

意義SMV：真正的太空戰(zhàn)機(jī)計(jì)劃

SOV+SMV+MIS+CAV構(gòu)成了完整的MSP項(xiàng)目（美軍軍用航天飛機(jī)計(jì)劃）。

從血緣上說，X-37的縮比例X-40A來自美國(guó)空軍早期的SMV計(jì)劃，發(fā)展到X-37B又成為SMV的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，可謂重歸家門。國(guó)內(nèi)不時(shí)看到X-37B是FALCON（Force Application and Launch from the Continental，兵力運(yùn)用與本土發(fā)射）計(jì)劃一部分的說法，也有X-37用于2小時(shí)全球快速打擊的新聞，這些誤傳流毒甚廣。事實(shí)上SMV是軍用航天飛機(jī)(MSP)的一部分，而MSP和FALCON是不同的兩個(gè)計(jì)劃。FALCON的目的是開發(fā)和驗(yàn)證能夠執(zhí)行快速到達(dá)全球任務(wù)的高超音速技術(shù)，演示可負(fù)擔(dān)得起的空間飛行器，SMV自然也就和FALCON無關(guān)。

SMV自身不能獨(dú)立作戰(zhàn)

MSP包括用于快速發(fā)射的可重用空間作戰(zhàn)飛行器SOV，可重用的軌道機(jī)動(dòng)飛行器SMV，還有SOV的上面級(jí)：通用航空飛行器CAV和將載荷送入高軌道的模塊化入軌級(jí)MIS。SMV是一種可重復(fù)使用，可長(zhǎng)期在軌并進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)的飛行器，并具備返回地面后72小時(shí)內(nèi)重新升空的能力，它本身不能獨(dú)立對(duì)陸打擊，實(shí)際作戰(zhàn)需要攜帶CAV來實(shí)現(xiàn)。

影響軍用航天飛機(jī)的再次嘗試

SMV路線圖，X-37的進(jìn)度已推遲，SMV的實(shí)用還有待時(shí)日

按照美國(guó)空軍官方說法，X-37B的目標(biāo)是“對(duì)可重用太空飛行器技術(shù)進(jìn)行太空試驗(yàn)，降低風(fēng)險(xiǎn)，使用方案開發(fā)，用于支持太空長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃”，從描述上看仍然著重于技術(shù)驗(yàn)證分析認(rèn)為X-37有發(fā)展為美國(guó)第一個(gè)實(shí)用的軍事太空飛機(jī)的潛力，從快速反應(yīng)能力辦公室的論文看，SMV（美國(guó)空軍開發(fā)空間機(jī)動(dòng)飛行器）基本就是以X-37B為基礎(chǔ)的，X-37B也是X-20后軍用航天飛機(jī)的再次嘗試。

X-37B是SMV的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)

作為SMV技術(shù)驗(yàn)證的X-37B，本身是一種驗(yàn)證機(jī)，同時(shí)使用Atlas V火箭來發(fā)射，不可能用于快速打擊。至于太空戰(zhàn)斗機(jī)的傳聞，其實(shí)也是將技術(shù)驗(yàn)證的X-37B與計(jì)劃中的SMV混淆的結(jié)果。

就X-37B本身來說，盡管和早期SMV的尺寸基本一致，但是本身主要用于技術(shù)驗(yàn)證，按照其所需要驗(yàn)證的種種技術(shù)也正說明這些相關(guān)技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，如SMV要求12個(gè)月的在軌維持能力，而X-37B只會(huì)逐步驗(yàn)證270天的在軌能力，更不要說發(fā)射SMV的SOV運(yùn)載工具實(shí)用還遙遙無期，SMV各種作戰(zhàn)能力所需要的載荷也在研制中遠(yuǎn)未成熟。

X-37大事記2001年5月 NASA成功進(jìn)行X-40試飛，這是這種原型飛行器的第七次，也是最后一次飛行試驗(yàn)。此次試驗(yàn)為其體積更大X-37搜集信息。

2002年 美空軍取消了X-37項(xiàng)目。

2003年11月 NASA在美國(guó)空軍要求下重新恢復(fù)X-37在軌飛行270天的計(jì)劃，目的是驗(yàn)證裝有照相機(jī)和炸彈的空間飛機(jī)一次飛行在地球軌道呆幾個(gè)月的可行性。

2005年6月 X-37搭乘“白騎士”運(yùn)載飛機(jī)首次飛行。

2006年4月 X-37利用自動(dòng)控制從高空降落，但在著陸時(shí)出現(xiàn)問題，滑出飛機(jī)跑道。

2000年初 小比例模型試飛成功

在2000年初，美國(guó)空軍對(duì)X-37計(jì)劃十分感興趣并加入進(jìn)來，提供了一架同樣也是波音公司建造的X-40無人架駛飛行器作為X-37的測(cè)試平臺(tái)。X-40是X-37的85%縮比模型，體積只有后者的85%，其長(zhǎng)度將近8米，重約1．2噸，由CH-47直升機(jī)攜帶，在大氣層內(nèi)做了一些無動(dòng)力的試飛，以減少X-37試飛時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。X-40的導(dǎo)航、控制系統(tǒng)都與X-37相似，所有這些系統(tǒng)都經(jīng)過了嚴(yán)格的飛行實(shí)驗(yàn)，X-37的制造商波音公司參加了這些實(shí)驗(yàn)，他們還對(duì)X-40進(jìn)行了改裝，并曾在美空軍愛德華茲基地進(jìn)行了試飛活動(dòng)3。

2002年 一次試飛摔了跟頭

按原計(jì)劃，X-37將在2002年進(jìn)行第一次大氣層內(nèi)的無動(dòng)力試飛，而軌道試飛和兩次正式任務(wù)將被安排在2003年。但是，美國(guó)空軍2002年取消了X-37項(xiàng)目，理由是X-37不是一個(gè)專門用來測(cè)試軍事科技的計(jì)劃，此舉不可避免地造成了一些資金上的困難和進(jìn)度上的延誤。接著在2003年11月，NASA在美國(guó)空軍的要求下重新恢復(fù)X-37試驗(yàn)型空間飛機(jī)在軌飛行270天的計(jì)劃，目的是驗(yàn)證裝有照相機(jī)和炸彈的空間飛機(jī)一次飛行在地球軌道呆幾個(gè)月的可行性。2004年，NASA聲稱X-37計(jì)劃不再符合NASA的長(zhǎng)期目標(biāo)，并在同年的9月把這個(gè)計(jì)劃轉(zhuǎn)移給美國(guó)先進(jìn)計(jì)劃研究局(DARPA)。2005年6月21日，X-37搭乘曾首次進(jìn)入太空的民用運(yùn)載飛機(jī)“白騎士”首次空中飛行試驗(yàn)。今年4月，DARPA曾在大氣層邊緣對(duì)X-37進(jìn)行了首次秘密“投放測(cè)試”。試驗(yàn)中，X-37被帶到太空，然后被釋放并直接降落。降落時(shí)，X-37飛出跑道，機(jī)頭部嚴(yán)重受損，試驗(yàn)并不完全成功。更為致命的缺陷是，作為執(zhí)行軍事任務(wù)的飛行器，X-37需要利用火箭推進(jìn)、或者靠另一架飛機(jī)的協(xié)助，才能達(dá)到近地軌道的高度。因此每次在執(zhí)行任務(wù)前，它都必須花半天時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備。這顯然和軍方“2小時(shí)內(nèi)轟炸全球任何目標(biāo)”的要求相差太遠(yuǎn)。 2