[科普中國]-X-33

X-33的起飛重量將是131噸，干重為33噸。已將干重降低了約2404～ 2586公斤?；鸺鹘M件由一石墨環(huán)氧桁架連到一起。頭錐和前緣部分由碳/碳防熱段覆蓋，上表面使用柔性可復(fù)用表面隔熱材料（FRSI）和先進(jìn)柔性可復(fù)用表面隔熱材料（AFRSI）石英隔熱氈，下表面由帶防熱層的因康鎳(Inconel)和鈦蜂窩板防護。X-33的翼展為23.5米，長21米。

X-33所使用的由洛克達(dá)因公司制造的較小的氣動塞式噴管發(fā)動機將在斯坦尼斯航天中心進(jìn)行鑒定。火箭將在出廠兩個月后進(jìn)行首次飛行。這一首飛時間比原定的3月份晚了4個月，是由氫貯箱返工造成的。試飛共將進(jìn)行15次。試飛時火箭均將從加州愛德華茲空軍基地的海斯塔克比猶特起飛，但著陸地點有兩處，一是猶他州的邁克爾陸軍機場（723公里），二是蒙大拿州的馬姆斯特羅姆空軍基地（1500公里）。

要飛到馬姆斯特羅姆，火箭的推進(jìn)劑密度可能要提高10%，因此要把溫度降到比正常水平低11開，同時又不使液氫變成漿狀?；鸺娘w行高度飛往邁克爾機場時為52～55公里，飛往馬姆斯特羅姆時在79公里以下。飛行速度將在8～13.5馬赫之間，比先前15馬赫的目標(biāo)有所降低。 如起飛20秒后發(fā)生發(fā)動機故障，火箭將在邁克爾機場著陸；20秒之內(nèi)出故障，火箭則將墜入愛德華茲基地的轄區(qū)內(nèi)。關(guān)于環(huán)境影響問題的最終報告已得到批準(zhǔn)。

對不載人的X-33試驗火箭的控制將依照預(yù)先編制的程序完全自主地進(jìn)行，其中包括中止飛行模式的選擇。

X-33將為冒險星驗證幾項關(guān)鍵性的技術(shù)，即采用氣動塞式噴管發(fā)動機的升力體式構(gòu)型，適于飛行使用的輕型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（如氫貯箱），防熱技術(shù)和高效率的操作技術(shù)等。試驗的目標(biāo)之一是要連續(xù)3次實現(xiàn)7天內(nèi)再次飛行，并要有一次在兩天內(nèi)再次飛行。

冒險星總起飛重量估計值為1180噸，高于原來998 噸的估計。其中的10%為干重（主結(jié)構(gòu)5%，發(fā)動機1.7%，分系統(tǒng)1.3%，有效載荷2%）。洛馬公司1996年7月贏得X-33合同時，對冒險星低地軌道有效載荷能力的估計是26762公斤（59千磅），而目前看來只能朝著22680公斤（50千磅）努力了。

如果冒險星方案能在2000年初獲得批準(zhǔn)，制造工作將在2002年開始進(jìn)行，2004年初進(jìn)行首次飛行，同年至2005年開始進(jìn)行營業(yè)性飛行?；鸺闹饕脩魧⑹敲绹接罹种饕糜诳臻g站補給），但據(jù)洛馬公司負(fù)責(zé)該項目的臭鼬作業(yè)公司官員稱，商業(yè)性發(fā)射的比例最終將達(dá)到50%。

X-33 采用垂直起飛方式，亞軌道飛行，能在飛行跑道上著陸動力采用一臺波音公司特別開發(fā)的 J2S 火箭發(fā)動機，其余部件也是包含了諸多高科技元素。2001 年 3 月，同樣由于存在諸多難以突破的技術(shù)難關(guān)（如線性氣塞式發(fā)動機），NASA 取消了已經(jīng)耗資了 13 億美元的 X-33 項目。

試制新一代可完全重復(fù)使用的獨立式航天器以取代服役多年的航天飛機一直是美國宇航局（NASA）的夢想，但是這一夢想?yún)s不得不在3月2日暫時告一段落。美國宇航局當(dāng)天宣布，終止X－33試驗宇航器的研制計劃。

X－33試驗航天器的研制始于1996年，是美國宇航局雄心勃勃的下一代航天器研制計劃的重要部分。美國宇航局希望這一可完全重復(fù)使用的航天器的研制成功能夠把衛(wèi)星送入軌道的成本降低90%，大幅縮減發(fā)射費用，從而推進(jìn)航天業(yè)的快速發(fā)展。按照當(dāng)時的設(shè)想，X－33樣機將是一款造型優(yōu)美的三角形空氣動力裝置，長21米，寬23．5米，發(fā)射時重量為129．4噸，其中95．3噸將是液氫和液氧燃料。它將不設(shè)任何窗口，也不攜帶宇航員，并將垂直升空，但著陸時則類似于一架自動駕駛飛機。如果X－33研制成功，它將取代火箭和航天飛機成為更廉價更安全的航天器。1

然而X－33項目在1999年下半年遭遇重大挫折，不僅預(yù)算嚴(yán)重超支，而且進(jìn)展大大落后于原定計劃，原定于2000年發(fā)射升空的第一架X－33樣機的發(fā)射日期一再推遲。當(dāng)時這種航天器的一個液氫燃料箱在試驗中出現(xiàn)了故障，負(fù)責(zé)該航天器設(shè)計的承包商洛克希德—馬丁公司不得不臨時修改計劃，用更為普通的鋁質(zhì)燃料箱替換原先由輕質(zhì)層狀復(fù)合材料制造的氫燃料箱。

最終，X－33項目還是沒能逃脫被遺棄的厄運。根據(jù)美國宇航局2日公布的數(shù)據(jù)，宇航局在5年中為這一計劃投資了9．12億美元，洛克希德—馬丁公司也在設(shè)計中投入了3．57億美元，可惜的是迄今為止X－33項目還沒有進(jìn)入實質(zhì)性試驗發(fā)射階段。

2001年3月3日，美國媒體披露，曾經(jīng)被美國宇航局(NASA)寄予厚望的太空飛機X-33計劃，在4年多的時間里吞噬了近12億美元后，終于壽終正寢。然而，美國的太空爭霸企圖并未因此而動搖，一項更加野心勃勃的“SLI”計劃又悄然出臺。

美國爭霸太空，NASA擔(dān)負(fù)著“開路架橋”的重任。1996年6月，NASA舉行了一次聲勢浩大的太空項目招標(biāo)會。組織者介紹說，在經(jīng)過了“挑戰(zhàn)者”號爆炸等悲劇事件之后，美國的航天飛機經(jīng)受住了考驗，隨后進(jìn)行的一系列飛行和太空實驗都取得了圓滿成功。然而，由于航天飛機設(shè)計的局限性，NASA決定開發(fā)下一代太空飛機。 　太空飛機是NASA的一個長遠(yuǎn)設(shè)想，說得冠冕堂皇一點，它是將來人類太空旅游的主要載具，但說白了，它是美國爭霸太空不可或缺的利器。然而，太空飛機的設(shè)計比航天飛機要復(fù)雜得多，因此，在正式?jīng)Q定上馬之前，NASA決定首先進(jìn)行無人太空飛機的研制，如試驗成功，NASA將上馬代號為“冒險明星”的既可以載人又可以載貨的超級太空飛機。事實上，NASA已將這一設(shè)想對外公布，這次招標(biāo)會的目的便是確定哪一家公司的設(shè)計方案中標(biāo)。

招標(biāo)會現(xiàn)場吸引了美國各大頂級航天技術(shù)公司，波音、麥道以及代表洛克希德-馬丁總公司出戰(zhàn)的馬丁太空系統(tǒng)公司都派出精兵強將參與競標(biāo)。因為他們知道，太空飛機項目是一個金娃娃，在無人太空飛機開發(fā)項目上搶得先機，也就在太空領(lǐng)域搶占了橋頭堡，今后將有賺不完的錢。最后，NASA宣布馬丁公司中標(biāo)。

由于NASA在資金上給予大力支持，馬丁公司又人才濟濟，所以該公司高層及其航天專家們從一開始就對這個項目信心十足。經(jīng)過兩年的努力，公司向宇航局報告：將于1999年3月首次進(jìn)行亞軌道飛行試驗。

然而，報告遞交給NASA不久，馬丁公司的科研人員即發(fā)現(xiàn)了一個重大安全隱患——無人太空飛機的航天減震引擎和氫燃料箱發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計問題。馬丁公司只好硬著頭皮向NASA發(fā)出申請，希望把首次試驗的日期推遲到2000年。NASA同意把首次試驗的日期定在2000年6月前后。但誰知好景不長，1999年11月，馬丁公司在進(jìn)行燃料填裝試驗時發(fā)生一次不大不小的事故，其中一個氫燃料箱遭到破壞。對這起事故原因的調(diào)查竟然持續(xù)了1個月之久，到1999年底，原因終于查明，使用輕質(zhì)的合成材料以減少飛機的重量是成功研制太空飛機的關(guān)鍵，但燃料箱使用的輕質(zhì)材料不符合要求，NASA和馬丁公司只好達(dá)成新的協(xié)議，把首次試驗的時間再度推遲到2003年。

雖然一波三折，但外界還是認(rèn)為無人太空飛機計劃不會有問題。然而，美國媒體披露了一個驚人消息，NASA宣布太空飛機X-33計劃流產(chǎn)！

夭折NASA與馬丁公司達(dá)成2003年進(jìn)行首次試驗的協(xié)議后，雙方的合作還算愉快，但是，X-33這個“金娃娃”隨著時間的流失開始褪色，最后成了一個吞噬金錢的黑洞。按照當(dāng)初的協(xié)議，NASA應(yīng)在5年的時間里為X-33項目投入13億美元。但馬丁公司的研制工作接二連三出現(xiàn)意外，使NASA非常頭疼。就在這個時候，NASA又遭到致命一擊：市場調(diào)查部門完成的報告顯示，X-33的市場前景并不像原先預(yù)期得那樣美好，它很可能落入無人問津的境地！

X-33計劃從一開始就曾遭到美國輿論的廣泛批評。為了對公眾有個交代，NASA已向國會提交了“太空發(fā)射提案(SLI)”，并獲得國會通過，政府將為此在5年之內(nèi)投資45億美元。在這份提案中，NASA列舉了幾大類很有發(fā)展前途的太空技術(shù)，包括助推系統(tǒng)、太空軌道運輸以及太空生存技術(shù)，其中也包括X-33項目。但哪個項目能最后獲得政府投資，也還需要競標(biāo)。

然而在第一輪的科研經(jīng)費爭奪戰(zhàn)中，X-33和它的近親X-34——用巨型飛機在空中發(fā)射的飛機器——項目便雙雙敗下陣來。NASA權(quán)衡再三，認(rèn)為其他的太空技術(shù)方案不僅都具有操作性，而且都比X-33和X-34“錢”途光明，NASA最終以“開支超出獲利”為由，做出了終止這兩個項目的決定。

據(jù)悉，迄今為止，NASA共在X-33項目上投資9.12億美元，在X-34項目上投資2.05億美元。馬丁公司依照合作協(xié)議，應(yīng)向X-33項目投資2.12億美元，但實際投資了3.57億美元。

分析人士認(rèn)為，如果馬丁公司自己不想放棄這個已花費了太多心血的項目的話，完全可以利用自己的科研經(jīng)費把研究進(jìn)行下去。但該公司發(fā)言人麥克科魯姆已經(jīng)明確表示，該項目失去了政府的支持，也就沒有了繼續(xù)研究下去的基礎(chǔ)，公司只能作出下馬的決定。但麥克科魯姆透露，洛克希德-馬丁公司畢竟是一家很有實力的公司，X-33風(fēng)波不會影響該公司去競爭SLI上的其他項目。1

在2001年取消計劃后，工程師們已經(jīng)能夠做出碳纖維復(fù)合材料的液氧罐。

2004年9月7日，諾斯羅普格魯曼公司和美國航空航天局的工程師公布了碳纖維復(fù)合材料液氫罐，已證明有能力重復(fù)使用和模擬發(fā)射周期。諾斯羅普格魯門公司認(rèn)為，這些成功的測試能開發(fā)和精致化新的制造工藝，使該公司建造大型高壓復(fù)合罐，以及設(shè)計和工程開發(fā)適形油箱使用于單級軌道載具。

洛克希德馬丁公司正在測試一種新的1/5模型火箭達(dá)到此種功能和設(shè)計，如今僅僅作為一種稱為“太空可重復(fù)使用運載火箭”的專案在研發(fā)。兩次測試都在新墨西哥州暗中進(jìn)行。2007年12月19日完整的吊掛降落測試，而2008年8月12日卻發(fā)生12.5秒飛行后墜毀的失敗。第三個測試2009年10月10日結(jié)果成功。2

在宣布X－33航天器研制計劃終止的同時，美國宇航局也宣布終止一項小型的亞軌道試驗航天器X－34的研制，宇航局正在與負(fù)責(zé)X－34項目的軌道科學(xué)公司就終止合同進(jìn)行談判。X－33和X－34項目都在馬歇爾航天中心進(jìn)行。

美國宇航局馬歇爾航天中心的負(fù)責(zé)人阿特·斯蒂芬森感慨地說：“我們從X計劃中獲得了大量知識，但是我們也認(rèn)識到一點，那就是我們目前掌握的科技還遠(yuǎn)沒有達(dá)到我們所預(yù)期的水平：能夠成功地研制一種新型的可完全重復(fù)使用的航天器，并且大幅度提高安全性、可靠性以及縮減開支?！?/p>

X-33通過關(guān)鍵設(shè)計評審美國航宇局和洛克希德·馬丁公司的X-33技術(shù)驗證飛行器使用洛克達(dá)因公司制造的線性氣動塞式噴管發(fā)動機洛馬公司為美國航宇局研制的X-33試驗火箭通過了關(guān)鍵設(shè)計評審，從而向首次飛行試驗又邁進(jìn)了一步。X-33將用來驗證一種單級入軌可重復(fù)使用運載工具將使用的技術(shù)。洛馬公司稱這種新型實用型火箭為冒險星。已有一部分X-33 項目的工程技術(shù)人員開始對冒險星火箭的方案進(jìn)行“細(xì)化”。

盡管X-33已經(jīng)采用了一些最新的技術(shù)，但冒險星在性能上還需比X-33有明顯的提高。據(jù)預(yù)計，X-33的速度增量約為5.5公里/秒，而冒險星在此基礎(chǔ)上還要再提高2/3，達(dá)到 9.1公里/秒，才能實現(xiàn)入軌的目的。X-33的干重為起飛重量的25%，而冒險星必須降至10%，其中還包括2%的有效載荷重量。工程技術(shù)人員正在進(jìn)行以下幾方面的技術(shù)改進(jìn)，以使冒險星能成為一種可行的方案：

（1）設(shè)計一種能耐受液氧腐蝕的輕質(zhì)復(fù)合材料液氧貯箱。X-33的液氧貯箱使用的是2219號鋁。

（2）提高空間利用率。X-33中有很多未利用的空間。提高空間利用率的辦法之一是去掉某些連接結(jié)構(gòu)和使各組件靠得更緊密一些，如把發(fā)動機直接安裝到液氫貯箱上而不再通過中間結(jié)構(gòu)安裝以及把液氧貯箱套裝到液氫貯箱上面等。由多瓣組成的液氫貯箱可能將變?yōu)椴惶嫉胤降墓残钨A箱，以便使防熱蒙皮離貯箱更近一些。

（3）降低波音公司洛克達(dá)因分部制造的RS-2200線性氣動塞式噴管發(fā)動機的重量，提高推重比。

（4）把比沖性能提高59?！っ?公斤，這可能將通過提高渦輪泵渦輪溫度和室壓來實現(xiàn)。

這次通過評審的X-33設(shè)計包括經(jīng)過改動的操縱舵和四瓣式液氫貯箱的安裝辦法。原來的操縱舵在跨音速條件下俯仰控制效能不足，跨音速和亞音速區(qū)逆向偏航角過大。修改后的設(shè)計把斜置舵的上反角從37度減為20度，以提高俯仰效能，減小逆向偏航角，同時還加大了垂尾尺寸，以增強控制。已進(jìn)行了約5000小時的風(fēng)洞試驗。

石墨環(huán)氧氫貯箱原在由英瓦合金（又稱微脹合金或殷鋼）薄片連接到一起的各瓣之間有約76米長的接縫。工程技術(shù)人員認(rèn)為英瓦合金的公差很難保證，并用4個月的時間設(shè)計和試驗了一種帶同時固化接縫的全復(fù)合材料貯箱。這種接縫要通過8次自動接合才能形成。2

研發(fā)單位：洛克希德馬丁

氣動布局：飛翼

發(fā)動機數(shù)量：單發(fā)

飛行速度：亞音速

機長：20.29米

翼展：22.06米

機高：5.88米

空重：28,440千克

發(fā)動機：一臺線性氣塞式發(fā)動機

最大起飛重量：131,000千克

最大飛行速度：17,690千米每小時

最大航程：1,530千米3