解讀美國X-37B空天軌道試驗機

□ 王軼鵬 關成啟 谷良賢

2014年10月，美國X-37B軌道試驗飛行器（Orbital Test Vehicle,OTV）成功完成了第3次軌道飛行任務。X-37B的3次飛行到底執行了什么神秘任務？存在種種猜測和不同觀點。本文從“X-37B飛行試驗怎么樣，X-37B到底是什么，X-37B解決什么問題和X-37B軍事前景如何”共四個方面對神秘的X-37B進行解讀。

X-37B飛行試驗怎么樣？

首先，我們來回顧X-37B的3次飛行。

據美國空軍網站2010年4月23日報道，美國第四十五空間聯隊于北京時間4月23日7點52分，成功發射了一枚由聯合發射公司制造的“宇宙神”5火箭，攜帶X-37B軌道試驗飛行器（OTV）進行了首次空間飛行，開始繞地球軌道飛行。從4月份發射到8月初，X-37B一直在28°和40°的傾斜軌道上，按403千米×420千米的軌道繞地球運行。8月9日，X-37B進行了2次大型的機動，軌道提升到432千米×445千米，平均高度提升約27.5千米。10月11日，X-37B再次機動，10月15日，飛行軌道比此前至少低54千米。12月3日凌晨1點16分，X-37B在加利福尼亞海岸的范登堡空軍基地安全著陸，飛行試驗時間共計244天9小時24分鐘。

美國太平洋夏令時間2012年6月16日上午5點48 分，美國空軍可重復使用無人空天飛行器X-37B（OTV-2）安全著陸于范登堡空軍基地。美國空軍、范登堡空軍基地、波音公司等多家網站進行了披露。OTV-2于2011年3月5日從美國佛羅里達卡納維拉爾角空軍基地發射，在軌飛行共計469天，創造了新的紀錄，集中驗證了在其能力許可的范圍內擴展工作包線的可能性，檢驗了其自主完成更大范圍的軌道機動和在更復雜氣象條件下自主著陸的能力。

據美國范登堡空軍基地官方網站2014年10月17日報道，美國空軍無人可重復使用軌道試驗飛行器X-37B（OTV-3）在美國太平洋時間2014年10月17日上午9點24分降落在范登堡空軍基地，完成了674天的在軌試驗。

X-37B到底是什么？

項目背景：從上世紀90年代以來，美國對于空間利益的關注逐步升溫，空間能力對美國軍力的提高有著舉足輕重的作用，美軍認為需要有效控制空間，并有效防御來自空間的日益嚴重的威脅。X-37B軌道試驗飛行器（OTV）正是在這種背景下應運而生，其計劃背景最早可以追溯到20世紀90年代的軍用空天飛行器（MSP）、空間機動飛行器（SMV）。空間飛行器X-37B是空間機動飛行器（SMV）計劃的技術驗證機，SMV是美國軍用空天飛行器（MSP）計劃的一部分，SMV是一種可重復使用、可長期在軌并進行軌道機動的飛行器，為了滿足軍事上能夠可靠、快速進入空間而提出，可攜帶CAV實現對陸打擊，能夠滿足多樣化的作戰 需求。X-37B的背景還可以追溯到1996年美國航宇局的Future-X計劃和空軍的X-40項目。之后，美國空軍、NASA和波音公司啟動X-37項目，2002年研究內容進一步細化，明確了研究進場著陸試驗飛行器（ALTV）X-37A和軌道試驗飛行器（OTV）X-37B。

技術參數：X-37B主要參數指標為：

主要尺寸：長約8.9米，高約2.9米，翼展約4.5米；

（2）起飛質量：約5噸；

（3）飛行高度：202千米～925千米；

（4）著陸跑道：長4600米，寬61米；

（5）燃料：液氫和N2O4，利用氦氣增壓；

（6）動力裝置：火箭發動機+太陽能電池板+鋰電池；

（7）制導系統：全程采用GPS/INS自主導航系統；

（8）助推發動機：“宇宙神”5火箭

官方說法：美國軍方一再強調，研制X-37B的主要目的是用于科學實驗。試射X-37B的主要目的是測試并驗證其先進的制導和控制系統的性能和表現，特別是能否在自主導航的情況下，成功返回大氣層，進而驗證小型可重復使用航天器的可行性，支持國防部有關新型衛星的長期在軌測試與風險評估。X-37B的遠期目標是實現自主著陸，在10－15天內再次升空的空間偵察平臺和軍用衛星釋放平臺。可將美國官方所宣布的X-37B功能歸總為：（1）可重復使用無人航天器試驗驗證機；（2）在軌試驗平臺；（3）空間偵察平臺；（4）軍用衛星釋放平臺。

從對X-37B計劃分析及官方言論中可以看出，X-37B不僅是美國空間機動飛行器的技術驗證機，對軌道控制技術、再入返回控制技術等進行驗證，也可以作為可重復使用的無人空間軌道試驗平臺開展軌道試驗；同時，X-37B對于實現更快捷、更低廉進入太空具有重大促進作用，這些技術可應用于民用航天運輸，也有助于提高美國空軍的快速響應能力，具有軍民兩用的潛在前景；隨著美國決定逐步淘汰有人駕駛航天飛機，X-37B還可以作為一種可重復使用的航天飛行器使用，并通過攜帶不同的有效載荷，用于傳統衛星難以完成的多種航天任務。

X-37B解決了什么問題？

X-37B飛行試驗成功驗證的技術主要有：飛行器系統設計技術；先進傳感器技術；全過程導航制導控制技術；新型材料防熱性能及高耐久、高溫熱防護技術；在軌自主操作與在軌機動技術；先進再入技術；自主展開/收回太陽能電池陣列、載荷艙門的能力；有翼可重復使用升力體飛行器的長期在軌運行性能；再入前脫離軌道的點火、進入大氣層后自主S形機動能力。

X-37B解決的實際問題包括：

一、驗證在軌運行技術、材料與熱防護技術、導航制導與控制技術、進場與著陸技術等，可應用于美國未來的空間飛行器研制。在科學實驗方面，其長時間的在軌能力及載荷的釋放和回收能力將使其成為極佳的空間試驗平臺，自身攜帶的動力使其具有在軌機動能力，其飛行高度覆蓋數百千米高度范圍，可釋放其載荷艙攜帶的各種載荷進行試驗，并能夠回收載荷和安全返回，具有向空間站運輸人員能力的軌道空間飛行器提供技術驗證平臺和為民用衛星項目的技術研究支持作用。

二、驗證在軌長時間運行性能，并且考核太陽能電池板和鋰電池提供在軌運行動力的可靠性（航天飛機的在軌運行動力用的是自身攜帶的燃料電池），這一點要比航天飛機有所改進。X-37B執行完在軌運行任務之后，根據地面指令再入大氣層，自主返回，水平降落在跑道上，這種返回方式有別于航天飛機（航天飛機是有人操縱降落的），X-37B將在上升、入軌、再入以及著陸等各飛行階段的相關環境下進行飛行試驗。

三、承擔空間打擊能力和全球快速打擊能力的重要角色。隨著世界無核化進程的不斷推進，世界范圍內核武器的威懾能力會逐漸減弱，X-37B軌道試驗飛行器的成功發射，使得進行“廉價”的空天作業成為可能，使得其在軍事上的戰略及戰術潛在應用價值愈發明顯；在空間攻防方面，它利用強大的變軌能力，可以對敵方衛星鏈路實施干擾，也可以在戰時當己方衛星體系遭到破壞時，及時釋放小型衛星對衛星體系進行修復，必要時自身也可作為體系中的一環。

X-37B軍事前景如何？

美國《技術遠景2010-2030》將天空優勢、空間優勢和網空優勢作為空軍的核心能力，制定了太空能力發展的戰略目標，將太空優勢歸結為太空態勢感知（SSA）、防衛性太空控制（DCS）和進攻性太空控制（OCS）。在美國戰略轉型和“軍事化應用”背景下，X-37B作為美國未來空間機動飛行器的技術驗證機，經過技術積累和項目型號過渡到空間機動飛行器或更為先進的空間飛行器，最終將會發展成為承擔控制太空使命的多任務平臺。目前X-37B經過技術完善后，短期內將具備軍事能力。

從目前報道資料分析，美國空軍X-37B尚不具備軌道機動飛行器執行空間軍力運用任務的能力。但是，X-37B已經具備快速發射、多次往返太空的軍事能力，能夠從美國本土起飛，依靠機載設備完成戰時偵察探測任務；具有可重復使用特點，能夠有效降低空間發射成本，短時間實現多任務需求發射；同時，由于具備任務有效載荷艙，借助其快速發射、可重復使用能力，使其能夠在空間快速進行衛星等航天器的快速部署；另外，因為其長時間在軌特點，具備較強的變軌能力等特點（相對衛星），可根據任務指令迅速變軌至敏感區域，進而提高整個星座系統的覆蓋面積及偵察效率，使美國空間軍力得到很大程度增強。

在世界提倡無核化的今天，空間控制能力是未來戰略威懾、實現空間優先控制最重要的方面。X-37B可以快速入軌、迅速進行軌道機動，利用機載敏感裝置探測敵方軌道衛星并實施打擊，遏制敵對國高空偵察能力、迅速扭轉戰場信息作戰態勢；另外，可通過裝載微型武器設備對敵國空間設備實施攻擊、干擾、破壞等行動，還能夠有效阻擋敵對國軌道武器及反衛星武器的進攻，保護己方空間資源；同時，在需要時可以利用該類飛行器自身的“機械手臂”對敵航天器實現回收或者進行微調改裝使其“服務”于美國。

目前來看，X-37B具備一定空間支援能力，當美國組網衛星被破壞或喪失能力時，為保障任務需要，X-37B可快速進行衛星部署或自身充當衛星，實現空間資源的有效支援；從長遠看，未來以X-37B為基礎發展的空間飛行器，將具備空天往返運輸系統的能力，可以實現對空間站運輸人力、物資的能力和為民用衛星項目技術研究提供支持。

綜合分析，美空軍賦予X-37B的角色是比較重要的，在其未來空間戰略中發揮極其突出的作用。從技術實現角度而言，不存在不可解決的問題；但是，單個項目有限的發射次數與經費支持難以承載如此龐大的目標，每一項具體任務都涉及到復雜的技術問題，目前技術水平不具備空間軍力應用的條件，需要進行切實的技術驗證、耗費大量資金。毫無疑問，X-37B三次軌道試驗飛行任務是圓滿的，可以說是世界上第一架空天飛機軌道試驗機，從航天技術發展來看，這是人類征服太空的又一里程碑意義上的發展；但是從軍事發展和技術現實角度來看，武器裝備的軍事需求牽引無疑是X-37B獲得支持的最大推動力。