X-37B第4次飛行試驗情況及其分析評論

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X-37B第4次飛行試驗情況及其分析評論

Fourth Test Flight of X-37B

康開華（北京航天長征科技信息研究所）

1　概述

2015年5月20日，美國宇宙神-5運載火箭第4次成功發射了X-37B軌道試驗飛行器。此次任務中一同發射的10顆立方體衛星（CubeSat）也成功入軌。

此前，美國空軍已經公布了此次X-37B飛行任務將進行的兩項試驗。第一項試驗是驗證霍爾電推進器設計改進后的性能特征，該推進器安裝在軍用“先進極高頻”（AEHF）通信衛星上；另一項試驗是美國航空航天局（NASA）領導的先進材料研究，目的是檢驗暴露于空間環境中的高分子材料、復合材料和涂層的特性。而此前空軍從未透露過X-37B飛行試驗中所攜帶的有效載荷。

執行第4次X-37B發射任務的宇宙神-5運載火箭升空

2　兩項試驗的基本情況

霍爾電推進器

X-37B試驗的霍爾推進器由航空噴氣-洛克達因公司制造，功率4.5kW，利用電離和氙氣產生推力用于衛星在空間執行機動操作。這種創新的電推進系統產生類似于“水發出潺潺聲”的推力。不同于傳統的化學能發動機在每次短時間內的點火所提供的較大推力，電推進系統要求具備長期操作的能力，利用發動機約0.27N的推力執行飛行器的入軌操作等。盡管典型的化學能推進系統可為衛星提供快速機動操作的動力，但是它需要使用大量而沉重的燃料，并且導致必須利用更大、更昂貴的火箭執行發射任務。電推進系統以氙氣作為燃料，其質量遠遠低于傳統的化學燃料，并且結合其所具備的長期工作能力，電推進系統的優勢凸顯出來。

美國空軍稱此次執行的X-37B試驗包括：收集空間操作環境中的霍爾發動機的遙測數據，以及測量發動機為飛行器提供的推力。最終的數據將用于驗證和改進霍爾發動機，并提升環境建模能力。環境建模能力將增強從地面試驗結果推算飛行器實際在軌飛行性能的能力。

霍爾電推進器的排氣羽流

空軍研究實驗室的湯姆少校稱，對于我們而言，空間至關重要。保密通信，情報、監視和偵察（ISR），導彈防御，天氣預報，精確導航和定時均依靠空間。空間競賽日益加劇，具備更加高效的在軌發動機對于美國意義重大，通過減少使用的燃料來降低成本，并增強航天器的操作靈活性、生存能力，延長使用壽命。

先進材料技術

X-37B所執行的另一項試驗是檢驗先進材料，即為NASA開展的暴露于空間的材料和創新技術項目（METIS）測試新材料。X-37B將約100種不同的材料樣件帶入空間環境超過200天。NASA稱，正在進行的METIS項目是基于“國際空間站”試驗項目（MISSE）所開展的多項材料任務所獲得的數據。2001-2013年，MISSE試驗了超過4000種樣件。MISSE和METIS將飛行試驗多種小型樣件，包括多種高分子材料、復合材料和涂層等。

“國際空間站”上正在進行的MISSE試驗

同時參與MISSE和METIS試驗項目的NASA馬歇爾航天飛行中心的米里亞姆稱，通過將材料暴露于空間環境并將樣件帶回地球，可獲得材料承受所處操作環境的重要數據。航天器的設計者可利用這些數據選擇最佳的材料用于特殊的應用，如防熱系統、天線或其他空間硬件。

NASA官員稱，METIS試驗項目正在研究多種由NASA、工業企業和其他政府機構研制的航天器所使用的材料。在空間中經過飛行試驗的這些材料將逐步替代那些技術過時的材料。

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馬歇爾航天飛行中心的總工程師沃森·摩根稱，空間站和METIS材料試驗所獲得的數據將改進未來NASA火星探測航天器的壽命和操作。

3　此次發射后各方評論

美國空軍共有兩架X-37B軌道試驗飛行器，第一次和第三次飛行任務使用同一架飛行器，第二次飛行任務使用了另外一架飛行器。但對于此次飛行任務，空軍并未透露是使用哪架飛行器，空軍發言人霍伊勒稱，X-37B項目選擇哪架軌道飛行器執行飛行任務是基于試驗目標，不公布該信息的原因是出于保護操作目標的考慮。此外，他還稱，此次X-37B任務將在空間環境中檢查有效載荷系統或技術，使這些新技術更加成熟，并在飛行器返回后對這些技術進行檢查。

與美國空軍的謹言慎行形成鮮明對比的是宇宙神-5火箭的運營商—發射聯盟，其官員稱，X-37B任務的目的是為美國未來開展的空間和操作試驗提供“重復使用航天器技術”。

負責X-37B項目的空軍快速能力辦公室主任瓦爾登稱，空軍將繼續對飛行器的性能改進進行評估，與其他機構合作開展的試驗將幫助美國提升空間技術的發展水平。2015年4月，瓦爾登還對媒體稱，對于X-37B的第4次任務非常期待，在成功地進行了3次飛行驗證任務后，美國空軍能夠將研究重點從最初的檢驗飛行器轉移到測試有效載荷本身上來。

美國電視廣播網哥倫比亞廣播公司（CBS）新聞報道，空軍航天司令部的約翰·海頓將軍稱，X-37B獨有的特征是：不同于衛星，它能夠進入空間并返回地球，將把帶入空間并長期暴露于空間環境的有效載荷再返回地球開展研究。針對X-37B項目的未來，海頓稱，無法確定該項目的未來將成為什么樣子，因為空軍正在進行試驗。

4　前3次任務回顧

X-37B由波音鬼怪工廠制造，長8.9m、翼展4.5m、有效載荷艙長2.1m，以輕質復合材料結構替代了鋁合金結構，通過展開的太陽能電池陣列供電。X-37B由宇宙神-5火箭帶罩發射，能夠在軌執行機動，任務完成后再入大氣層滑翔返回地球，著陸于傳統的跑道上。X-37B的前3次任務均是在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射，任務完成后飛行器著陸于范登堡空軍基地。今后，佛羅里達州的肯尼迪航天中心將成為X-37B的備用著陸場。

X-37B前三次飛行試驗的主要內容

5　X-37B神秘任務再引猜測

圍繞X-37B任務的神秘性導致了大量的猜測，主要集中在認為該飛行器是一種空間武器，設計用于檢查或致殘敵國衛星。但美國空軍長久以來一直對此看法持批駁的態度，堅稱X-37B僅是用于試驗重復使用飛行器和未來航天器的技術。空軍并未公布此次X-37B任務的時長，但飛行器攜帶了NASA開展研究的暴露于空間環境中的先進材料，因此有民間航天機構推測此次X-37在軌飛行任務至少持續200天。

此次透露試驗細節的做法是前所未有的，之前X-37B所攜帶的載荷和飛行器軌道操作等具體情況均列為美國軍方絕密信息。

美國空軍退役軍官布萊恩強調，X-37B很可能用于偵察和試驗重復使用飛行器的制導與防熱系統。盡管X-37B的特征之一是具備在軌機動能力和攜帶有效載荷，但布萊恩認為它不可能用于檢查、維修或回收空間目標。

總部設在馬薩諸塞州的“關注全球問題的科學家聯盟”的科學家勞拉·格雷戈稱，公開X-37 B任務的部分內容可能是為了減少其神秘性。她對太空新聞網說：“沒有充分的說服力說明為什么要在X-37B上開展這些耗資不菲的試驗。盡管這種航天飛機不是特別適合作為一種太空武器，但是此飛行器大多數細節仍然嚴格保密，而且五角大樓似乎一心要繼續進行這一項目的研究工作。所以，這似乎仍然是另一些擔心太空日益武器化的人們感到緊張的原因。”

考慮到X-37B任務的秘密性，其他國家如何看待這一項目。傳統基金會亞洲問題研究中心高級研究員成斌認為，X-37B毫無疑問被認為是一種太空武器。

佛羅里達州立大學政治系的羅杰·漢德伯格的觀點是，從美國軍方的角度來說，X-37B是“撲克游戲中的一個籌碼”。漢德伯格稱，從軍事角度講，必須要為所有的偶然性做好準備。

2015年1月5日，美國空間法律和政策破解公司的創建者和負責人邁克爾·里斯特納撰文《美國戰爭藝術的一種演練？》，文章稱，所有的戰爭均基于欺騙。關于X-37B用途的大量猜測，如空間轟炸、監視，與其他衛星對接，監視中國的天宮-1，或部署偵查衛星等猜測均不切實際，但隱瞞該項目的真實目的是有好處的。文章稱，美國軍方不愿意提供相應的透明度，不但是為了保護X-37B在軌執行的特定任務，而且還使地緣政治對手不停地猜測該項目的目的。文章還稱，如果X-37B項目的目的是欺騙，誤導他國消耗大量的資源以應對這一威脅，那么或許是成功的。

注：傳統基金會是美國新右派的主要政策研究機構，該基金會成立于1973年，由約瑟夫·庫爾斯和保羅·韋里奇創建，總部設在美國首都華盛頓。庫爾斯是美國極右組織約翰·伯奇協會的創始人，里根“廚房內閣”的重要成員之一。

邁克爾·里斯特納是空間法律和政策破解公司的創建者和負責人，該公司提供關于外層空間安全和研制問題的解決方法。