解读美国X-37B空天轨道试验机

□ 王轶鹏 关成启 谷良贤

2014年10月，美国X-37B轨道试验飞行器（Orbital Test Vehicle,OTV）成功完成了第3次轨道飞行任务。X-37B的3次飞行到底执行了什么神秘任务？存在种种猜测和不同观点。本文从“X-37B飞行试验怎么样，X-37B到底是什么，X-37B解决什么问题和X-37B军事前景如何”共四个方面对神秘的X-37B进行解读。

X-37B飞行试验怎么样？

首先，我们来回顾X-37B的3次飞行。

据美国空军网站2010年4月23日报道，美国第四十五空间联队于北京时间4月23日7点52分，成功发射了一枚由联合发射公司制造的“宇宙神”5火箭，携带X-37B轨道试验飞行器（OTV）进行了首次空间飞行，开始绕地球轨道飞行。从4月份发射到8月初，X-37B一直在28°和40°的倾斜轨道上，按403千米×420千米的轨道绕地球运行。8月9日，X-37B进行了2次大型的机动，轨道提升到432千米×445千米，平均高度提升约27.5千米。10月11日，X-37B再次机动，10月15日，飞行轨道比此前至少低54千米。12月3日凌晨1点16分，X-37B在加利福尼亚海岸的范登堡空军基地安全着陆，飞行试验时间共计244天9小时24分钟。

美国太平洋夏令时间2012年6月16日上午5点48 分，美国空军可重复使用无人空天飞行器X-37B（OTV-2）安全着陆于范登堡空军基地。美国空军、范登堡空军基地、波音公司等多家网站进行了披露。OTV-2于2011年3月5日从美国佛罗里达卡纳维拉尔角空军基地发射，在轨飞行共计469天，创造了新的纪录，集中验证了在其能力许可的范围内扩展工作包线的可能性，检验了其自主完成更大范围的轨道机动和在更复杂气象条件下自主着陆的能力。

据美国范登堡空军基地官方网站2014年10月17日报道，美国空军无人可重复使用轨道试验飞行器X-37B（OTV-3）在美国太平洋时间2014年10月17日上午9点24分降落在范登堡空军基地，完成了674天的在轨试验。

X-37B到底是什么？

项目背景：从上世纪90年代以来，美国对于空间利益的关注逐步升温，空间能力对美国军力的提高有着举足轻重的作用，美军认为需要有效控制空间，并有效防御来自空间的日益严重的威胁。X-37B轨道试验飞行器（OTV）正是在这种背景下应运而生，其计划背景最早可以追溯到20世纪90年代的军用空天飞行器（MSP）、空间机动飞行器（SMV）。空间飞行器X-37B是空间机动飞行器（SMV）计划的技术验证机，SMV是美国军用空天飞行器（MSP）计划的一部分，SMV是一种可重复使用、可长期在轨并进行轨道机动的飞行器，为了满足军事上能够可靠、快速进入空间而提出，可携带CAV实现对陆打击，能够满足多样化的作战 需求。X-37B的背景还可以追溯到1996年美国航宇局的Future-X计划和空军的X-40项目。之后，美国空军、NASA和波音公司启动X-37项目，2002年研究内容进一步细化，明确了研究进场着陆试验飞行器（ALTV）X-37A和轨道试验飞行器（OTV）X-37B。

技术参数：X-37B主要参数指标为：

主要尺寸：长约8.9米，高约2.9米，翼展约4.5米；

（2）起飞质量：约5吨；

（3）飞行高度：202千米～925千米；

（4）着陆跑道：长4600米，宽61米；

（5）燃料：液氢和N2O4，利用氦气增压；

（6）动力装置：火箭发动机+太阳能电池板+锂电池；

（7）制导系统：全程采用GPS/INS自主导航系统；

（8）助推发动机：“宇宙神”5火箭

官方说法：美国军方一再强调，研制X-37B的主要目的是用于科学实验。试射X-37B的主要目的是测试并验证其先进的制导和控制系统的性能和表现，特别是能否在自主导航的情况下，成功返回大气层，进而验证小型可重复使用航天器的可行性，支持国防部有关新型卫星的长期在轨测试与风险评估。X-37B的远期目标是实现自主着陆，在10－15天内再次升空的空间侦察平台和军用卫星释放平台。可将美国官方所宣布的X-37B功能归总为：（1）可重复使用无人航天器试验验证机；（2）在轨试验平台；（3）空间侦察平台；（4）军用卫星释放平台。

从对X-37B计划分析及官方言论中可以看出，X-37B不仅是美国空间机动飞行器的技术验证机，对轨道控制技术、再入返回控制技术等进行验证，也可以作为可重复使用的无人空间轨道试验平台开展轨道试验；同时，X-37B对于实现更快捷、更低廉进入太空具有重大促进作用，这些技术可应用于民用航天运输，也有助于提高美国空军的快速响应能力，具有军民两用的潜在前景；随着美国决定逐步淘汰有人驾驶航天飞机，X-37B还可以作为一种可重复使用的航天飞行器使用，并通过携带不同的有效载荷，用于传统卫星难以完成的多种航天任务。

X-37B解决了什么问题？

X-37B飞行试验成功验证的技术主要有：飞行器系统设计技术；先进传感器技术；全过程导航制导控制技术；新型材料防热性能及高耐久、高温热防护技术；在轨自主操作与在轨机动技术；先进再入技术；自主展开/收回太阳能电池阵列、载荷舱门的能力；有翼可重复使用升力体飞行器的长期在轨运行性能；再入前脱离轨道的点火、进入大气层后自主S形机动能力。

X-37B解决的实际问题包括：

一、验证在轨运行技术、材料与热防护技术、导航制导与控制技术、进场与着陆技术等，可应用于美国未来的空间飞行器研制。在科学实验方面，其长时间的在轨能力及载荷的释放和回收能力将使其成为极佳的空间试验平台，自身携带的动力使其具有在轨机动能力，其飞行高度覆盖数百千米高度范围，可释放其载荷舱携带的各种载荷进行试验，并能够回收载荷和安全返回，具有向空间站运输人员能力的轨道空间飞行器提供技术验证平台和为民用卫星项目的技术研究支持作用。

二、验证在轨长时间运行性能，并且考核太阳能电池板和锂电池提供在轨运行动力的可靠性（航天飞机的在轨运行动力用的是自身携带的燃料电池），这一点要比航天飞机有所改进。X-37B执行完在轨运行任务之后，根据地面指令再入大气层，自主返回，水平降落在跑道上，这种返回方式有别于航天飞机（航天飞机是有人操纵降落的），X-37B将在上升、入轨、再入以及着陆等各飞行阶段的相关环境下进行飞行试验。

三、承担空间打击能力和全球快速打击能力的重要角色。随着世界无核化进程的不断推进，世界范围内核武器的威慑能力会逐渐减弱，X-37B轨道试验飞行器的成功发射，使得进行“廉价”的空天作业成为可能，使得其在军事上的战略及战术潜在应用价值愈发明显；在空间攻防方面，它利用强大的变轨能力，可以对敌方卫星链路实施干扰，也可以在战时当己方卫星体系遭到破坏时，及时释放小型卫星对卫星体系进行修复，必要时自身也可作为体系中的一环。

X-37B军事前景如何？

美国《技术远景2010-2030》将天空优势、空间优势和网空优势作为空军的核心能力，制定了太空能力发展的战略目标，将太空优势归结为太空态势感知（SSA）、防卫性太空控制（DCS）和进攻性太空控制（OCS）。在美国战略转型和“军事化应用”背景下，X-37B作为美国未来空间机动飞行器的技术验证机，经过技术积累和项目型号过渡到空间机动飞行器或更为先进的空间飞行器，最终将会发展成为承担控制太空使命的多任务平台。目前X-37B经过技术完善后，短期内将具备军事能力。

从目前报道资料分析，美国空军X-37B尚不具备轨道机动飞行器执行空间军力运用任务的能力。但是，X-37B已经具备快速发射、多次往返太空的军事能力，能够从美国本土起飞，依靠机载设备完成战时侦察探测任务；具有可重复使用特点，能够有效降低空间发射成本，短时间实现多任务需求发射；同时，由于具备任务有效载荷舱，借助其快速发射、可重复使用能力，使其能够在空间快速进行卫星等航天器的快速部署；另外，因为其长时间在轨特点，具备较强的变轨能力等特点（相对卫星），可根据任务指令迅速变轨至敏感区域，进而提高整个星座系统的覆盖面积及侦察效率，使美国空间军力得到很大程度增强。

在世界提倡无核化的今天，空间控制能力是未来战略威慑、实现空间优先控制最重要的方面。X-37B可以快速入轨、迅速进行轨道机动，利用机载敏感装置探测敌方轨道卫星并实施打击，遏制敌对国高空侦察能力、迅速扭转战场信息作战态势；另外，可通过装载微型武器设备对敌国空间设备实施攻击、干扰、破坏等行动，还能够有效阻挡敌对国轨道武器及反卫星武器的进攻，保护己方空间资源；同时，在需要时可以利用该类飞行器自身的“机械手臂”对敌航天器实现回收或者进行微调改装使其“服务”于美国。

目前来看，X-37B具备一定空间支援能力，当美国组网卫星被破坏或丧失能力时，为保障任务需要，X-37B可快速进行卫星部署或自身充当卫星，实现空间资源的有效支援；从长远看，未来以X-37B为基础发展的空间飞行器，将具备空天往返运输系统的能力，可以实现对空间站运输人力、物资的能力和为民用卫星项目技术研究提供支持。

综合分析，美空军赋予X-37B的角色是比较重要的，在其未来空间战略中发挥极其突出的作用。从技术实现角度而言，不存在不可解决的问题；但是，单个项目有限的发射次数与经费支持难以承载如此庞大的目标，每一项具体任务都涉及到复杂的技术问题，目前技术水平不具备空间军力应用的条件，需要进行切实的技术验证、耗费大量资金。毫无疑问，X-37B三次轨道试验飞行任务是圆满的，可以说是世界上第一架空天飞机轨道试验机，从航天技术发展来看，这是人类征服太空的又一里程碑意义上的发展；但是从军事发展和技术现实角度来看，武器装备的军事需求牵引无疑是X-37B获得支持的最大推动力。