刷屏央视和朋友圈的X-37B是空天飞机？钱老可能不同意

太空与网络 · 公众号 · 民航 · 2017-05-09 21:05

正文

X-37B降落及入库过程

航天飞机转世重生

X-37B飞行718天后重返地面

作者 | 空天松鼠

审校 | 农燕

当地时间5月7日上午8时，美国空军的X-37B小型军用航天飞机在经历了718天的漫长飞行后，在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心的跑道上着陆。这是X-37B项目的第四次飞行任务，是这架X-37B航天飞机的第二次任务，这次任务又一次刷新了X-37B在轨时间的记录。虽然作为一个无人航天飞机，X-37B的在轨时间远长于航天飞机，但它仍然可以算作航天飞机的转世重生。

目前中国的主流媒体称呼X-37B为“空天飞机”，不过钱学森钱老在他的著作《星际航行概论》中提到的空天飞机，是航空航天飞机的简称，它可以像普通飞机那样水平起飞，在大气层内高速飞行并最终加速进入地球轨道；它当然也能像普通飞机一样水平着陆。空天飞机兼具大气层内和大气层外飞行能力，同时有喷气和火箭工作模式。这样算来，只有美国曾经研制的国家空天飞机才算货真价实的空天飞机，像X-37B这样用一次性火箭发射的，只能说具备大气层内滑翔能力，定义为空天飞机似乎不太妥当。

作为使用有翼外形的航天器，X-37B实际上更接近航天飞机，称其为航天飞机的后继者更为合适。

X-37B使用Atlas V火箭发射，它实际上就是有翼的重复使用返回式卫星

空天飞机是“可复用轨道运输系统”的终极方案

轨道运输系统（STS）也就是俗称的航天飞机，源自20世纪60年代的理论研究和方案，面对一次性使用的火箭和航天器高昂的成本，当时航空航天科学家们提出了分阶段复用的想法：

首先，是难度最低的复用飞船，也就是一次性火箭发射重复使用的飞船；其次，是火箭动力两级重复使用航天运载器，两级都能飞回复用；最后，就是吸气式动力的单级入轨完全重复使用的方案。

有句话说，人们常常高估了未来20年内的科技发展，而低估了未来50年后的变化。当年乐观爆表的工程师们天真地认为，那种吸气单级入轨的全复用航天器，在20世纪80年代有望研制出来。事实让人沮丧不已，到了1981年首次发射的只是航天飞机，这是一种介于第一阶段和第二阶段之间的复用航天器，航天飞机可以算是“一级半”入轨，除了外置燃料箱其余部分都重复使用了，比第一阶段的方案复用程度高，比第二阶段——二级分别飞回复用的难度低，但比起第三阶段——吸气式单级入轨就弱爆了。

美国人对航天飞机也不太满意。美国航空航天局（NASA）1986年发布合同开始研制国家空天飞机（NASP），这是一种水平起飞和降落，使用乘波体气动外形，动力为超燃冲压发动机，并实现单级入轨和完全重复使用的先进飞行器。1990年洛克维尔公司最后获得研制NASP的合同，虽然NASP设计新潮、技术先进，但技术难度太大而且花费太多，1993年这个项目被迫取消。即使是后续缩比的X-43A试验飞行器，也最终偃旗息鼓了。

国家空天飞机（X-30）是一种吸气式单级入轨的航天器，原计划作为航天飞机的远期替代者，但1993年项目被取消。

X-37B的前世今生

X-37B的研制源自美国空军的需求，1996年美国空军和波音公司签订合同，研制军事太空飞机（MSP）计划中的太空机动飞行器（SMV）。

SMV机如其名，初衷是一种具备很强轨道机动能力的太空飞机，它使用航天飞机或是一次性火箭发射入轨，可以在轨道上飞行一年或更久，然后全自动再入并水平着陆。SMV的用途，包括把小型载荷送入轨道，检查卫星和轨道侦察等任务。

与此同时，NASA想研制下一代的复用航天器，于是与美国空军继航天飞机项目的合作后再次一拍即合，开始研制试验性的小型重复使用航天器，最终产生了后来的X-37B小型航天飞机。

波音公司先是研制了90%比例的缩比无动力模型X-40，进行了多次空中投放飞行，测试其全自动飞行和着陆能力，随后全尺寸的X-37A登上舞台，X-37A要放在航天飞机货舱内，所以尺寸受到一定限制。

X-40A

天有不测风云，2003年哥伦比亚号航天飞机的爆炸改变了一切，按照小布什总统的最高指示，航天飞机退役，而NASA的载人航天计划也转向深空、确切地说要重返月球。NASA从此将近地轨道运营都交给了商业公司，那么作为近地轨道的重复使用航天器项目也要被放弃。2004年，NASA退出了X-37A项目，将其转交给美国军方。

X-37A与白骑士母机

美军锲而不舍地继续研制，X-37A使用白骑士母机进行了3次空中投放试验，验证了气动、控制和自动着陆能力。2006年11月美国空军将其改名为X-37B轨道测试飞行器，并表示X-37B的目标是作为技术探路者，通过飞行试验降低未来重复使用航天器的研制风险，支持远期的航天器研究。

简而言之，2006年的X-37B已经从十年前雄心勃勃的军用航天飞机计划的一部分，变成一个纯试验性的研究项目。

X-37B的功能与任务

2010年4月22日，第一架X-37B使用Atlas V火箭发射升空，美国空军称它的主要任务是试验这架飞行器的导航制导控制系统，尤其是自动再入和着陆的能力，它飞行了224天后在范登堡空军基地平安着陆。

2011年3月5日第二架X-37B发射升空，并在完成了270天的设计飞行时间后延长继续飞行，它飞行了468天后才返回着陆。

2012年12月11日的第三次任务是第一架X-37B的第二次飞行，它飞行了约675天。

2015年5月20日第二架X-37B再次发射升空，这一次它飞行了大约718天才返回着陆，而且首次着陆在肯尼迪中心。

X-37B长时间飞行的秘密：它使用了太阳能电池，所以比使用燃料电池的航天飞机续航时间长得多。

X-37B是一架长8.92米，翼展4.55米，最大发射质量4.99吨的航天器，内部货舱长度2.1米、直径1.2米，不算机翼的话和神舟飞船个头差不多。这个不大不小的美军航天飞机到底在太空干了什么，一向是爱好者和阴谋论者津津乐道的话题。

5月7日返回地面的X-37B，对比旁边的地勤人员，可以看出它的体形实在不大。

以这次OTV-4任务为例，美国空军公开的说法是经过前三次任务，X-37B平台已经相对成熟，所以第四次开始任务重点转向实验载荷，但公开说法只提到了美国空军研究实验室（AFRL）研制的霍尔效应电推进系统，以及NASA马歇尔中心的材料暴露试验，很明显这不可能是X-37B的主要任务。军事和航天爱好者们做了大量推测，提出了从情报搜集到光学雷达侦察，甚至自主交会破坏敌方卫星等一系列可能，但在美国空军高度保密下，所有推测都无法得到确认。

不过从一些蛛丝马迹看，X-37B小型航天飞机飞行高度约300千米，这比传统侦察卫星要低得多，它要扩展军事用途，可能性最高的还是使用货舱携带光学侦察设备，成为一颗重复使用的高分辨率光学侦察卫星。

X-37B载荷

“后继无人”的继任者

波音公司曾就X-37B的后续发展提出一系列想法：比如可载人的X-37C用于天地往返。不过随着NASA商业乘组综合能力项目的发展，连波音自己都拿出CST-100飞船参与竞标，而将X-37C抛在脑后。即使如此，X-37B仍有自己独特的优势：首先它使用新的气动设计和热防护系统，维护性和可靠性比航天飞机好得多，每次飞行后无需航天飞机那样繁琐的维修；其次它作为有翼布局的航天器，升力再入的过载比普通飞船小得多，这在普通的乘组天地往返上优势不大，但从空间站下行运回病人就至关重要了。有人提出基于X-37B改装出专用天地“救护车”，不过这一想法也未能立项。