美太空军X-37B装备应用模式解析

彭振忠

X-37系列轨道机动飞行器是波音公司幻影工作室为美军设计的一种可重复使用、多用途和无人驾驶轨道机动飞行器。截至2021年1月，X-37系列共经历了3次改型和6次轨道飞行，3次改型分别是X-37A、X-37B、X-37C，在太空中停留已经超过2865天。X-37系列均采用火箭垂直发射进入太空近地轨道，自动水平滑行降落在机场。目前，美军已经设计建造了1架X-37A和2架X-37B，投入轨道运营且最为成熟的型号是X-37B。

发展历程

1998年-2001年，美国航空航天局（NASA）“未来-X”计划选择波音综合防务系统公司设计建造用于替换航天飞机的可重复使用运载器。波音公司设计建造了X-40A太空机动飞行器，并于1998年和2001年成功进行了9次飞行试验，验证了结构系统、导航制导系统的有效性。

1999年-2004年，在美国NASA“未来-X”计划支持下，以X-40A等比放大120%为基础，NASA、美空军和波音公司共同设计制造原型机X-37，NASA的早期目标是用于在轨卫星维护。

2004年9月，X-37计划由NASA移交给美国防高级研究计划局（DARPA），并列为美军方机密项目。

2005年6月-2006年3月，X-37A从加州莫哈维太空港起飞，由白骑士完成搭载测试飞行。X-37A随后进行了结构升级，包括加固其前轮支撑。

2006年4月，X-37A进行了首次自由滑翔飞行，在着陆过程中，飞行器翻越了跑道，并受到了轻微的损伤。

2006年11月，美国空军宣布从NASA的X-37A发展出变型机X-37B轨道试验飞行器。X-37B由DARPA、美空军、NASA领导，由波音公司作为总承包商设计建造。时任美空军部长表示，X-37B将侧重于“降低风险、实验和为可重复使用的空间飞行器开发新的作战概念，以支持空间能力发展的长期目标”。X-37B原计划于航天飞机载荷舱内发射，由于哥伦比亚航天飞机失事，后由阿特拉斯-5 501型运载火箭搭乘发射。

2010年，完成了X-37B二号机的制造工作，并于2011年3月进行了首次发射任务（OTV-2），OTV-2任务共进行了468天14小时。

2012年12月，X-37B一号机在卡纳维拉尔角SLC-41发射工位由阿特拉斯-5发射进入低地轨道，执行X-37B第3次轨道飞行任务，在轨释放了美空军USA-240卫星载荷，在轨运行674天22小時后降落在范登堡空军基地。

2015年5月，X-37B二号机在卡纳维拉尔角SLC-41发射工位由阿特拉斯-5发射进入低地轨道，执行X-37B第4次轨道飞行任务，将美空军AFSPC-5和USA-261有效载荷射入轨道，并试验了洛克达因公司为极高频通信卫星计划研制的XR-5A霍尔推进器和NASA的诸多先进材料，第4次任务在轨运行717天20小时后，于2017年5月降落于肯尼迪航天中心航天飞机着陆场。

X-37B三视图

2017年9月，X-37B在肯尼迪航天中心LC-39A发射工位由猎鹰-9运载火箭发射进入低地轨道，执行X-37B第5次轨道飞行任务。据报道，飞行的一个实验是先进结构嵌入式热扩散器，以测量振荡热管的性能。第5次飞行任务在轨运行779天19小时，于2019年10月27日降落在肯尼迪航天中心航天飞机着陆场。

2020年5月，X-37B在卡纳维拉尔角SLC-41发射工位由阿特拉斯-5运载火箭发射进入低地轨道，执行X-37B第6次轨道飞行任务。该次发射首次由美太空军负责执行，包括3项试验：一是负责评估NASA选定的材料对太空环境的反应;二是NASA负责研究环境空间辐射对种子的影响;三是评估由美海军研究实验室（NRL）设计，将太阳能转化为射频微波能量，然后将这种能量传输到地球的设备。第6次轨道飞行任务中释放了美空军学院和美空军研究实验室研发的USA-300小卫星。

目前，X-37B的地面机库位于肯尼迪航天中心的轨道器处理设施（OPF）1号、2号机库、美空军加州范登堡空军基地和美空军卡纳维拉尔角的发射基地。在地面机库，X-37B被装上绝密的有效载荷，和其适配器一起被放入火箭整流罩内，被运送到发射场。

降落在美国各地的三个地点之一进行：肯尼迪航天中心的航天飞机降落场、范登堡空军基地或爱德华兹空军基地。为了返回肯尼迪航天中心，X-37被放入有效载荷罐，并装入波音C-17货机。一旦到了肯尼迪，X-37就被卸下并拖到OPF，在那里为下一次飞行做准备。

结构能力解析

与早期X-37和X-37A不同，美太空军X-37B经过了大量的优化改进。X-37B长8.92米，翼展4.55米，高2.9米，最大起飞重量4.99吨，主发动机采用单台洛克达因公司AR-2/3发送机，推进剂采用高浓度过氧化氢/煤油，电力系统采用带有锂离子电池的亚化硅太阳能板。根据美空军和美太空军发布的官方信息测算，X-37B前部和后部燃料箱总容积在2立方米左右，能够容纳1吨的燃料。

X-37B使用了诸多先进技术，包括基于航空电子的自动离轨和着陆系统;电动机械驱动的飞行控制和制动系统;采用复合材料结构系统，摒弃了原来的铝制结构框架;新一代高温机翼前缘和增韧耐火氧化陶瓷瓦;先进可重复使用保形隔热层。先进的技术、总体布局和分系统，还有美国商业航天的快速发展使得X-37B拥有了诸多优势和能力。

X-37B结构解析

第一，快速垂直发射和水平降落能力。目前，美太空军拥有至少2架X-37B，并计划发展X-37C型号，随着商业运载能力的提升，X-37B已经选定联合发射联盟阿特拉斯-5运载火箭和太空探索技术公司（SpaceX）猎鹰-9运载火箭作为常用搭载平台，常态化的发射技术保证了单架X-37B拥有少于7天的发射间隔，考虑多架X-37B，其发射周期将短于3天。

第二，长时在轨多次机动变轨能力。燃料舱能够载有超过1吨的推进剂，能够维持至少700天以上的在轨运行时长，第5和第6次轨道飞行任务在轨时间均超过了710天。

第三，搭载众多空间传感器和武器的能力。X-37B具有超过2立方米的容积，能够搭载包括多种卫星载荷、机械臂和天基武器在内诸多载荷。在已经完成5次轨道飞行任务，根据公开信息，X-37B已经完成了6次卫星轨道释放任务和多次空间试验，其灵活性和运载力圆满达到了美军的需求。

应用场景解析

自2019年12月，美太空军正式成立，美军已经加速太空军事化和武器化进程。目前，X-37B已经转由美太空军负责，作为美太空军的王牌，其拥有颠覆未来太空战的潜力。

作为空天武器机动运载平台。作为太空武器平台，X-37B具有机动变轨难以偵测的优点，为美太空军、空军和情报界提供了一个非常灵活的、可重新配置的资产，其有效载荷可以返回到指定的安全地点，以进行物理分析和科学研究。2019年7月，时任美空军部长希瑟·威尔逊表示，当X-37B处于椭圆轨道时，它可以在近地点利用稀薄的大气层进行轨道改变，防止一些观察者暂时发现新的轨道，从而允许进行秘密活动。2010年5月，太空问题专家汤姆·伯哈特在《太空日报》上指出，X-37B可能被用作间谍卫星或从太空运送武器平台。

X-37B展开太阳能板和舱门，进行充电和在轨任务

作为空间态势感知机动平台。X-37B自身可携带诸多空间传感器和设备，实现对敌空间在轨卫星、空间站、星座等的有效监视，实现对陆地指定区域的有效预警，实现对己方有效资产的在轨维护、轨道转移等任务。2014年10月，《卫报》报道了太空安全专家的说法，即X-37B被用来测试侦察和间谍传感器，特别是它们如何抵御辐射和其他轨道威胁方面。2012年1月，有人指控X-37B被用来监视中国的天宫一号空间站，美空军前轨道分析员布赖恩·威登后来驳斥了这一说法，强调两个航天器的不同轨道排除了任何实际的监视飞越。

作为先进空间技术验证平台。X-37B最初由NASA研发，后转由美军负责，其保有强大的科学研究和技术验证的能力。X-37B在第4次飞行中测试洛克达因公司的霍尔效应推进器系统;第5次轨道飞行任务试验了先进结构嵌入式热扩散器;并在多次飞行任务中试验了包括先进材料、农业育种等多项科学研究与技术验证工作。

责任编辑：张传良