X-37B降落及入庫過程
航天飛機(jī)轉(zhuǎn)世重生
X-37B飛行718天后重返地面
作者 | 空天松鼠
審校 | 農(nóng)燕
當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月7日上午8時(shí)，美國(guó)空軍的X-37B小型軍用航天飛機(jī)在經(jīng)歷了718天的漫長(zhǎng)飛行后，在美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的跑道上著陸。這是X-37B項(xiàng)目的第四次飛行任務(wù)，是這架X-37B航天飛機(jī)的第二次任務(wù)，這次任務(wù)又一次刷新了X-37B在軌時(shí)間的記錄。雖然作為一個(gè)無人航天飛機(jī)，X-37B的在軌時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于航天飛機(jī)，但它仍然可以算作航天飛機(jī)的轉(zhuǎn)世重生。
目前中國(guó)的主流媒體稱呼X-37B為“空天飛機(jī)”，不過錢學(xué)森錢老在他的著作《星際航行概論》中提到的空天飛機(jī)，是航空航天飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，它可以像普通飛機(jī)那樣水平起飛，在大氣層內(nèi)高速飛行并最終加速進(jìn)入地球軌道；它當(dāng)然也能像普通飛機(jī)一樣水平著陸。空天飛機(jī)兼具大氣層內(nèi)和大氣層外飛行能力，同時(shí)有噴氣和火箭工作模式。這樣算來，只有美國(guó)曾經(jīng)研制的國(guó)家空天飛機(jī)才算貨真價(jià)實(shí)的空天飛機(jī)，像X-37B這樣用一次性火箭發(fā)射的，只能說具備大氣層內(nèi)滑翔能力，定義為空天飛機(jī)似乎不太妥當(dāng)。
作為使用有翼外形的航天器，X-37B實(shí)際上更接近航天飛機(jī)，稱其為航天飛機(jī)的后繼者更為合適。
X-37B使用Atlas V火箭發(fā)射，它實(shí)際上就是有翼的重復(fù)使用返回式衛(wèi)星
軌道運(yùn)輸系統(tǒng)（STS）也就是俗稱的航天飛機(jī)，源自20世紀(jì)60年代的理論研究和方案，面對(duì)一次性使用的火箭和航天器高昂的成本，當(dāng)時(shí)航空航天科學(xué)家們提出了分階段復(fù)用的想法：
首先，是難度最低的復(fù)用飛船，也就是一次性火箭發(fā)射重復(fù)使用的飛船；其次，是火箭動(dòng)力兩級(jí)重復(fù)使用航天運(yùn)載器，兩級(jí)都能飛回復(fù)用；最后，就是吸氣式動(dòng)力的單級(jí)入軌完全重復(fù)使用的方案。
有句話說，人們常常高估了未來20年內(nèi)的科技發(fā)展，而低估了未來50年后的變化。當(dāng)年樂觀爆表的工程師們天真地認(rèn)為，那種吸氣單級(jí)入軌的全復(fù)用航天器，在20世紀(jì)80年代有望研制出來。事實(shí)讓人沮喪不已，到了1981年首次發(fā)射的只是航天飛機(jī)，這是一種介于第一階段和第二階段之間的復(fù)用航天器，航天飛機(jī)可以算是“一級(jí)半”入軌，除了外置燃料箱其余部分都重復(fù)使用了，比第一階段的方案復(fù)用程度高，比第二階段——二級(jí)分別飛回復(fù)用的難度低，但比起第三階段——吸氣式單級(jí)入軌就弱爆了。
美國(guó)人對(duì)航天飛機(jī)也不太滿意。美國(guó)航空航天局（NASA）1986年發(fā)布合同開始研制國(guó)家空天飛機(jī)（NASP），這是一種水平起飛和降落，使用乘波體氣動(dòng)外形，動(dòng)力為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，并實(shí)現(xiàn)單級(jí)入軌和完全重復(fù)使用的先進(jìn)飛行器。1990年洛克維爾公司最后獲得研制NASP的合同，雖然NASP設(shè)計(jì)新潮、技術(shù)先進(jìn)，但技術(shù)難度太大而且花費(fèi)太多，1993年這個(gè)項(xiàng)目被迫取消。即使是后續(xù)縮比的X-43A試驗(yàn)飛行器，也最終偃旗息鼓了。
國(guó)家空天飛機(jī)（X-30）是一種吸氣式單級(jí)入軌的航天器，原計(jì)劃作為航天飛機(jī)的遠(yuǎn)期替代者，但1993年項(xiàng)目被取消。
X-37B的研制源自美國(guó)空軍的需求，1996年美國(guó)空軍和波音公司簽訂合同，研制軍事太空飛機(jī)（MSP）計(jì)劃中的太空機(jī)動(dòng)飛行器（SMV）。
SMV機(jī)如其名，初衷是一種具備很強(qiáng)軌道機(jī)動(dòng)能力的太空飛機(jī)，它使用航天飛機(jī)或是一次性火箭發(fā)射入軌，可以在軌道上飛行一年或更久，然后全自動(dòng)再入并水平著陸。SMV的用途，包括把小型載荷送入軌道，檢查衛(wèi)星和軌道偵察等任務(wù)。
與此同時(shí)，NASA想研制下一代的復(fù)用航天器，于是與美國(guó)空軍繼航天飛機(jī)項(xiàng)目的合作后再次一拍即合，開始研制試驗(yàn)性的小型重復(fù)使用航天器，最終產(chǎn)生了后來的X-37B小型航天飛機(jī)。
波音公司先是研制了90%比例的縮比無動(dòng)力模型X-40，進(jìn)行了多次空中投放飛行，測(cè)試其全自動(dòng)飛行和著陸能力，隨后全尺寸的X-37A登上舞臺(tái)，X-37A要放在航天飛機(jī)貨艙內(nèi)，所以尺寸受到一定限制。
X-40A
天有不測(cè)風(fēng)云，2003年哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)的爆炸改變了一切，按照小布什總統(tǒng)的最高指示，航天飛機(jī)退役，而NASA的載人航天計(jì)劃也轉(zhuǎn)向深空、確切地說要重返月球。NASA從此將近地軌道運(yùn)營(yíng)都交給了商業(yè)公司，那么作為近地軌道的重復(fù)使用航天器項(xiàng)目也要被放棄。2004年，NASA退出了X-37A項(xiàng)目，將其轉(zhuǎn)交給美國(guó)軍方。
X-37A與白騎士母機(jī)
美軍鍥而不舍地繼續(xù)研制，X-37A使用白騎士母機(jī)進(jìn)行了3次空中投放試驗(yàn)，驗(yàn)證了氣動(dòng)、控制和自動(dòng)著陸能力。2006年11月美國(guó)空軍將其改名為X-37B軌道測(cè)試飛行器，并表示X-37B的目標(biāo)是作為技術(shù)探路者，通過飛行試驗(yàn)降低未來重復(fù)使用航天器的研制風(fēng)險(xiǎn)，支持遠(yuǎn)期的航天器研究。
簡(jiǎn)而言之，2006年的X-37B已經(jīng)從十年前雄心勃勃的軍用航天飛機(jī)計(jì)劃的一部分，變成一個(gè)純?cè)囼?yàn)性的研究項(xiàng)目。
2010年4月22日，第一架X-37B使用Atlas V火箭發(fā)射升空，美國(guó)空軍稱它的主要任務(wù)是試驗(yàn)這架飛行器的導(dǎo)航制導(dǎo)控制系統(tǒng)，尤其是自動(dòng)再入和著陸的能力，它飛行了224天后在范登堡空軍基地平安著陸。
2011年3月5日第二架X-37B發(fā)射升空，并在完成了270天的設(shè)計(jì)飛行時(shí)間后延長(zhǎng)繼續(xù)飛行，它飛行了468天后才返回著陸。
2012年12月11日的第三次任務(wù)是第一架X-37B的第二次飛行，它飛行了約675天。
2015年5月20日第二架X-37B再次發(fā)射升空，這一次它飛行了大約718天才返回著陸，而且首次著陸在肯尼迪中心。
X-37B是一架長(zhǎng)8.92米，翼展4.55米，最大發(fā)射質(zhì)量4.99噸的航天器，內(nèi)部貨艙長(zhǎng)度2.1米、直徑1.2米，不算機(jī)翼的話和神舟飛船個(gè)頭差不多。這個(gè)不大不小的美軍航天飛機(jī)到底在太空干了什么，一向是愛好者和陰謀論者津津樂道的話題。
5月7日返回地面的X-37B，對(duì)比旁邊的地勤人員，可以看出它的體形實(shí)在不大。
以這次OTV-4任務(wù)為例，美國(guó)空軍公開的說法是經(jīng)過前三次任務(wù)，X-37B平臺(tái)已經(jīng)相對(duì)成熟，所以第四次開始任務(wù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)載荷，但公開說法只提到了美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）研制的霍爾效應(yīng)電推進(jìn)系統(tǒng)，以及NASA馬歇爾中心的材料暴露試驗(yàn)，很明顯這不可能是X-37B的主要任務(wù)。軍事和航天愛好者們做了大量推測(cè)，提出了從情報(bào)搜集到光學(xué)雷達(dá)偵察，甚至自主交會(huì)破壞敵方衛(wèi)星等一系列可能，但在美國(guó)空軍高度保密下，所有推測(cè)都無法得到確認(rèn)。
不過從一些蛛絲馬跡看，X-37B小型航天飛機(jī)飛行高度約300千米，這比傳統(tǒng)偵察衛(wèi)星要低得多，它要擴(kuò)展軍事用途，可能性最高的還是使用貨艙攜帶光學(xué)偵察設(shè)備，成為一顆重復(fù)使用的高分辨率光學(xué)偵察衛(wèi)星。
X-37B載荷
“后繼無人”的繼任者
波音公司曾就X-37B的后續(xù)發(fā)展提出一系列想法：比如可載人的X-37C用于天地往返。不過隨著NASA商業(yè)乘組綜合能力項(xiàng)目的發(fā)展，連波音自己都拿出CST-100飛船參與競(jìng)標(biāo)，而將X-37C拋在腦后。即使如此，X-37B仍有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：首先它使用新的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和熱防護(hù)系統(tǒng)，維護(hù)性和可靠性比航天飛機(jī)好得多，每次飛行后無需航天飛機(jī)那樣繁瑣的維修；其次它作為有翼布局的航天器，升力再入的過載比普通飛船小得多，這在普通的乘組天地往返上優(yōu)勢(shì)不大，但從空間站下行運(yùn)回病人就至關(guān)重要了。有人提出基于X-37B改裝出專用天地“救護(hù)車”，不過這一想法也未能立項(xiàng)。
X-37C是波音提出的放大載人方案，最多可運(yùn)送6人，但它并沒有得到NASA的認(rèn)可。
X-37B雖然算是航天飛機(jī)的繼任者，但卻面臨后繼無人的窘境。X-37B并不具備“獨(dú)特而無可取代”的價(jià)值，它所能從事的任務(wù)，無論是對(duì)地偵察還是空間試驗(yàn)，都可以通過其他手段更廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)。
X-37B的意義更重要的還是驗(yàn)證未來復(fù)用航天器的新技術(shù)，比如更優(yōu)秀的熱防護(hù)系統(tǒng)，更精確的自動(dòng)飛行著陸系統(tǒng)，它還可能用于試驗(yàn)新一代的太空交會(huì)技術(shù)。
有翼航天器再入大氣層時(shí)防熱難度高，而如果是從深空軌道再入，速度更高、防熱難度更大；而且機(jī)翼對(duì)于深空飛行沒有幫助。因此，基于美國(guó)載人航天已轉(zhuǎn)向深空，有翼航天器逐漸淡出歷史舞臺(tái)似乎已成定局。即使未來，由X-37B試驗(yàn)的新技術(shù)在別的飛船上得到應(yīng)用，但它卻只能“事了拂衣去，深藏身與名”了。
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