X-37B归来引发猜想

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  北京时间2012年6月16日20时48分,美国第2架X-37B轨道试验飞行器(OTV-2)完成在轨469天的飞行试验后,降落在范登堡空军基地,标志着美军小型无人可重复使用航天器技术取得重要进展。截至目前,美空军对该项目仍严格保密,未披露OTV-2%行试验的详细信息。
  飞行试验情况
  X-37B是继航天飞机之后又一新的带翼航天器,主要目的是进行可重复航天运载技术的空间飞行试验研究,以降低研制风险和探索作战概念。X-37项目于1999年启动,由美国家航空航天局(NASA)与美空军联合实施。2004年,由于美国提出“重返月球”计划,NASA终止X-37项目,将其移交到国防高级研究计划局(DARPA)。2006年,美空军接管X-37项目,提出研制X-37B轨道试验飞行器。X-37B项目由美空军快速能力办公室负责,主承包商为波音公司。X-37B高约2.9米,长约8.8米,翼展4.5米,质量为4989.5千克,可携带约227千克的有效载荷。
  2010年4月23日~12月3日,美空军进行了为期224天的第一架X-37B轨道试验飞行器(OTV-1)飞行试验,验证的关键技术有轻质结构、防热材料、自主返回和进场着陆等。
  OTV-2于北京时间2011年3月5日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。OTV-2任务重点是验证飞行器自身的性能。X-37B采用自动驾驶与导航模式,可长期在空间部署。有报道称,OTV-2可能携带新的太阳能帆板以进一步增加在轨时间。此外,使用锂离子可充电电池也可有效增加OTV-2在轨时间。此次OTV-2实际在轨时间469天,大大超出其设计的270天的工作时间,是OTV-1在轨运行时间(224天)的1倍多,以研究长期在轨对系统结构和载荷造成的影响。
  据报道,OTV-2进行了两次轨道机动。第一次是在2011年3月入轨后调整轨道面和轨道高度;第二次是在2011年6~8月进行轨道抬升。与OTV-1的长期停留轨道(倾角为39.99°,周期约92.74分钟,近地点约400千米,远地点约418千米)相比,OTV-2的长期停留轨道(倾角为42.8°,周期约91.11分钟,近地点约321千米,远地点约337千米),其轨道倾角大、轨道周期短、轨道高度低。有报道称其主要飞经伊朗、朝鲜等敏感地区上空,因此认为OTV-2上搭载有秘密的侦察载荷。
  OTV-2重点验证的关键技术
  OTV-2在技术上与OTV-1一脉相承,但太阳能帆板及携带载荷等方面有所变化,此次试验重点验证以下关键技术:先进材料/结构与热防护系统技术
  X-37B的热防护系统由第三、四代热防护瓦和热防护毯组成,美军要求其耐久性比航天飞机所用第一、二代材料要高10倍,密度减至1/4,成本降至1/100,制备周期缩短至1/6(2个月)。波音公司首席工程师阿瑟·格兰兹尔称,X-37B在材料/结构与热防护系统方面采用了多项新技术,其中强化单体纤维抗氧化陶瓷、共形可重复使用防热绝缘材料、可重复使用绝缘瓷瓦、新型复合碳材料等四种材料是第一次应用在此类轨道载人飞行器上。OTV-1试验结束后发现,其热防护瓦和机体虽因空间碎片撞击出现7处凹坑,但其防热瓦和防护材料基本有效。由于X-37B材料/结构与热防护系统采用了新的技术,因此在OTV-2试验中仍进行了重点验证。
  轨道机动技术
  OTV-1在试验中实现了多次机动变轨,但都处于同一轨道面上。OTV-1返回后,美空军发言人称“X-37B是美军空间操作能力的巨大进步。”OTV-2进行了调整轨道倾角、轨道面抬升的轨道机动,并实施了长时间的轨道维持,进一步验证了其在轨机动能力。
  自主进场、着陆技术
  OTV-1在自主进场、着陆过程中虽然左侧主着陆轮胎爆裂却未偏离航向,而是安全降落在跑道的中心线上,成功验证了其自主进场、着陆技术。但其对进场着陆的条件限制非常严格,因此美军特意将着陆时间选在夜间,以避免侧风的影响。OTV-2再次验证了自主进场与着陆技术,此前美国空军快速能力办公室X-37B项目主管曾称,OTV-2可能根据天气情况进行高速侧风条件下的进场与着陆试验,用以检验在极端天气条件下的着陆能力。但从目前掌握的情况看,美军并未开展极端天气下的着陆试验。为避免着陆时再次发生OTV-1的爆胎现象,美空军将OTV-2的主起落装置胎压降低15%,以更好地适应范登堡空军基地跑道着陆要求。
  新型太阳能帆板技术
  X-37B项目经理特洛伊·吉思称OTV-2飞行试验目的之一是验证飞行器太阳能帆板系统的性能。波音公司在X-37B成为秘密项目前,曾为此太阳能帆板申请专利。新帆板可快速折叠和装载,便于飞行器轨道机动,且折叠后总体积仅0.2立方米,占用载荷舱空间小。
  有效载荷技术
  美军对OTV-2携带的载荷严格保密。此次试验其轨道高度比OTV-1低约80千米,入轨后就停留在倾角约为42。的近地圆形轨道,且长期在同一轨道运行,时间长达几个月,每隔几天就会重复经过某个地点,具有验证搭载成像侦察载荷效果的明显特征。专家推测其可能是在测试国家侦察局的新型侦察载荷。此外,OTV-2还有可能搭载机械臂装置实施空间操作。
  自主导航与控制技术
  自主导航与控制技术是重复使用空间飞行器、空间作战飞行器与高超声速飞行器的核心技术,也是X-37B重点验证的技术之一。X-37B采用具有极强稳健性和自适应性的先进制导与控制算法,并首次使用全电飞行控制和减速系统,而不是传统液压系统。
  几点看法
  试验成功有助于x-37B的继续发展
  目前X-37B规划中的2次飞行试验已完成,对于项目的后续发展,美军方并没有给出明确的安排,但NASA、波音公司等机构正在考虑其后续发展。
  美空军已转变其早期拟撤销X-37B的考虑。2011年9月20日,空军航天司令部司令谢尔顿称,航天司令部并不需要备受关注、但真实用途不明确的X-37B,在预算紧张的情况下,可能会在适当时候讨论撤销对X-37B的经费支持。但到2012年4月,谢尔顿的观点有所转变,他称美空军目前尚无增加X-37B数量的计划,但同时称发展X-37B是一个很好的战略性国家安全决策。这表明,在两次试验成功的背景下,X-37B面临的预算问题趋于缓解。美国已提出在2012年10月利用首飞的OTV-1开展X-37B第三次飞行试验,以进一步验证其可重复使用性能。   波音公司提出发展更大尺寸的X-37C,向国际空间站和其他低地球轨道目的地运送货物和乘员。第一阶段将验证飞行器飞往国际空间站的能力;第二阶段将研制按165%的比例放大的飞行器(约14.3米长),为国际空间站运送更大的备件;第三阶段将实现载人飞行,运送5~7名乘员。
  试验日的仍是验证空间机动飞行器技术和作战概念
  X-37B第二次发射升空后,美军随即对其进入新闻封锁期,对试验情况严格保密。综合相关信息来看,此次试验延续了第一次飞行试验的任务,主要试验目的:一是进一步验证空间机动飞行器自身的关键技术。包括新型材料、结构、热防护系统、太阳能电力系统,以及飞行器对空间环境的适应性等。二是验证有效载荷技术。X-37B可搭载先进的空间侦听和侦察探测装置,既能对此类装置的性能进行试验,也可对重要目标进行实际侦听和探测,还可搭载空间科学研究载荷进行空间科学研究和空间环境研究。三是验证空间机动飞行器的作战概念。X-37B的飞行试验由美空军航天司令部第3空间试验中队指挥操控,该中队是美空军唯一承担空间作战概念研究任务的部队。通过操控X-37B,美军可积累空间机动飞行器使用经验,进一步明确战技指标要求,完善作战概念和模式。从目前披露的情况看,此次试验基本达到了预期效果。
  X-37B将为未来空间控制、天对地打击等军事应用奠定技术基础
  未来在X-37B基础上发展的空间飞行器,可携带机械臂、电子干扰、动能弹头等载荷进行大范围机动,靠近敌方重要航天器,实施侦测、干扰、硬杀伤甚至捕获回收,能显著增强美军控制空间的能力;也可携带小型动能武器等载荷,实施天对地的全球快速精确打击,为美国在削减核武器的同时继续保持其全球威慑与实战能力提供一种新型战略打击手段。虽然美空军部长助理佩顿称X-37B不是空间武器,但通过分析其性能特点可以看出,X-37B及在其基础上发展的飞行器具有广阔的军事应用前景。美空军航天司令部司令谢尔顿上将称该系统“能改变战局”。
  X-37B将进一步加剧各国对空间的争夺
  X-37B的持续发展可能打破世界空间安全战略格局,进一步加快空间武器化进程,使空间军备竞赛更趋激烈。X-37B的试验表明美国在空间武器化方面已先行一步,取得技术优势地位,征世界空间安全战略博弈中抢占了先机。俄罗斯、欧空局等纷纷表示要加快空间技术研发进度。据《连线》杂志报道,俄正发展一种小型、机动性强的可重复使用空天飞机,以应对美X-37B。
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