美国X性系列飞行器一,开启空间战争新时代?

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  2010年4月22日19,点52分,美国空军主导研制的X-37B试验机在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心成功发射升空,X-37B本次将在太空进行导航定位、防辐射、热防护和控制等项目的试验,最终目标则是完成X-37B自主太空工作和返回着陆的测试。X-37B计划在太空运行270天,期间将对X-37B的各方面数据进行测试和统计,为后续发展和改良提供数据积累。由于有着浓厚的军事色彩,并且在很大程度上代表着未来太空军事发展的趋势,X-37B的此次发射引起了各方的高度关注,其发展动向也值得我们特别关注。
  人类很早就向往着能飞出地球,探索太空的奥秘。早在20世纪初,“现代航天之父”齐奥尔科夫斯基就提出了用火箭飞向太空的构想。到了30年代,奥地利人欧根-桑格尔率先提出了空天飞机的设想,并进行了大量的研究,但受限于当时的技术水平而没能取得实质性的进展。直到上世纪50年代太空探索取得重要突破后,以导弹和卫星为基础的航天器才开始成为现实,空天飞机也随着军事需求的发展成为技术开发的要点之一。美国60年代“跨大气层飞行器”就以可重复使用航天器为目标,采用火箭动力的X-15首次实现了空天飞机的全程项目,随后的X系列验证机又在技术上提高了设计完整性和全面性。空天飞机设想的可行性虽然已经被试验机所证实,但实用产品的开发仍然受到技术和成本的严格限制,技术上相对简单的航天飞机则最早实现了“跨大气层重复使用”的目标。
  美国在1981年开始采用火箭推进垂直升空的航天飞机。航天飞机虽然还保持着依靠火箭动力升空的特点,但具备航空器特征的载荷和人员舱可以重复使用。垂直升空和滑翔返回常规着陆的航天飞机,在技术上已经达到了处于火箭和空天飞机之间的标准,并且实现了重复使用航天器的热防护和大气层内/外运动的功能。美国早期开展的空天飞行器项目虽然大都处于验证机和试验阶段,但长期探索和试验仍然取得了非常宝贵的经验积累,航天飞机也让美国得到了实际使用空天飞机的试验载体。
  空间站项目的实施需要进行高频率的物资和人员运输工作,’航天飞机虽然相比火箭有更好的成本和效率水平,但在使用上仍然需要消耗很大的资源和长时间的准备。美国在1986年开始研究可重复使用的单级入轨的空天飞机项目,先后开始的X-30和NX-33项目的目标都是实现单级入轨,但这些项目都受到技术水平的限制而没有成功。X-37B是美国X系列跨大气层飞行验证机的组成部分之一,也是在技术上比较完善的X-33开发项目的后续应用。洛一马公司在1996年开始承担X-33空天飞机项目的研制工作,在X-33项目因为技术问题停顿后的总结收尾工作中,收购了洛一马航天部门部分股权的波音公司接手了X-37项目。X-37最初是X-33计划终止后的后续发展项目,主要目标是应用X-33项目的几项关键技术,目的是将为X-33准备的几个较成熟项目在新项目中综合,采用较低的技术风险和成本投入完成验证机的发展。X-37设计目标在利用火箭助推器到达大气层外,利用自带火箭发动机进行轨道控制和姿态调整,采用滑翔的方式返回地面并在常规的跑道上着陆,整个自主运动过程可以依靠程序控制也可以在地面控制完成。具备自主导航和地面控制功能的X-37是通用的空间运输平台,其功能与航天飞机相同但载荷比例和使用成本有很大的改善。
  
  空天飞机还是航天飞机?
  
  关于X-37B的各种消息中NX-37B的归类有不同的称呼,既有称其为空天飞机的也有的称为航天飞机,想要确切弄清楚X-37B的归类,必须首先清楚空天飞机和航天飞机的区90目前的航天飞机(也叫太空梭)严格说起来是用火箭发射,返回轨道舱可依靠气动作用滑翔着陆的航天器。航天飞机的特点是起飞依靠火箭动力推动,着陆时主要采用翼面气动作用进行无动力滑翔着陆,航天飞机在大气层内基本上不具备机动飞行的能力。空天飞机的功能属于组合功能的航空/航天器,空天飞机与航天飞机最大的差别在于大气层内的飞行性能。空天飞机因为需要满足大气层内/外不同工作环境的需要,普遍采用超燃冲压、变循环涡喷等吸气动力和火箭动力进行组合,动力系统既可以采用吸气一火箭分置方式也可以采用吸气/火箭一体组合。空天飞机不但能够实现火箭动力推动的大气层外轨道飞行,而且在大气层内还可依靠自身动力进行持续可控机动飞行,大气层内的飞行性能和动力特点类似于常规飞机。根据航天飞机和空天飞机的使用特点和动力形式,可以判断采用助推火箭升空和滑翔着陆的X-37B,在功能和技术上都属于与早期航天飞机相同的航天器,定义应该是无人驾驶的小型航天飞机而不是空天飞机。
  X-37B由波音公司研制并在公司的“鬼怪工厂”进行制造,公开消息中X-37B长度为9米,翼展长为4.5米,高度为3米,试验飞行器的重量估算为5吨。X-37B圆头圆脑的外形和小翼面与之前的航天飞机比较接近,但体积只有传统航天飞机1/4大的X-37B,在小载荷空间任务方面有比较突出的经济性和使用灵活性,尤其是无人自控运行的特点在作业时更加安全可靠。本次X-37B试验机飞行试验的结果将检验设计效果,确定X-37B是否能够满足可重复使用的要求。X-37B最初的开发目标是美国太空总署的低成本航天飞机计划,但现有的消息透露美国空军在2004年已经接收该计划,目前的X-37B在功能上增加了更强的军事色彩,本次试验中也表现出与军事需求密切相关的特点。
  
  X-37B的军事潜力
  
  美国军方在空天飞行器发展中始终保持很高的兴趣和参与度,美国空军也为空天飞机项目提出了很多使用要求和设想,可见空天飞机的开发过程中始终存在军事需求的背景,某些具体项目的军事用途更是处于绝对的领导地位。美国政府在宣传上否认了X-37B可执行军事任务的要求,但从航天飞行器的常规需要和X-37B的设计特点看,作为高效无人航天飞机使用的X-37B不可能没有军事目标。
  现代国际上普遍将距离地面30公里高度作为飞行器的分界线。飞机在正常情况下都是在30公里以下高度飞行,这个高度范围内通常也被作为各国领空的有效控制高度。高度超过30公里高度后稀薄的空气中的氧气含量过少,依靠空气中氧气辅助燃烧的动力系统已经难以使用,因此在30公里以上高度飞行的大都被划为航天器范畴,而这个高度范围恰恰是目前航天飞机和空天飞机的主要飞行高度。
  航空器的使用必须遵循国家安全和领空防御的规定,任何航空器侵入其他国家领空都会造成政治和军事上的危机,即使民用航空器在可飞行范围上也存在空域的限制。根据国际公约规定,任何国家不得对领土100公里以上的空域申请主权,因此飞行高度在此之上的卫星可以自由飞越任何国家的领空,飞行高度使航天器完全回避了常规的国防安全范围。侦察卫星在现有军事侦察方式中受

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