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X-37B绝密战机都干了些什么?

时间:2015年05月21日 信息来源:蝌蚪五线谱 点击: 【字体:

美国空军X-37B迷你航天飞机的下一次飞行初步确定在2015年5月20日,这是X-37B执行的第四次飞行任务。根据美国空军快速能力办公室飞行任务部主任对外公开的消息,X-37B的本次升空将对多项空间技术进行测 试,其中之一为测试新型推进系统,能够提升X-37B的在轨机动能力。本次发射使用了联合发射联盟的Atlas V型火箭,X-37B垂直安装在火箭的有效载荷舱内,发射方式类似于航天飞机,因此也被定位为迷你航天飞机。

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图1.-X-37B翼展为4.5米,高度为2.9米,长为8.9米,大小接近一辆大卡车,内部载荷舱空间相当于皮卡车的后备箱X-37B的翼展为4.5米,高度为2.9米,长度为8.9米,大小接近一辆大卡车,内部载荷舱空间相当于皮卡车的后备箱


X-37B有何神功?


X-37B作为一种可自主返回的航天器,在结构上拥有机翼这 样的结构,具有一定的大气层内飞行性能,与传统的航天器有着本质的区别。虽然X-37B与航天飞机的外观有些近似,但整体规模要小得多,翼展为4.5米, 高度为2.9米,长为8.9米,几乎把Atlas V型火箭的整流罩挤得满满的。Atlas V型火箭的推动力足够强大,能够把质量为5吨左右的X-37B送入近地轨道,由于X-37B执行的任务属于绝密级,因此轨道参数外界很难知晓。X-37B 的活动范围极大,可从200公里的近地轨道至接近1000公里的轨道上,这也是X-37B任务的精华所在,在任何时间有能力进入任意一条轨道,执行各种轨 道监视、拦截等任务。

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图2.-X-37B在轨运行想象图,内部可安装太阳能电池板和有效载荷,执行的任务多样化1X-37B在轨运行想象图,内部可安装太阳能电池板和有效载荷,执行的任务多样化


前三架次任务解读


到目前为止,X-37B的前三架次都已顺利完成,第一架次任 务在2010年4月22日执行,运行224天;第二架次运行468天;第三架次运行674天。每一次轨道任务的时间都被拉长,这说明X-37B确实在轨道 上进行了各种测试,而且项目还挺多。这一切得益于X-37B上携带的载荷舱,其内部空间相当于一辆皮卡车的后备箱,能够安装小型轨道武器、机械臂等。从中 可以看出X-37B执行的任务非同一般,比如可用机械臂捕获敌方在轨运行的航天器、打开载荷舱内的激光武器对轨道目标进行攻击、亦或利用轨道相机完成对地 面目标的侦察等。然后快速脱离轨道,可选择降落,也可以进入更高的轨道以等待下一次任务。

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图3.X-37B与航天飞机的大小进行对比,安置在Atlas-V型火箭的载荷舱内X-37B与航天飞机的大小进行对比,安置在Atlas V型火箭的载荷舱内


在前三架次任务中,外界猜测X-37B的任务涉及先进传感器 的测试、利用自身快速轨道机动能力接近某个航天器、在接近目标后使用各种对抗手段验证其攻击能力、再进入大气层后的自主降落性能等。在降落地面后,X- 37B还将验证地面人员是否能对其进行快速维护,支持其再次发射。毕竟,X-37B作为可重复使用的航天器,如果无法进行回收与快速维护,那么其效能就会 大打折扣。


本次任务重点测试新型推进器


在本次任务中,X-37B将对一种新型推进器进行测试,这与X-37B的在轨机动能力 有关。在过去三个架次的任务中,X-37B都进行了相关的轨道机动,这个能力在几次发射中都进行了验证,可以认为轨道机动是X-37B历次任务中的重点测 试项目。只不过这次使用了新型推进器,是轨道机动能力的一次提升。从过去三次任务的在轨时间不断增加可以看出,X-37B内部燃料的携带量在不断增加,联 合发射联盟的Atlas V型火箭近地轨道运载能力有8吨多,而X-37B只有5吨,有足够的冗余,一步步增加燃料携带量,并完成各种在轨机动的动作。

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图4.X-37B结构示意图,前后各有侧推进器,尾部为主发动机,使用肼燃料作为动力X-37B结构示意图,前后各有侧推进器,尾部为主发动机,使用肼燃料作为动力


X-37B的在轨机动能力已经得到充分验证,其机动能力主要由尾部的主发动机与前置的侧推进器构成,尾部也有一个侧推进器,主发动机使用肼(N2H4,又称联氨)燃料作为动力,在前置推进器后方还有JP8(美国喷气燃料代码) 燃料箱。前后推进装置的配合能够改变X-37B的运行轨道。本次任务中使用的新型推进器可能是侧推进器的组成部分,侧推进器在X-37B上的作用是提供及 时而恰当的反作用推力,由X-37B上的机载计算机控制推动力的大小,配合主发动机完成在轨机动。尤其是当X-37B接近目标航天器时,侧推进器需要精确 控制推动力的方向和大小,确保缓慢接近、保持相对静止以及调整X-37B的姿态,让可能安装机械臂的载荷舱方向对准目标航天器,以实现在轨捕获。

空天飞机


空天飞行器路在何方?


X- 37B为空天飞行器设立了一个标杆和基本准入点,未来10年内出现的可重复使用航天器可采用类似X-37B的有翼结构,实现大气层内飞行。欧洲正在试飞的 PHOENIX空天飞行器就类似X-37B,也拥有一对小机翼,使用火箭发射入轨,完成任务后可自主脱离轨道,返回地面。事实上,美国宇航局此前也进行过 比X-37B更高级的空天飞机的研发,只不过空天飞机的准入门槛很高,水平起降需要极为强大的第一级平台,涉及到吸气式与火箭发动机的组合形式,工程难度 较大。1980年代至1990年代执行的国家空天飞机计划使用了单级入轨的模式,空天飞机不需要使用火箭发射,而是利用传统的机场跑道就可以升空,加速至 20马赫直接进入轨道,完成任务后自主返回。

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图5.-欧洲正在试飞的PHOENIX空天飞行器就类似X-37B,也拥有一对小机翼,使用火箭发射入轨,完成任务后可自主脱离轨道返回地面PHOENIX空天飞行器就类似X-37B,也拥有一对小机翼,使用火箭发射入轨,完成任务后可自主脱离轨道,返回地面


显然,空天飞机的作战能力更加强大,具有隐蔽性、反应迅速等特点,这是X-37B所无 法比拟的。完成一次X-37B的发射任务首先需要制造一枚Atlas V型火箭,还不包括其他的准备工作,无法实现快速响应。但X-37B却透露了一种新的方法,可以在轨等待较长的时间,比如1年至3年都可以隐藏在各条轨道上,一旦需要,就可以快速进入新的轨道,完成各种任务。从X-37B的结构上看,有翼的航天器已经被证明是可行的,即航天飞机,能够实现自主返回地球,大 气层内的飞行性能也通过航天飞机30年的使用积累了相当的经验。因此,X-37B能够充分利用现有的成熟航天技术进行研发,项目风险较低,产生的作战效能 可以大幅度提升,未来几年,有实力的航天国家都会考虑发展类似X-37B的可重复使用航天器。


(作者:佚名)
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