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资讯 > VR/AR > 美国X-37B空天飞机——穿梭于空间的幽灵
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美国X-37B空天飞机——穿梭于空间的幽灵

时间:10-23 00:00 阅读:234次 转载来源:战略前沿技术

远望智库:与智者同行,为创新加速

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来源:高端装备产业研究中心

作者:太阳谷

导读

随着军事科技的日益发展,各国已经不再满足于航空的竞争,而是将眼光转向广袤的太空空间,空天飞机由此应运而生。空天飞机,即是兼具航天与航空的新型飞行器,可根据不同的需求,在大气层或卫星轨道上灵活机动。他们拥有超高的速度,犹如幽灵般穿梭于高空之中,在需要时即发动致命一击。

项目背景

20世纪80年代后期,美国国防部和国家航空航天局共同组建了一个研制可复用空天飞机研究机构,其目的是弥补地面试验设备在研究大于8倍声速以上飞行现象的不足,开发验证用于高超声速飞行器的基础技术,以便制造在技术、成本及应用上更为先进的航天运输系统和军、民用飞机。

项目发展

美国国家空天飞机计划(NASP)提出采用超燃冲压发动机的水平起降飞行器X-30;德国桑格尔提出两级入轨方式,第一级实际上相当于一架超声速运输机,第二级是以火箭发动机为动力的有翼飞行器,英国霍托尔采用罗•罗公司设计的RB545吸气式氢氧发动机实现单极入轨,由于当时的技术难度及研制经费限制相继下马。目前相对成熟的项目主要有美国的X-37B空天飞机和英国的“云霄塔”空天飞机。

X-30空天飞机示意图

研制进展

X-37空天飞机计划于1999年由美国国家航空航天局(NASA)启动,最初计划建造两种类型的飞行器:进近着陆试验飞行器(ALTV)和轨道飞行器。在2004年NASA将该项目转交给美国军方和国防部高级研究计划局(DARPA)。目前X-37B项目由DARPA提供技术和资金支持,美国空军负责项目管理,美国第二大军火商波音公司则是负责技术研发的主承包商。

X-37B空天飞机示意图

X-37B的外形是波音公司基于X-40A飞机上以120%比例衍生而来。相比于X-40A飞机,X-37B增加了先进的热保护材料,改进了推进系统、实验舱和其他航天器系统。X-37B火箭发动机采用甲基肼和四氧化二氮的双组元自燃推进剂,具有很强的在轨机动和变轨能力。其进入太空轨道后伸展开小型砷化镓太阳能电池帆板,使用小型太阳能电池和锂离子蓄电池组织供电方式提供工作能源。

X-37B结构示意图

在技术上,X-37B可重复使用运载器的整个飞行剖面大致分为起飞、上升、入轨、再入、末端能量管理及着陆阶段,其中包括亚轨道飞行和近地球轨道飞行。它是以运载火箭助推为动力、两级入轨可重复使用的运载器验证平台,由运载火箭发射进入太空轨道,可在轨道上停留并等候攻击命令,执行任务的范围比传统的航天飞行器更广泛。

X-37B空天飞机是美国空军高可靠性、可重复使用的无人太空实验平台的验证项目,其任务目标包括太空飞行技术实验、降低风险和作战概念发展。X-37B空天飞机在飞行测试中需要验证的技术主要包括:先进制导、导航与控制、热防护系统、航电系统、高温结构及密封、可重复使用的保形隔热瓦、轻重量的机电系统、自主轨道飞行、再入及着陆系统。

X-37B空天飞机到目前为止已经完成五次飞行任务:分别称为OTV-1、OTV-2、OTV-3、OTV-4、OTV-5(OTV是轨道测试飞行器的简称)。每个OTV任务在轨道上的时间都比上一次多。OTV-1于2010年4月发射,在太空中度过了224天;OTV-2于2011年3月开始,在太空中记录了468天;在2012年12月升空后,OTV-3在地球上度过了将近675天,OTV-4于2015年5月发射,并于2017年5月在718天后降落;OTV-5于2017年9月7日搭载太空探索技术公司的“猎鹰9”号火箭发射,目前已飞行超过400天。

太空中的X-37B

其中OTV-4任务主要目的是测试电推进火箭(霍尔推进器)等新技术。霍尔推进器通过电离、加速惰性气体氙产生推力,与传统火箭发动机相比推力不大,但胜在能效大幅提高。采用霍尔推进器有望增加卫星、空天飞机等的有效载荷,增加其在轨操作和机动变轨的次数,提升航天器的使用寿命和灵活性。OTV-5任务的主要目的现在尚未明确。

地面拍摄的X-37B飞行图

空天飞机的特点与优势如下所示:

美国空军X-37B空天飞机的发射和在轨飞行测试反映了美国军方发展太空作战装备的趋势。X-37B具有飞行速度快、滞空时间长、作战环境相对安全、成本低廉、可重复使用等优点,还拥有强大的侦察和攻击潜力,在加载作战能力后就可以成为空天战机。目前美国空军正在加紧进行X-37B测试验证,除继续完善其关键技术外,还广泛进行在太空轨道上执行情报收集、发射小卫星、测试太空设备等工作,已经从单纯的飞行技术测试转入了具体任务应用测试的新阶段,这为美军加快研制开发实用化空天飞机奠定了基础。

美国军方积极探索和发展太空作战能力,为以后的太空战未雨绸缪,把现在主要侧重于太空信息支援的航天应用推向夺占太空优势的航天控制,空天飞机依据特有的优势将成为未来太空战的关键力量和重要节点。空天飞机依仗其飞行高度,在保障自身安全的同时对需要监视地域提供更详细、精确的情报,并能控制更多空域、海域的信息,需要时快速到达任何区域提供及时的信息。空天飞机具有极高的速度,具有瞬时到达的能力,可以在地面部队开始进攻前对预定目标进行火力压制、在战斗中对常规武器难以奏效的据点进行火力覆盖、对攻坚部队空投补给、将伤员转移至安全区域等等。

美国即时全球打击系统模拟图

总结

在未来的太空战场中,空天飞机依据其设计优势必然将是作战的关键力量。拥有了空天飞机就相当于同时具有了天基移动监视能力和瞬间抵达战场的快速到达能力。目前虽然各国研制的空天飞机尚未形成作战力量,但是一旦研发成功就相当于抢先获得了太空优势,抢占了空间高地。在夺取制空权的道路上美国已经抢先一步,我国仍要加快空天飞机的研制进展。

主要参考文献:

1 X-37 Demonstrator to Test Future Launch 

2 X-37 SPACE VEHICLE: STARTING A NEW AGE IN SPACE CONTROL?

3. Gotcha! US Air Force's Secretive X-37B Space Plane Spotted by Satellite Tracker

4. Space Plane X-37B Mystery Mission Gets Increasingly Stranger

5浅析空天飞机在未来的军事作用_赵恺之

6争夺太空优势_美军X_37B空天飞机透析_立文

7美X37B太空战机已升空400天 中国同款将在2020年首飞

8 NASA官网资料

9 DARPA官网资料

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