蹒跚起步:着眼未来的X-37验证机

2010-04-08 18:08:12 来源: 网易军事
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4月20日美国空军的X-37B飞行器将进行首次发射,这一款被许多媒体误称为太空战机的技术验证机将带着美国空军的勃勃雄心升上太空。不过尽管它将在太空中验证真正太空战机SMV计划中的多项技术,但实际上现在的太空战机技术还远未成熟,X-37B也只是这庞大计划的冰山一角。

着眼未来的X-37验证机

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此次准备发射的X-37B轨道试验飞行器。

X-37B仅是验证机

根据美国Spaceflightnow网站的消息,美国空军将于2010年4月20日进行X-37B飞行器的首次发射,使用Atlas V 501。X系列验证机向来吸引人们的眼球,X-37B被很多媒体称为太空战机,甚至有人称之为人类首架太空战机云云,更是成了众人瞩目的焦点。不过说起X-37验证机最初是NASA(美国国家航空航天局)与波音公司签订的合同,目标是验证轨道飞行试验和先进再入技术,通过新技术的运用降低航天成本,即使现在的X-37B也仅仅是轨道试验飞行器(OTV),距离实战还有很长的距离。

X-37B的研制起源

言归正传,1998年NASA的马歇尔研究中心提出了Future-X计划,发展为后来的X-37。1999年7月7日NASA正式和波音公司签署了一项为期4年的协议开发X-37验证机,NASA发展X-37目的是验证下一代航天飞机的技术,为拟议中的轨道航天飞机(OSP)提供技术与验证。1.73亿美元的项目经费NASA和波音平摊,其中波音公司出现金6700万美元,另有1600万美元实物投资。1999年8月1日美国空军后来参与进来并投资1800万美元,希望进行在轨飞行270天的试验,验证太空飞机长时间轨道驻留的可能性。

着眼未来的X-37验证机

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飞行试验中的X-40A,前部的SMV字样说明其来自空军计划。

2000年5月19日,波音将X-37的85%缩比例测试机X-40A交付给NASA,X-40A将用于地面和空中测试,其中包括验证导航系统的空投测试,X-40A缩比例测试机的引进将降低X-37的测试风险。2001年3月14日,X-40A进行了首次无动力投放试验,CH-47支奴干直升机将其吊升至15000英尺随后进行了自由飞行,这是X-37发展过程中的一个里程碑。

随后2001年4月12日到5月19日间,X-40A进行了6次投放试验,总计7次投放试验为X-37的试飞进行了电子系统,自动驾驶系统和先进机体等很多技术的验证,搜集了大量信息。2002年,美国空军停止追加经费,但NASA和波音签订3.01亿美元合同继续进行X-37试验机的研制工作,包括预计2004年进行的一系列着陆试验和更晚进行了的在轨试验。2003年,美国空军要求下NASA恢复了270天在轨试验的项目。

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X-37B也是X-20后军用航天飞机的再次尝试。

2004年,由于美国总统小布什提出重返月球计划,NASA退出一系列近地轨道项目转向登月计划, X-37也转交给美国国防先进技术局(DARPA)进行开发,X-37从此成为机密项目。2004年X-37转交给DARPA 后,2006年11月17日,美国空军宣布将以原有的X-37A为基础发展出X-37B验证机,称之为轨道试验飞行器(OTV),X-37B由美国空军的快速反应能力办公室主导,NASA和AFRL也参与了相关工作,波音公司仍然作为主承包商。

军用航天飞机的再次尝试

按照美国空军官方说法,X-37B的目标是“对可重用太空飞行器技术进行太空试验,降低风险,使用方案开发,用于支持太空长期发展计划”,从描述上看仍然着重于技术验证分析认为X-37有发展为美国第一个实用的军事太空飞机的潜力,从快速反应能力办公室的论文看,SMV(美国空军开发空间机动飞行器)基本就是以X-37B为基础的,X-37B也是X-20后军用航天飞机的再次尝试。

着眼未来的X-37验证机

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携带X-37的白骑士飞机,白骑士因获得X-Prize而声名鹊起。

X-37的无动力投放试验

X-37验证机长度27.5英尺/8.38米,发射时重量5.45吨,翼展15英尺/4.57米,试验货仓长度7英尺/2.13米,直径4英尺/1.22米,可容纳227千克的实验设备。所谓好事多磨,轨道飞行前的无动力投放试验原计划采用B-52飞机携带,不过鲁坦设计的白骑士飞机在X-Prize竞赛(一项登月竞赛活动)中大出风头,最后X-37决定采用白骑士携带投放。

2005年6月21日,X-37首次由白骑士飞机携带升空,首次投放试验预计在2006年2月中旬进行,但是暴风雪影响下未能实现,3月份又出现了高空风继续推迟,随后虽然升空但是数据链出现故障白骑士飞机只好携带X-37返回。

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Atlas V5米直径的整流罩可将X-37B完整装入无需折叠机翼。

到了2006年4月7日,X-37进行了首次无动力投放自由滑翔飞行,不过很糟糕的是着陆时出现异常导致X-37冲出跑道导致机头受损,实验只能说部分成功,8月18日进行了第二次试验,当年9月26日进行了最后一次试验,后两次试验中据信至少有一次实现了成功着陆。

即将进行的轨道试验

轨道试验也不顺利,原计划中X-37将被航天飞机携带进入太空释放进行轨道测试,不过研究指出使用航天飞机携带X-37费效比太差,外加哥伦比亚号航天飞机事故的影响,决定改用Delta II 7920火箭发射,随后由于整流罩问题改用Atlas V或是DeltaIV火箭发射,预定2006年试飞。虽然最后决定用Atlas V火箭2008年发射,不过又几经推迟到2010年才发射,这也就是今年4月要进行的首次X-37轨道试验。

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美国空军的X-37B飞行器,外形变化不大,但结构相对X-37已经有了不小的变动(上图)。使用太阳能电池阵的X-37,这可增加在轨时间,这也是美国空军试图验证的项目之一(下图)。

更换燃料降低开发风险

X-37原计划具备在轨飞行21天的能力,动力装置配备了AR2-3发动机,使用无毒可存储的高纯度过氧化氢和JP-8煤油作为推进剂,推力约31千牛,可满足轨道机动和轨道返回所需。不过随着NASA转交X-37项目,X-37B的推进剂从无毒可存储的过氧化氢和JP-8燃料换成了技术成熟的MMH和N2O4燃料,这个可存储燃料组合技术成熟目前得到广泛使用,尽管MMH有剧毒,不过X-37B的验证重点不是新型燃料,这样减少新技术使用从而降低开发风险的行为实属正常。

验证能大幅度降低成本的新技术

根据NASA  X-37项目经理苏珊·特纳的介绍,作为一种无人验证机,其工作重点是推动技术进步,这将是第一种进行轨道飞行试验的试验机。尽管航天飞机投入飞行已经有了将近30年的历史,但是作为载人飞行器,从安全性考虑无法进行一些特定试验,这恰恰是X-37的领域。NASA和波音公司则希望通过X-37项目验证能大幅度降低成本的新技术,如再入和着陆过程中的自动机动与操作技术,参与X-37项目的美国空军希望以此为平台开发太阳能电池阵,精确指向等技术,这些技术是美国空军开发空间机动飞行器(SMV)所需的。

X-37B除了自动返回着陆系统外,使用的新技术还包括高动压高温环境下在机体迎风面上使用的共形可复用绝热毡,耐高温的新型陶瓷前缘防热瓦,新的碳-碳化硅防热材料,适于长期在轨运行的轻型起落架,适于快速更换设备的模块化机体,用于全程确定状态速度的GPS/INS系统,高性能共形有源X波段通信天线,自主在轨非合作交会技术等,应美国空军要求在轨时间也要达到270天之多。X-37B即将验证的新技术对于美国空军继续推进SMV的试验具有很深远的影响,有翼的X-37B的继续发展对于世界范围内有翼可复用飞行器也是个不小的鼓舞。

着眼未来的X-37验证机

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SOV+SMV+MIS+CAV构成了完整的MSP项目(美军军用航天飞机计划)。

SMV:真正的太空战机计划

从血缘上说,X-37的缩比例X-40A来自美国空军早期的SMV计划,发展到X-37B又成为SMV的技术验证机,可谓重归家门。国内不时看到X-37B是FALCON(Force Application and Launch from the Continental,兵力运用与本土发射)计划一部分的说法,也有X-37用于2小时全球快速打击的新闻,这些误传流毒甚广。事实上SMV是军用航天飞机(MSP)的一部分,而MSP和FALCON是不同的两个计划。FALCON的目的是开发和验证能够执行快速到达全球任务的高超音速技术,演示可负担得起的空间飞行器,SMV自然也就和FALCON无关。

SMV自身不能独立作战

MSP包括用于快速发射的可重用空间作战飞行器SOV,可重用的轨道机动飞行器SMV,还有SOV的上面级:通用航空飞行器CAV和将载荷送入高轨道的模块化入轨级MIS。SMV是一种可重复使用,可长期在轨并进行轨道机动的飞行器,并具备返回地面后72小时内重新升空的能力,它本身不能独立对陆打击,实际作战需要携带CAV来实现。

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SMV路线图,X-37的进度已推迟,SMV的实用还有待时日。

X-37B是SMV的技术验证机

作为SMV技术验证的X-37B,本身是一种验证机,同时使用Atlas V火箭来发射,不可能用于快速打击。至于太空战斗机的传闻,其实也是将技术验证的X-37B与计划中的SMV混淆的结果。

就X-37B本身来说,尽管和早期SMV的尺寸基本一致,但是本身主要用于技术验证,按照其所需要验证的种种技术也正说明这些相关技术还远未成熟,如SMV要求12个月的在轨维持能力,而X-37B只会逐步验证270天的在轨能力,更不要说发射SMV的SOV运载工具实用还遥遥无期,SMV各种作战能力所需要的载荷也在研制中远未成熟。

着眼未来的X-37验证机

对于进行技术验证的X-37B,它并不是一款太空战机,它只是美国空军真正太空战斗机SMV的技术验证机而已。对于它来说,更需要关注的是它各项新技术的进展,等到这些新技术逐步成熟之日,SMV才会登上历史舞台。

冯家杰 本文来源:网易军事 作者:松鼠 责任编辑:王晓易_NE0011
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