X-37B重返太空軌道

李·哈德森（華盛頓），艾琳·克魯茲（卡納維拉爾角）

在第6次太空試驗任務(wù)中，X-37B第一次加裝服務(wù)模塊測試多種試驗任務(wù)載荷性能。同時評估太空環(huán)境對農(nóng)作物種子生長情況的影響，測試太陽能轉(zhuǎn)換成射頻微波能量并傳回地球等技術(shù)。

2020年5月，X-37B軌道試驗飛行器（Orbital Test Vehicle，OTV）在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地搭乘聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（United Launch Alliance，ULA）公司“宇宙神” V（Atlas V）運載火箭發(fā)射升空，執(zhí)行第6次太空試驗任務(wù)。在美國太空軍成立之際，美軍在任務(wù)執(zhí)行前罕見公布了此次太空試驗任務(wù)部分細節(jié)。

關(guān)于X-37B

X-37B軌道試驗飛行器計劃源自美國國家航空航天局（NASA）最初的X-37計劃，1999年美國國家航空航天局開始實施X-37計劃，1998年至2001年，該局使用X-40A進行了初步低速/低空試驗。據(jù)悉，X-40A由美國空軍研究實驗室開發(fā)，是X-37的縮比機型。2004年9月美國國家航空航天局將X-37計劃移交給美國國防預言局（DARPA），此后該計劃成為美軍的機密。在2005~2006年期間，美國國防預言局使用波音制造的X-37A開展了一系列運載和發(fā)射測試，這些驗證演示的成功，促使美國空軍決定啟動X-37B軌道試驗飛行器計劃。2006年11月，美國空軍宣布對X-37A進行改進，開發(fā)空軍型號即X-37B。

表1 X-37B 概況表。

圖1 主承包商波音公司已為美空軍制造兩架X-37B。

圖2 X-37B等待發(fā)射。

X-37B軌道飛行試驗器計劃基于早期工業(yè)基礎(chǔ)和政府的支持，美國國家航空航天局、美國國防預言局和美國空軍均參與其中，目前該計劃由美國空軍快速能力辦公室牽頭。波音公司作為主承包商，已為美國空軍制造兩架X-37B。

X-37B于2010年4月22日在卡納維拉爾角空軍基地首次發(fā)射，迄今為止美國空軍已經(jīng)執(zhí)行5次X-37B任務(wù)，即編號為OTV-1至OTV-5的任務(wù)。執(zhí)行OTV-1到OTV-3任務(wù)時，X-37B降落在加州范登堡空軍基地，近年執(zhí)行的OTV-4和OTV-5任務(wù)，X-37B降落在佛羅里達州肯尼迪航天發(fā)射中心。

X-37B在軌飛行時間被設(shè)計為270天，但已成功演示了更長時間的飛行任務(wù)。截至目前，美國空軍兩架可重復使用OTV航天器共完成5次任務(wù)，累計在軌飛行時間2865天，每個任務(wù)的持續(xù)飛行時間從224天到779天不等。

美空軍透露任務(wù)細節(jié)

盡管美國航空航天業(yè)正遭受新冠病毒大流行的重創(chuàng)，但國防部仍通過發(fā)射X-37B軌道試驗飛行器執(zhí)行第6次太空試驗任務(wù)，以期降低可重復使用航天器的任務(wù)成本。這是美國太空軍（USSF）成立以來首次發(fā)射X-37B，也是卡納維拉爾角空軍基地完成的第三次航天發(fā)射任務(wù)。5月中旬聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟 “宇宙神” V火箭搭載X-37B在卡納維拉爾角空軍基地升空。

由于執(zhí)行新冠肺炎疫情防控措施，全美試驗場地被關(guān)閉，人員活動減少。第45太空翼（Space Wing）部隊指揮官道格·席斯（Doug Schiess）準將表示，6月30日之前航天發(fā)射都未回歸正常。

表2 X-37B歷次任務(wù)統(tǒng)計表。

美國太空軍X-37B第6次試驗任務(wù)，代號為USSF-7。今年5月東部靶場發(fā)射日程還包括空間X(SpaceX)公司的兩次發(fā)射，其中包括美國國家航空航天局“演示”-2（Demo-2）前往國際空間站的載人飛行試驗。6月30日空間X“獵鷹”9（Falcon 9）發(fā)射了GPS-3衛(wèi)星，7月17日美國國家航空航天局火星2020“漫游者”（Mars 2020 rover）將由ULA公司“宇宙神” V發(fā)射。

太空軍發(fā)言人威廉·拉塞爾少校（William Russell）表示，2010年4月以來軌道試驗飛行器完成了一系列飛行任務(wù)，X-37B第6次任務(wù)將進一步發(fā)展可重復使用航天器的作戰(zhàn)概念，同時略微調(diào)整其技術(shù)參數(shù)，以提供經(jīng)濟性更佳的可重復使用航天器。

空軍部長芭芭拉·巴雷特（Barbara Barrett）在5月6日舉辦的太空基金會議上表示，空軍快速能力辦公室與空軍研究實驗室即現(xiàn)在的美國太空軍，在共同合作執(zhí)行一項任務(wù)，最大程度發(fā)揮X-37B的獨特能力。

X-37B首次加裝服務(wù)模塊開展試驗

在第6次太空試驗任務(wù)中，X-37B第一次加裝服務(wù)模塊開展各種試驗。服務(wù)模塊安裝在軌道試驗飛行器尾部，以便在軌測試多種試驗任務(wù)載荷性能。

國防部透露三項試驗任務(wù)細節(jié)

國防部對外透露了X-37B第6次任務(wù)中的三項試驗任務(wù)細節(jié)，即采用波音公司制造的X-37B為美國國家航空航天局開展兩項試驗，為海軍研究實驗室（NRL）執(zhí)行一項試驗任務(wù)。

（1）第一、二項試驗

美國國家航空航天局的第一項試驗是，使用X-37B評估太空環(huán)境對農(nóng)作物種子生長情況的影響；第二項研究是使用一個材料樣板來確定輻射及其他太空現(xiàn)象對各種材料造成的影響。

（2）第三項試驗

海軍研究實驗室的試驗科目是，測試將太陽能轉(zhuǎn)換成射頻微波能量并傳回地球。該實驗室引用戰(zhàn)區(qū)網(wǎng)（The War Zone website）5月8日的一份報告指出，未來長航時無人機可能使用微波波束技術(shù)。此外，這項技術(shù)可以通過衛(wèi)星向地球和其他在軌航天器提供可靠的動力。

微波波束技術(shù)將為條件較差地區(qū)的軍事設(shè)施提供一種替代方案，以取代低功率太陽能系統(tǒng)，或不得不運輸發(fā)電機和大量燃料消耗的應(yīng)用。運用微波技術(shù)后，軍事人員采用一個整流天線采集在軌衛(wèi)星發(fā)射的微波波束能量。整流天線也稱矩形天線，能將高功率密度的微波能轉(zhuǎn)換為直流電。

減輕燃料重量和避免大量燃料消耗是海軍陸戰(zhàn)隊多年的目標。在該試驗之前，研究人員已嘗試使用功率波束延長小型無人機的續(xù)航時間。2012年洛馬公司向“潛行者”（Stalker）小型電動無人機上的光伏陣列板發(fā)射激光束，該機因此獲得電能并在高空停留48h。根據(jù)海軍研究實驗室的概念，無人機將配備整流天線，以采集太空中發(fā)射的微波波束能量，進而為常規(guī)推進系統(tǒng)提供動力。

重要意義

圖3 美國太空軍首次發(fā)射X-37B執(zhí)行第6次試驗任務(wù)。

海軍研究實驗室認為，此次X-37B執(zhí)行第6次試驗任務(wù)，將改變?nèi)藗儗Πl(fā)電的看法，同時為未來持久無人飛行奠定基礎(chǔ)。美國空軍部長巴雷特表示，太空軍將把這次飛行獻給為新冠疫情而戰(zhàn)的美國一線抗疫人員，他們的偉大付出使美國保持強大。

X-37B計劃的大部分任務(wù)細節(jié)尚處于保密。美國空軍表示，該項目旨在驗證可靠、可重復使用和無人空間測試平臺的軍事技術(shù)。國防部希望驗證X-37B可重復使用自主航天器返回地球的能力，也希望其航電設(shè)備、飛行系統(tǒng)、制導與導航、防熱、隔熱、推進和再入大氣層系統(tǒng)完好無損。

太空軍發(fā)言人拉塞爾表示，航天器改進和作戰(zhàn)概念將吸取過去的經(jīng)驗教訓，這些改進將有助于航天器性能檢測，并對發(fā)射供應(yīng)商，著陸通道和著陸點加以擴充，進而生成更靈活、更有效的集成、發(fā)射和著陸時間表。此前，ULA“宇宙神”V火箭曾4次搭載X-37B升空，空間X公司“獵鷹”9火箭僅1次搭載X-37B升空。■