神秘的空天飞机

2020-02-24沈羡云

百科知识 2020年2期

沈羡云

2019年10月27日，在外界没有觉察到一丝征兆的情况下，一架神秘飞机成功降落在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心，这就是美国X-37B空天飞机的第五次飞行。它在围绕地球飞行780天的过程中，干了些什么事，始终是美国空军不能说的秘密。

X-37B空天飞机

空天飞机是一种非常特殊的飞行器。这种飞行器可以认为是飞机和航天器的“混血儿”，是一种打破大气层内外界限的理想飞行器。空天飞机虽然外观上与航天飞机有相似之处，但升空阶段不依赖助推火箭，而是可以与普通飞机一样依靠自身动力常规起降。空天飞机之所以能够完成航空航天，是因为它可以像普通飞机一样水平起飞，以1.6万～3万千米每小时的高超声速在大气层内飞行，在30～100千米高空的飞行速度为12～25倍声速，而且返回时，可以直接加速进入地球轨道。返回大气层后，像飞机一样在机场着陆，成为自由往返天地之间的运输工具。

与运载火箭和航天飞机相比，空天飞机最明显的优势是全部系统都可以循环使用，因此空天飞机可以大幅降低综合成本。同时，普通军、民用机场稍经改造，就可以用于空天飞机的起降，因此在部署和运用上灵活性更高。空天飞机是目前各国争相开发的第二代航天飞机，它集飞机、运载器、航天器等多种功能于一身，是未来控制空间、争夺制天权的武器装备之一。该项目起初有好几个机构参与，如波音公司的“幻影工作室”、五角大楼国防预先研究计划局，以及美国空军的几个兵种等，但最后由美国空军接管。

从五角大楼公布的X-37B模型照片看，它有点像航天飞机的缩小版。它是无人驾驶的，个头只有航天飞机的1/4，长8.8米、高2.9米、重5吨。尽管个头不如航天飞机，却有着惊人的速度，最高可达25马赫（1马赫为340米/秒）。如果把航天飞机比作一辆大货车，X-37B就是一辆动力强劲的小型跑车。它不但装备高速飞行用的冲压发动机，还携带太阳能电池板，能在距地面203～926千米的低轨道上运行700多天。该机由火箭发射进入太空，是第一架既能在地球卫星轨道上飞行、又能进入大气层的航空器，同时结束任务后还能自动返回地面。由于X-37B发射方式也使用了火箭，不是真正的空天飞机，更正确地应将X-37B称为迷你航天飞机，但它是空天飞机的雏形，所以将其归于空天飞机。

X-37B的体积虽小，但功能齐全，有一个与航天飞机相似的背部载荷舱，尺寸与皮卡车的后货箱相当，载荷能力大约2吨左右，内置货舱可以搭载小型机械臂，抵达轨道后可展开轨道作业，如抓取敌方在轨卫星、破坏航天器、释放小型载荷等。为了满足X-37B的在轨能源需求，其还携带了太阳能电池板，可提供不间断的电力供应。美军可以根据X-37B不同阶段来制定各种分级任务。

当X-37B在轨道上运行的时候，它就像大多数卫星一样，由操作人员在地面监控和发出指令实施控制。一旦接到地面指挥部的指令，X-37B能迅速做出反应，如使用自身携带的武器攻击地面任何目标，同时由于速度极快，该飞行器还可快速机动到目标上空进行侦察监视。

空天飞机的优势和应用价值

X-37B有三大优势：一是省钱。其实是指它的回收利用功能，相比于多数航天飞机只能部分重复使用而言，X-37B除了消耗推进剂外，可以全部重复使用，因此其发射费用几乎只是航天飞机的1/10，大幅降低了成本。另外，不仅是发射成本，连侦察成本也能节省。二是高速。空天飞机的最高速度可以超过25马赫！这个速度基本上比目前正在试验的高超声速武器还要快，当前全世界最快的战机是由两台涡轮喷气发动机推动的米格-25，速度為3.2马赫，而X-37B是它的7.8倍！三是多功能。它能做太阳能收集系统，有太空机械臂，具备军用卫星功能，能进行空间态势感知。最重要的是，还能搭载武器系统，而这其中又包含反卫星武器系统、定向能反卫星武器、干扰系统等。空天飞机的应用价值十分广泛，它在商业上的应用价值有以下几个：

（1）可以作为空间站的运输机。向空间站运送人和货物的运输费是十分昂贵的，例如，美国的航天飞机运送每千克有效载荷进入地球轨道的费用达11607美元。据估计，空天飞机的运输费用至少可降到航天飞机的1/10，甚至可降到1%。

（2）可以发射和回收卫星。用空天飞机发射、维修和回收卫星，不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场和长达一两个月的发射前准备，也不受发射窗口的限制。它的地面设施简单，维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落。它完成一次飞行任务后，经一周的维护就能再次起飞，能适应频繁发射的需要。凡是航天飞机能干的事，它几乎都能胜任。它可以把大的卫星送入地球轨道，一次投放多颗卫星更是它的拿手活儿，它能对在轨道上运行的卫星进行维修或回收。据估算，用它发射近地卫星的费用只有航天飞机的1/5，而发射地球同步卫星费用则可减少一半。这些可使空天飞机在即将到来的空间商务竞争中立于不败之地。

（3）可实现全球范围内的快速客运。空天飞机飞行速度很快，便于实现全球范围内的快速客运，地球上任何两个城市间的飞行时间都用不了两个小时。美国设计的一种空天飞机，可载乘客305人，在32千米高度和1.2万千米航程内巡航，其巡航速度高达5马赫。因此，也可用于太空旅游。

空天飞机在军事上的应用包括：

（1）确保快速、廉价地进入太空。空天飞机与目前使用的火箭、飞船和航天飞机比，在重复使用性、发射操作费用、可维修性、周转时间、灵活机动方面有革命性的改变。

（2）可以作为空间武器的发射平台，对敌方的陆、海、空、天重要目标进行攻击。

（3）利用自身的探测设备发现对方卫星，进行跟踪、干扰、俘获，或将它送入错误轨道，甚至带回地面。

（4）可以作为快速运输机和轰炸机，在一小时内快速到达全球任何地方，对全球范围发生的地区冲突做出反应，或对敌方发动突然袭击。

（5）可作为战时空间预备指挥所。

（6）空天飞机可以利用其携带的照相、电子侦察等设备对陆、海、空、天目标进行侦察与监视，对导弹发射等进行预警。与各种侦察卫星相比，空天飞机有更大的灵活性，综合侦察能力更强，实时性更好。

因此，在未来的太空战中，空天飞机可以摧毁敌人的航天器，俘获敌人的卫星，与敌人的卫星展开厮杀，其威慑力堪比核武器；还可以为自己的部队发射更多的军用卫星，为自己的部队输送大量的军用物资和补给品；甚至还能帮助自己的部队夺取电磁战场上的绝对优势及夺取制天权，并且切断敌方的通信，摧毁敌方的各种卫星。它是比航天飞机更为灵活、速度更快、战斗力更强，并且功能更多的一种太空武器。

中国的空天飞机

空天飞机将会是21世纪世界各国争夺制空权和制天权的关键武器之一。有媒体消息称，中国已经进行了两种空天飞机的自由飞行试验。这就是“神龙”和“腾飞”一号空天飛机，现在这两种空天飞机还处于研制、试验阶段。但从设计理念和达到的目标来看，这两种飞机要高于美国的X-37B。

对于空天飞机而言，组合动力模态是最难攻克的难关。因为它涉及到大气层内和大气层外两种不同动力方式的切换。大气层外没有氧气，因此为太空飞行提供动力的航天发动机，不但需要燃料，还需要有液氧助燃。而大气层内使用的航空发动机就类似飞机的发动机。将这两种完全不同的发动机有效率地整合在一架空天飞机上，还要控制好切换，技术难度相当大。2018年9月26日～28日，在武汉举办的第四届中国国际商业航天高峰论坛上，航天科工集团三院、行政总负责人邹洪透露：中国近期完成了“腾飞”一号飞行试验，顺利完成核心关键技术“组合动力模态转换”的飞行验证。这意味着：该机构在开发混合动力空天飞机方面，取得了突破性进展。当然当前我国“腾飞”一号组合动力飞行器，也仅仅只是完成了首次飞行试验，距离空天飞机正式面世还有很长的距离。