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美军X37B成功试验 是否意味星球大战要成为现实

据美国《航空学人》网站报道,当地时间2019年10月27日凌晨3点51分,美国空军X-37B轨道测试空天飞机五号机升空780天后成功返回地球,在美国肯尼迪航天中心的航天飞机降落设施中成功降落。

消息一出,立刻吸引了全世界的目光——这个飞行器既可发动全天候突然袭击,又可远遁几年、让人发现不了踪影,一旦试验成功,是否意味着“星球大战”将要成为现实?

文 | 崔赫翾

编辑 | 李浩然

本文由瞭望智库综编。

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保密,保密,还是保密!

肯尼迪航天中心的平地一声雷,为这个神秘莫测的飞行器赚足了眼球。

美国东部时间2017年9月7日上午10点,太空探索公司(SpaceX)使用猎鹰-9火箭,将此次返回地球的X-37B空天飞机成功送上太空。

这已是X-37B第五次完成太空任务。

(图为X-37B空天飞机 图源:中新网)

X-37B从出生起就颇有神秘色彩,该研究工作原本由美国国家航天局主持,2004年后,美国国防部防务高级研究项目局突然接管了其全部研制工作,对此一直三缄其口。

接下来的发射也相当神秘。通常,太空探索公司的火箭发射直播都会出现载荷分离的画面,而X-37B属于高度军事机密,所以只播出了一级分离和回收的画面。除此之外,飞行器升空后,美国官方如同什么都没发生过一样,新闻发布中也找不到关于X-37B的任何消息。

若不是一些天文爱好者想要一探究竟,这架曾被看作“全球首架太空战机”的神秘飞行器早就被大家遗忘了。

从X-37B在2010年首次发射到现在,美国在宣传方面一反常态,与以往对其新型科技“大秀肌肉”的习惯大相径庭,留给全世界一些难以破解的谜团。

主要目的?保密;

携带荷载?保密;

验证了哪些技术?还是保密。

美军一个字都不多说。

这种“欲擒故纵”的营销宣传也大获成功,美国空军可能在窃喜——全世界的军事专家都因X-37B而坐立不安。

有军事专家表示,就目前可知的测试结果来看,第四次、第五次飞行试验,与此前具有明显的不同,最大的变化是试验目标的变化,即从此前验证飞行器的方案设计、关键技术、性能指标、指挥控制等向验证飞行器携带的有效载荷转变。此次试验意味着美军已经基本完成了对X-37B的核心试验鉴定工作,转而向其他功能拓展。

有一点可以肯定,X-37B军事化意图明显,而且针对性很强。

2

多快好省?居心叵测!

美国确实对X-37B倾注了很大心血,多年的研究,前后5次的发射,保密工作都做得很足。

美国为何对X-37如此钟情呢?

(图为X-37B空天飞机 图源:环球网)

一是省钱。

相对于很多人熟悉的航天飞机,这个军事化意图明显的空天飞机“随和”又“节约”。与航天飞机必须在发射场发射并全程采用火箭发动机不同,空天飞机在普通机场即可起飞,这无疑大大降低了其发射成本。

也许,在不久的将来,当人们乘坐民航客机时,还能见证空天飞机飞向太空的瞬间。

此外,相较于航天飞机只能部分重复使用这件事,空天飞机除消耗推进剂外,可全部重复使用,故而发射费用只有航天飞机的1/10,大幅降低了成本。

目前,X-37试验机共发展出3个规划型号:X-37A、X-37B和X-37C。

此次环游宇宙780天的就是X-37B,从公布的数据及照片来看,它有点像航天飞机的缩小版,长8.8米、高2.9米、重5吨,个头只有航天飞机的1/4。

美军的如意算盘拨得啪啦作响,除节省发射成本外,说不定还能省去侦察局的大笔开支。(注:目前,美军航天侦察工作主要由国防部下属的国家侦察局负责。)

X-37B 能搭载多种设备,将导航、控制以及红外探测等多功能集于一身,在太空轨道或高空对海陆空目标及太空轨道目标进行侦察,并将所得信息实时传递给作战部队,解决了原有侦察中作战响应速度慢、费用昂贵的问题。

二是超快。

“天下武功唯快不破”,X-37B空天飞机的最高速度超过25马赫。

25马赫是什么概念?

举个例子,当下世界最快的战斗机/截击机当属苏联的米格-25“狐蝠”,在两台R-15-B300涡轮喷气发动机的帮助下,曾经达到3.2马赫(3470公里/小时)。

换言之,X-37B的速度大概是世界最快战斗机的7.8倍!

由于速度太快,以人类当下的技术水平,几乎不可能拦截速度超过25马赫的目标——与它相比,防空导弹飞行得“太慢”了,常规军用雷达技术根本无法捕捉到它的踪影。因此,X-37B才能做到来去不留踪迹。

近期,在阿斯彭高端安全论坛上,美国空军前部长希瑟·威尔逊谈及太空态势感知和威慑时,首次披露了 X-37B的“特长”——可以在对手看不到的地球另一侧进入大气层,然后借助空气动力机动变轨,进而让对手难以对其 进行持续跟踪。

她宣称,这项功能会令对手“发狂”。

“让对手难以发现”说得有点夸张,但似乎也差不太多,曾有人发现X-37B变轨的蛛丝马迹,可那也仅是一瞬间。

在2010年的第一次任务中,有天文爱好者拍摄到X-37B运行在距离地面约400公里的轨道上,先后进行了多次大范围机动变轨;今年6月,一位荷兰的天文学家,通过望远镜确切地观察到X-37B,而后,它迅速地在预定轨道内消失了。

在大气层内与亚轨道或近地球轨道空间的无缝切换飞行,升空后可迅速到达全球任何目标的上空,对手难以预测到其飞行轨迹,这着实将给其他国家造成不小的压力。

更高能的是,X-37B能“动若脱兔”,同样也能“静若处子”。

航天飞机使用燃料电池,X-37B采用的是太阳能电池,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。

无限的太阳能资源使其续航能力大大延长,这就解释了为何X-37B能在太空悄无声息地连续飞行两年。

三是功能多。

类似于动画片中哆啦A梦的“万能口袋”,X-37B能够携带的载荷是多种多样的——太阳能帆板、机械臂、军用卫星,也可能是天对地的武器装备。你永远不能确切知道它里面到底还有什么。

这个“万能口袋”中的空间武器装备不容小觑,它是太空作战的重要物质技术基础,主要包括空间信息支援系统(以部署在外层空间轨道上的各类军事应用卫星为主)、空间作战装备和空间作战保障装备三个系统。

其中,空间作战装备主要包括:

*空间态势感知装备;

*反卫星武器系统,如动能反卫武器、定向能反卫星武器以及专门用于干扰卫星及星载设备和信号的电子干扰装备等。

*新型空间攻击武器系统,如用于攻击或破坏航天器的空间智能机器人、空间作战飞行器等在轨操作的空间武器,以及空间反导系统、空间对地攻击武器等新型空间武器系统;

*航天系统防护技术和装备。

可以想象,这个能对其他国家进行全方位军事侦察的“小家伙”携带着武器,就能对他国卫星和其他航天器进行控制、捕猎和摧毁,甚至通过机械臂将他国卫星“带走”。

更重要的是,“多快好省”的X-37B还有可能扩大战争的“高度”。

目前,就算在太空上的战斗,也基本靠人们在地面操作卫星、导弹等,而太空战机则有可能把人类的战斗领域从地面提升到数万米的高空,进入地球轨道乃至更遥远的地方。

这样一来,向敌国地面目标发起攻击就更简单了。

X-37B在外层空间轨道上长期飞行待命,一旦接到攻击命令即可快速变轨并对卫星或陆地、海洋、空中目标发起攻击,从而实现美国空军提出来的“一小时打击全球任何目标”的作战设想。

执行空间对地攻击任务的能力比现有的各类航天飞行器或航空飞行器更强。这就如同悬在各国头上的“达摩克里斯之剑”,一旦“飞机”变成“战机”,这将是全球国家的噩梦。

不难看出,美国军方想把太空转变成真正战场的昭昭野心。一旦 X-37B 空天飞机真正进入实战应用,必将进一步拉大美国与世界其他国家航天力量的差距,从而打破此前业已形成的太空战略平衡。

其他国家可能真的忍不了。

3

谁也不想落后!

鉴于空天飞机在军、民用方面的潜力,除美国外,中、俄、英、德等世界科技强国也都在研究此项技术,现在,各国空天飞机大多处于研究与验证阶段。

(图为英国“云霄塔”空天飞机 图源:央视新闻)

英国的“云霄塔”(Skylon)空天飞机很值得一提。

1985年,英国宇航公司和罗尔斯·罗伊斯公司共同提出了“霍托尔”方案。尔后,“云霄塔”项目继承了这个项目,在技术应用上有诸多创新,于是,“云霄塔”空天飞机应运而生。

最值得称道的就是其预冷器技术。

在接近5马赫的速度下,即便最好的金属合金也会软化乃至融化,更不用说在高超音速的飞行中,进入引擎的空气力量相当于5级飓风的25倍,热量喷薄而出。

迅速让金属构件冷却,避免其被破坏是首要问题。

“云霄塔”的预冷器通过一系列超轻型热交换器,可以使1000℃的高温气体在0.01秒内冷却到-150℃,保护发动机在接近高超音速时免受熔化。单是攻克这个难关,研究人员就花了20年。

当然,它也面临着很多亟需攻克的技术难题,如热交换预冷系统、燃烧室的冷却、尾喷口受热胀冷缩的困难,零部件重复使用的可靠性等。

每一个难题都需要投入大量的人力物力。所以,按最乐观估计,“云霄塔”空天飞机要到2025年才能实现首飞。

这个项目的成本可不低,前期投入保守估计也要88.66亿美元,如果能够研发成功,单价将高达2.49亿美元!

实际上,跟美国的X-37B相比,英国的“云霄塔”或许才算得上真正意义上的空天飞机。

这并不是因其外观更像科幻电影里那样炫酷,而是其无需助力便可以自己上天——它拥有高超音速混合动力发动机,具有吸气式发动机和火箭发动机两种工作模式,当速度低于5马赫时,它可以像传统喷气式飞机一样工作;当达到高超音速时,它就转换成燃烧氢气和液氧的纯火箭发动机,可实现高达27.8马赫的速度!

除了欧美发达国家,印度也在2001年提出了研制可重复使用的航天飞机计划。不过,当时印度航天志不在此,重点还是普通的运载火箭和应用卫星,对空天飞机只停留在技术研究和验证阶段。

2006年,在进行了一系列风洞试验和计算模拟后,印度最终选定了一个无论外观、气动布局还是回收方式,都与美国X-37B高度相似的方案。

不过,由于这是个优先级较低的技术验证项目,首次飞行试验从2009年一拖再拖,直到2016年才进行。

在试验过程中,运载火箭共工作了91秒时间,随后与RLV-TD(可重复使用运载器技术验证机)分离,此时高度约为48公里;分离后,依靠惯性继续上升到65公里的高度,RLV-TD飞行器无动力自由滑翔13秒后然后向下高速滑行,期间RLV-TD的最高速度为5.5马赫,整个飞行过程持续约770秒。

与美国X-37B的25马赫780天相比,印度显然还有很长的路要走。

在空天飞机的研制上,我国当然也不能落后!

我国正在研制的“空天飞机”被称为“腾云工程”,是一种可执行航天发射任务并能多次重复使用的新一代天地往返飞行器,能在地面机场水平起飞,理念与“云霄塔”类似。

风洞作为试验空天飞机的保障,不可缺少。近期,我国已经有了技术上的突破。中国科学院高温气动力国家重点实验室工作人员向媒体透露,其团队正研制的新风洞模拟马赫数可达10—25,试验流场直径2.5m,这将是世界最高水平。

与X-37B不同,我国正在研制的空天飞行器可以两用:载人时,可用于太空旅游、输送航天员等;货运时,可用于发射各类卫星、空间站货物补给、太空应急救援等。

从外形来看,这种以子母机组合的运输往返系统设计理念比较新颖,其中被扛着的“小飞机”和美国的X-37B非常相似。

不过军事专家认为,“小飞机”实际上是轨道飞行器,需要下面的空天飞机将其送入轨道,它依靠自己的火箭动力变轨,重返地球的方式和X-37B类似,而下面的大飞机是该两级入轨系统的“主角”。

同世界其他国家的空天飞机研制过程相同,我国的空天飞机距离研制成功还有很长一段路可以走。

相关负责人表示,“腾云工程”技术难度非常大,也是着眼航天新一代和未来发展的项目,现在主要是在前期的技术研发阶段。

4

我们离“星球大战”还有多远?

看到这里,可能很多人会很担心,美国开发这项技术会不会像以往的太空技术研发一样,很快用于军事?

如果它真能在1小时内打击全球任何目标,未来,我们还安全吗?

迄今为止,空天飞机仍只存在于设想与试验阶段,世界上还没有一架真正意义上的空天飞机。即使是处于全世界舆论风口的X-37B,因其不能自主升空,严格来说也只能算是迷你航天飞机。

毕竟,真正的空天飞机面临的技术瓶颈非常之多。没有足够的“黑科技”来点亮这棵繁茂无比的技能树,“星球大战”也不是这么好挑起的。

那么,空天飞机的研制究竟难在哪里?

发展空天飞机首先要解决6项主要关键技术:

高超声速技术;

髙机动飞行技术;

长距离空天飞行技术;

髙隐形技术,轻质、高强、耐热、抗冲击的空天器材料技术;

高可靠性技术。

上述技术又有待新材料、人工智能等基础科学领域的突破。

就拿耐热这一点来说,由于跨大气层飞行器与普通航空器不同,飞行高度和速度存在巨大变化,所以,高超声速飞行过程中气动加热十分明显,会使空天飞机机头的温度接近1800℃,机翼前缘温度达到1400℃,机身下部温度达到900℃热量,从而将会对零部件造成一定程度的破坏。

研究者还需要考虑温度分布不均衡带来的结构热应力问题,对隔热结构和机身材料要求很高。

此外,空天飞机在动力组成上也颇为讲究。空天飞机要实现跨大气层飞行,速度必须从0加速至25马赫,眼下,世界上任何一种单一类型的发动机都难以胜任,因为常规的吸气式发动机只能在马赫数小于3.5的条件下工作,而冲压发动机在马赫数超过6之后效率也会急剧下降,想要实现更大马赫数的飞行,必须研制新型发动机或者采用组合循环动力。

(图源:央视新闻)

前路虽然光明,但是,这个过程一定无比曲折。

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