鞏義權(quán) 謝永杰 牛龍飛 劉剛

（1 國防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院 2 中國人民解放軍32112部隊）

2019年10月27日，X－37B第5架次“軌道試驗飛行器”（OTV－5）在肯尼迪航天中心自主返回著陸，這次飛行長達(dá)780天，打破了上一架次在軌718天的紀(jì)錄。時隔近7個月后，美國又于2020年5月17日進行了X－37B的OTV－6發(fā)射，本次試驗飛行器攜帶的載荷更多，計劃開展的空間試驗內(nèi)容更多[1]，預(yù)計駐空時間更長。在X－37B進行第6架次發(fā)射之際，本文對其前5次發(fā)射進行了回顧和總結(jié)，并重點分析了其可能承擔(dān)的空間偵察任務(wù)。

1 X－37B項目總體情況

X－37B項目最初為美國國家航空航天局（NASA）的一個技術(shù)試驗平臺，2004年轉(zhuǎn)給美國國防高級研究計劃局（DARPA），后又于2006年轉(zhuǎn)給美國空軍，旨在開發(fā)一種垂直火箭發(fā)射、太空機動飛行、機場自主降落、可重復(fù)使用的無人駕駛空天飛行器。項目“機群”由2架已知的可重復(fù)使用飛行器組成，共完成6次飛行任務(wù)，其中OTV－1、OTV－3、OTV－5屬 于 同 一 架，OTV－2、OTV－4、OTV－6屬于另外一架。這2架在軌試驗飛行器均由美國波音公司（Boeing）研制，其外形長8.8m、高2.9m、翼展4.6m，發(fā)射質(zhì)量約5t，可搭載有效載荷約227kg，使用砷化鎵太陽電池翼和鋰離子充電電池作為能源，由四氧化二氮和一甲基肼作為推進劑。自2010年4月美軍首架X－37B OTV－1發(fā)射以來，共計有6架次X－37B試驗飛行器發(fā)射并入軌飛行，除正在進行空間試驗飛行的OTV－6外，前5架次累計在軌飛行時間2865天。從前5次飛行情況來看，在軌飛行周期跨度224～780天，每次飛行試驗主要目的有所區(qū)別?；仡?0世紀(jì)80年代開始的美國航天飛機計劃，共發(fā)射“哥倫比亞”（Columbia）、“挑戰(zhàn)者”（Challenger）、“發(fā)現(xiàn)”（Discovery）、“阿特蘭蒂斯”（Atlantis）和“奮進”（Endeavor）5架航天飛機，其軌道飛行器約長37.2m、高17.3m、翼展29.8m。這5架航天飛機共發(fā)射135次，總共留軌時間只有352天[2]。

X－37B作為試驗平臺，根據(jù)每次搭載的有效載荷不同，試驗內(nèi)容會發(fā)生很大變化，其試驗的技術(shù)可能包括先進小傳感器技術(shù)、衛(wèi)星異變技術(shù)（異化衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，改變衛(wèi)星功能）、通信中繼技術(shù)等[3，4，5，8]。

通過對比分析，X－37B空天飛機突出特點：一是可天地往返重復(fù)使用，具備自主導(dǎo)航控制、高速再入和著陸能力；二是大范圍機動變軌，攜帶多臺機動發(fā)動機，可快速調(diào)整自身軌道高度和傾角；三是可長期在軌運行，能夠持續(xù)在軌巡航，復(fù)飛間隔短，數(shù)天甚至數(shù)小時后就可再次起飛；四是配備天基模塊化多用途平臺，每架次可以搭載不同載荷，提供一種“在軌實驗室”測試環(huán)境，以驗證新技術(shù)和新組件[4]；五是發(fā)射費用低，每次的發(fā)射費用僅是航天飛機或一次性火箭的幾十分之一；六是靈活性強，可快速機動發(fā)射，入軌后擇機將小衛(wèi)星、空間站組件等送入太空軌道，并將其向任何方向發(fā)射，且發(fā)射不受軌道要求限制，可快速響應(yīng)太空事件。X－37B集飛機、運載器、航天器等多重功能于一身，既能在大氣層內(nèi)做高超音速飛行，又能進入太空軌道運行，展現(xiàn)出未來空天戰(zhàn)斗機的雛形。

2 X－37B軍事用途分析

自X－37B空天飛機發(fā)射以來，其執(zhí)行任務(wù)內(nèi)容屬美軍絕密，但通過分析X－37B在軌飛行時的成像觀測數(shù)據(jù)，以及國際觀測站公開圖像，可以推斷X－37B主要擔(dān)負(fù)空間偵察監(jiān)視、空間攻防對抗和空間裝備保障任務(wù)。

1）空間偵察監(jiān)視。X－37B具備靈活機動的變軌能力，在軌飛行中每周都會細(xì)微調(diào)軌，并視情況進行靈活變軌，從而對目標(biāo)區(qū)域反復(fù)進行抵近詳查，隨時掌握作戰(zhàn)地區(qū)敵情變化。與普通偵察衛(wèi)星相比，具有更大的靈活性、更廣的活動空間、更好的實時性，以及更強的綜合偵察能力。同時，通過戰(zhàn)時變軌實現(xiàn)應(yīng)急補網(wǎng)，能夠執(zhí)行靈活多變的臨機偵察任務(wù)，并且可用于應(yīng)對擁有一定反衛(wèi)星能力的國家。搭載的光電、雷達(dá)載荷亦可自由地偵察空間軌道飛行器，不受時間和空域限制。

2）空間攻防對抗。全球快速打擊和空間威懾一直是美軍重點發(fā)展的“非核威懾”能力，X－37B將成為支撐這兩大能力的重要武器。隨著微電子技術(shù)發(fā)展和武器小型化推進，X－37B可作為多樣化天基任務(wù)平臺，搭載機械臂、激光、微波、動能、導(dǎo)彈等軟硬殺傷武器和控制系統(tǒng)，具備戰(zhàn)時對他國衛(wèi)星、各類航天器甚至地球表面目標(biāo)進行跟蹤、干擾、俘獲、摧毀等軍事行動能力。X－37B既能在外太空巡航，又能通過軌道機動出其不意到達(dá)目標(biāo)上空，甚至進入大氣層執(zhí)行打擊任務(wù)，將使美軍真正實現(xiàn)“兩小時全球打擊能力”。未來，一旦多架X－37B發(fā)射成功，多機在軌飛行將進一步促進美軍開展空間操控和太空戰(zhàn)戰(zhàn)法演練，其作戰(zhàn)潛力不容小覷。

3）空間裝備保障。作為多功能平臺，X－37B亦可裝載能源和各種空間裝備必要零部件。其搭載的偵察監(jiān)視設(shè)備可以收集或確認(rèn)其他觀測設(shè)備發(fā)現(xiàn)的空間裝備受損情況，經(jīng)過分析需要裝載的零部件和燃料缺口，制定保障計劃，完成地面準(zhǔn)備，下一架次X－37B入軌后可依次接近待保障裝備，開展保障活動。例如，通過在X－37B上開艙釋放微小機器人或操作機械臂，可對受損裝備進行維修，也可對衛(wèi)星等進行能源補充，從而延長空間裝備服役時間。通過一次發(fā)射可以完成多個裝備保障任務(wù)，極大地提高了效率、節(jié)約了成本。

另外，X－37B將深度改變美軍航天裝備作戰(zhàn)試驗流程，使新航天裝備部件放到太空真實環(huán)境下進行試驗成為可能，打破了以往航天裝備作戰(zhàn)試驗只能在整裝發(fā)射后開展的困境，總體上提升了美軍航天裝備發(fā)展效率，降低了成本[6]。

3 偵察監(jiān)視任務(wù)分析

X－37B已展開了近10年的在軌飛行和應(yīng)用探索，多次試驗偵察監(jiān)視技術(shù)及載荷，技術(shù)積累比較成熟，具備了較強的偵察監(jiān)視能力。雖然美軍多次強調(diào)，X－37B只是試驗平臺，但這種說法缺乏說服力[7]。因為如果先進偵察載荷或其他先進技術(shù)在X－37B上試驗取得成功，意味著這些技術(shù)最適合的平臺一定包括X－37B，甚至能將X－37B集成偵察技術(shù)、推進技術(shù)、打擊武器和通信技術(shù)等各種先進技術(shù)進行量產(chǎn)，從而形成戰(zhàn)斗力。

X-37B 偵察監(jiān)視技術(shù)基礎(chǔ)

一是軌道機動。X－37B有成熟的軌道機動系統(tǒng)/反作用控制系統(tǒng)（OMS/RCS），主發(fā)動機推力高達(dá)29kN，并且能攜帶足夠燃料，具備大范圍軌道機動結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。已經(jīng)成功試驗軌道面內(nèi)和異面變軌技術(shù)，且不同軌道高度差達(dá)到170km[8]。這種能力將使其可以縮短特定目標(biāo)的重訪周期，也可以在1個周期內(nèi)觀察多個不同面星下點，還可以擺脫對手監(jiān)視，進行隱蔽偵察[9]。這也意味著它可以出現(xiàn)在近地軌道任意合適位置，同時其高精度軌道保持技術(shù)為高精度偵察監(jiān)視提供了穩(wěn)定平臺。

二是先進偵察載荷。X－37B 的實驗艙可搭載多種小型觀測傳感器（質(zhì)量小于227kg）進行在軌試驗，包括雷達(dá)、光學(xué)、紅外和信號/電子偵察等試驗設(shè)備。這些偵察監(jiān)視載荷以模塊化方式固定在X－37B平臺上，方便安裝和卸載，實現(xiàn)了小型化，滿足實驗艙體積和載重限制。與現(xiàn)有偵察衛(wèi)星不同，X－37B運行軌道較低，在尺寸小型化的同時保持了高精度。當(dāng)X－37B打開背艙時，這些載荷便可以在空間開展工作。由于可以搭載多種傳感器快速發(fā)射或機動，因此X－37B 也可以按照“作戰(zhàn)響應(yīng)空間”（ORS）的要求，對一些緊急或作戰(zhàn)事件進行快速響應(yīng)[10]。

X－37B 地球監(jiān)視活動

當(dāng)X－37B倒開背艙時（X－37B翻轉(zhuǎn)并以背部朝向地面飛行），其搭載的空間偵察監(jiān)視載荷可以對地球進行觀測。以前兩次飛行為例，OTV－1初始軌道高度400km，軌道傾角40°，近圓軌道，在軌期間進行了多次軌道面內(nèi)機動，飛行試驗軌道高度280～450km；OTV－2初始軌道高度325km，軌道傾角42.8°，在軌期間不僅進行了軌道面內(nèi)的機動，而且還進行了2次異面軌道機動，軌道機動高度為280～333km，近圓軌道。

從OTV－1 和OTV－2 的軌道選擇來看，其具有明顯的回歸特性。這一軌道特性通常有兩個作用，一是便于隨時返回地面；二是適合于空間對地偵察。特別是OTV－2選擇的2天31圈回歸軌道，每2天就可重復(fù)覆蓋同一地區(qū)。OTV－1和OTV－2飛行試驗初始軌道和機動差異較大，OTV－1初始軌道高度約400km，入軌后進行了5次軌道面內(nèi)機動，軌道高度差達(dá)到170km；OTV－2初始軌道高度約325km，入軌后軌道面內(nèi)調(diào)整量很小，主要是進行軌道維持，使得軌道保持較好的回歸性。對于執(zhí)行高精度對地觀測等特殊任務(wù)的航天器，軌道保持精度直接影響任務(wù)效果。在2011年4月之后，OTV－2軌道半長軸基本保持不變，這使得OTV－2具備高精度對地觀測的條件。相比OTV－1，OTV－2飛行試驗軌道傾角增加了2°。這一軌道面調(diào)整，使得星下點軌跡從OTV－1的覆蓋朝鮮大部地區(qū)，擴大至OTV－2的覆蓋朝鮮全境。同時，該傾角使得X－37B星下點覆蓋了中東、朝鮮、伊朗和中國等美國關(guān)心的熱點地區(qū)，進一步印證了OTV－2任務(wù)之一是進行高精度對地觀測這一推測。

X－37B 空間監(jiān)視活動

X－37B偵察監(jiān)視載荷對太空監(jiān)視工作示意圖

X－37B位于低地球軌道，背部艙口朝上打開時，搭載的偵察載荷可以對太空目標(biāo)進行偵察監(jiān)視。一是監(jiān)視高軌目標(biāo)，這與空間目標(biāo)監(jiān)視衛(wèi)星工作原理類似，因為具備更高的機動性，無論是在偵察距離上，還是在偵察角度上，它比空間目標(biāo)監(jiān)視衛(wèi)星更具有靈活性；二是監(jiān)視低軌目標(biāo)，對于超出載荷工作角度范圍的側(cè)方位目標(biāo)，既可以調(diào)整姿態(tài)使其納入觀察角度，也可以采取抵近詳查的方式進行監(jiān)視。X－37B可以補充空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)縫隙，也可以直接融入天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，甚至多架X－37B組成監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，增強美國空間感知能力。

4 總結(jié)

對全世界而言，X－37B的活動一直像謎一樣充滿未知，引發(fā)了航天相關(guān)從業(yè)者的各種猜測。隨著對美國X－37B進行持續(xù)觀測，積累其光學(xué)、雷達(dá)等目標(biāo)特性和飛行軌道數(shù)據(jù)，其機動變軌規(guī)律和在軌飛行任務(wù)逐步變得明晰。通過對觀測數(shù)據(jù)進行分析可以看出，X－37B飛行活動擁有典型的軍事特征，具備成為美軍下一代主要偵察監(jiān)視武器的可能，這將增強美軍控制太空能力，甚至?xí)羁谈淖兾磥硖崭窬?，值得各界給予充分關(guān)注。