9月4日，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功，利用長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭，成功發(fā)射一型可重復(fù)使用的試驗(yàn)航天器。在經(jīng)歷了兩天的在軌飛行后，該航天器于9月6日成功返回預(yù)定著陸場(chǎng)，試驗(yàn)取得圓滿成功。 許多朋友紛紛猜測(cè)這是中國(guó)版的“X-37B”，一時(shí)間這種美國(guó)發(fā)展的小型航天飛機(jī)獲得了空前的關(guān)注度。

X-37B與火箭整流罩 | 圖片來(lái)源：美國(guó)空軍 有說(shuō)法稱，“X-37B”是一種空天飛機(jī)。 有說(shuō)法稱，“X-37B”是一種高超音速武器，最大速度超過(guò)25馬赫。 還有說(shuō)法稱，“X-37B”是一種太空戰(zhàn)斗機(jī)/太空轟炸機(jī)，可以自由變軌，可以快速響應(yīng)，將核彈頭出其不意扔到敵國(guó)。 那么，X-37B真能擔(dān)得起這些美譽(yù)嗎？

問：X-37B真是空天飛機(jī)嗎？要回答這個(gè)問題，我們可以看一看“航天飛機(jī)（Space Shuttle）”是如何定義的。 根據(jù)《中國(guó)大百科全書（第二版）·航空航天卷》，航天飛機(jī)是這么定義的： “有人駕駛，可以重復(fù)使用、往返于地面和近地軌道之間運(yùn)送人和有效載荷的飛行器，兼具載人航天器和運(yùn)載器功能，并按飛機(jī)方式著陸的航天系統(tǒng)。美國(guó)空間運(yùn)輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。” 注意，美國(guó)空間運(yùn)輸系統(tǒng)Space Transportation System (簡(jiǎn)稱STS)，不止我們一般認(rèn)知中的“航天飛機(jī)”，還包含航天飛機(jī)的外掛燃料貯箱和兩個(gè)固體火箭推進(jìn)器，也就是航天飛機(jī)發(fā)射升空時(shí)的樣子。

航天飛機(jī)首次發(fā)射任務(wù)STS-1 | 圖片來(lái)源：NASA 至于空天飛機(jī)，由于目前尚未出現(xiàn)投入使用的型號(hào)，所以現(xiàn)有的《中國(guó)大百科全書》并未收錄詞條。根據(jù)另外一部權(quán)威辭書《大辭海·天文學(xué)地球科學(xué)卷》，空天飛機(jī)是這樣定義的： “亦稱‘航空航天飛機(jī)’。兼具航空飛行器、宇航運(yùn)載器和宇航器功能的可完全重復(fù)使用的高超聲速載人航空航天飛行器。安裝有沖壓空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。能像飛機(jī)一樣在普通機(jī)場(chǎng)跑道水平起降。在30千米以上高空，能以5~15倍聲速像飛機(jī)一樣在大氣層中飛行；待到達(dá)大氣層邊緣時(shí)，運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，像宇航器在空間軌道上運(yùn)行。完成任務(wù)后返回地面，經(jīng)維護(hù)后重新使用?！?盡管學(xué)者對(duì)空天飛機(jī)的定義可能不同，但有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是明確的：空天飛機(jī)應(yīng)該是水平起飛，并且有從大氣層內(nèi)飛入太空的能力。 因此，從任何一個(gè)角度來(lái)看，由火箭垂直發(fā)射的X-37B也不是“空天飛機(jī)”，說(shuō)是“無(wú)人航天飛機(jī)”或者“可重復(fù)使用的無(wú)人航天器”更為準(zhǔn)確。

X-37B（OTV-6任務(wù)）發(fā)射 | 圖片來(lái)源：ULA

問：X-37B真是高超音速武器嗎？根據(jù)筆者的考證與猜測(cè)，這個(gè)問題的提出是源于X-37B的前身——X-37驗(yàn)證機(jī)的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)：“X-37能夠在25倍音速（25馬赫）的環(huán)境下運(yùn)行，并在太空和再入大氣層的惡劣環(huán)境中測(cè)試技術(shù)”。 這是NASA馬歇爾中心在2003年發(fā)布的一份資料中表述的。 也許在2003年以后，人們就已經(jīng)對(duì)X-37系列航天器的真實(shí)用途展開了猜測(cè)，相關(guān)的描述也確實(shí)令人浮想聯(lián)翩。尤其是在最近幾年我國(guó)高超音速武器獲得重大進(jìn)展后，人們可能會(huì)結(jié)合25馬赫這個(gè)指標(biāo)，把X-37B和美國(guó)DARPA的Falcon系列高超音速飛行器聯(lián)系起來(lái)。

Falcon高超音速驗(yàn)證機(jī)系列 | 圖片來(lái)源：DARPA 但很遺憾的是，這是一種誤讀。NASA的說(shuō)法很明白，X-37驗(yàn)證機(jī)要經(jīng)受的環(huán)境是軌道飛行和再入大氣層。 軌道飛行是指飛行高度高于100~120千米的馮卡門線，在馮卡門線以上的高度，空氣極為稀薄，馬赫數(shù)這個(gè)概念當(dāng)然不適用，對(duì)航天器的影響主要是長(zhǎng)時(shí)間的阻力累積。 再入大氣層很好理解，返回式衛(wèi)星、載人飛船、航天飛機(jī)在回到地面前都要經(jīng)歷這個(gè)過(guò)程，X-37B也不例外。但是這個(gè)過(guò)程是“一錘子買賣”，并不是像高超音速武器那樣有一個(gè)“拉起”，或者“打水漂”的過(guò)程。

美國(guó)HTV-2高超音速飛行器飛行流程 | 圖片來(lái)源：DARPA 迄今為止，X-37B總共執(zhí)行了6次任務(wù)，全部是軌道飛行任務(wù)，時(shí)長(zhǎng)從半年到兩年不等。從X-37B的別稱“軌道測(cè)試飛行器”（Orbital Test Vehicle, OTV）也能看出端倪——X-37B是為軌道飛行準(zhǔn)備的，而非臨近空間高超音速飛行。 最后，從波音X-37B的總工程師Arthur Grantz于2011年發(fā)表的文章來(lái)看，X-37B及其原型機(jī)的設(shè)計(jì)初衷，是由于航天飛機(jī)的軌道飛行時(shí)間只有10天左右，無(wú)法完成許多需要長(zhǎng)時(shí)間留軌并返回地面的試驗(yàn)。隨著航天飛機(jī)退役，聯(lián)盟號(hào)飛船在搭載宇航員后的額外運(yùn)載能力有限，這種能力缺口變得尤為明顯。 在X-37B的設(shè)計(jì)中，研究人員也將其與航天飛機(jī)，而不是高超音速飛行器對(duì)比：

X-37B是一種很好的熱防護(hù)驗(yàn)證平臺(tái) | 圖片來(lái)源：Arthur Grantz@Boeing 因此可以說(shuō)，X-37B確實(shí)不是一種高超音速武器。

問：X-37B真是太空戰(zhàn)斗機(jī)嗎？要回答這個(gè)問題，我們先要看一看太空戰(zhàn)斗機(jī)與大氣層內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的區(qū)別。 說(shuō)起戰(zhàn)斗機(jī)，我們首先想到的，可能是殲-20或者F-22這樣的飛機(jī)，它們擁有卓越的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，澎湃的動(dòng)力，先進(jìn)的飛控，強(qiáng)大的雷達(dá)，還能夠像鬼魅般在敵方雷達(dá)體系中潛行。

F-22戰(zhàn)斗機(jī) | 圖片來(lái)源：Rob Shenk 這樣的戰(zhàn)斗機(jī)，能夠輕易改變自己的飛行軌跡和飛行姿態(tài)，在戰(zhàn)斗中搶占先機(jī)。 但太空戰(zhàn)，是一個(gè)完全不同的領(lǐng)域。 在地球軌道上，任何物體的軌道都可以大體看做與地球引力中心的“二體問題”，會(huì)有各種小擾動(dòng)，但是大差不差。航天器的地球軌道可以用六個(gè)軌道根數(shù)完全表征，又叫軌道六要素。

圖片來(lái)源：彭成榮@中國(guó)空間技術(shù)研究院 看起來(lái)很復(fù)雜，其實(shí)對(duì)太空戰(zhàn)斗機(jī)來(lái)說(shuō)，核心只有一個(gè)：太空作戰(zhàn)有自己的軌道，活動(dòng)范圍在幾千到幾萬(wàn)千米，想要改變軌道就要付出很大的代價(jià)。 與此相比，大氣層內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的活動(dòng)范圍只有幾十到幾百千米，還可以充分利用大氣層產(chǎn)生升力。 大氣層內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)是戰(zhàn)術(shù)武器，而太空戰(zhàn)斗機(jī)的活動(dòng)范圍，是戰(zhàn)略級(jí)別的。 自由是要付出代價(jià)的。 物理定律將太空戰(zhàn)斗機(jī)自由機(jī)動(dòng)、自由改變每一個(gè)軌道根數(shù)的代價(jià)都標(biāo)好了價(jià)格。 這個(gè)價(jià)格就是ΔV——速度增量。每一次獲得速度增量，都會(huì)根據(jù)太空戰(zhàn)斗機(jī)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為推進(jìn)劑消耗，并最終累加到發(fā)射成本上。 對(duì)于改變軌道高度，改變?cè)谲壍烂鎯?nèi)位置等常規(guī)操作而言，太空戰(zhàn)斗機(jī)和普通衛(wèi)星并沒有差別。 而對(duì)于改變軌道面與地球赤道面夾角——軌道傾角，則需要很大的速度增量，只能在大氣層外飛行的普通衛(wèi)星就要消耗巨量的推進(jìn)劑。 也許太空戰(zhàn)斗機(jī)可以飛入大氣層，巧妙利用大氣阻力完成軌道傾角的轉(zhuǎn)變？ 我國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)專門對(duì)此進(jìn)行了模擬仿真，用的就是X-37B的氣動(dòng)模型。

圖片來(lái)源：左光（等）@北京空間技術(shù)研制試驗(yàn)中心 結(jié)果，大氣變軌所需的速度增量反而比普通衛(wèi)星還多。

圖片來(lái)源：左光（等）@北京空間技術(shù)研制試驗(yàn)中心 當(dāng)然，根據(jù)美國(guó)的文獻(xiàn)，在傾角改變量大于10度時(shí)，氣動(dòng)變軌是可以優(yōu)于傳統(tǒng)衛(wèi)星的沖量變軌的。

圖片來(lái)源：Anil V. Rao（等）@University of Florida 但仔細(xì)一看，氣動(dòng)變軌所需的速度增量依然在1000m/s以上，這對(duì)于X-37B的小身板來(lái)說(shuō)，實(shí)在是太難為它了。

問：X-37B是不是太空轟炸機(jī)，往其他國(guó)家扔核彈頭？X-37B確實(shí)像航天飛機(jī)一樣，有一個(gè)貨艙，可以帶一些設(shè)備，比如太陽(yáng)帆板、機(jī)械臂之類。

X-37B的貨艙 | 圖片來(lái)源：NASA馬歇爾中心 甚至，X-37B在試驗(yàn)任務(wù)中，也確實(shí)在軌釋放過(guò)若干小衛(wèi)星。 但X-37B還是需要傳統(tǒng)的運(yùn)載火箭發(fā)射，發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間是以天為單位的，既不能與大洋深處潛伏的潛射洲際導(dǎo)彈相比，也不能與大山深處神出鬼沒的陸基機(jī)動(dòng)洲際導(dǎo)彈相比——它們的準(zhǔn)備時(shí)間是以小時(shí)，甚至分鐘計(jì)算的。

DF-41洲際導(dǎo)彈 | 圖片來(lái)源：張豪夫@新華社 退一步說(shuō)，X-37B從整備到發(fā)射入軌，再到飛越敵國(guó)進(jìn)行打擊，所需時(shí)間有多長(zhǎng)姑且不論，其隱蔽性是非常差的。 舉個(gè)例子，美國(guó)保密程度極高的鎖眼系列偵察衛(wèi)星，就曾經(jīng)被有心的天文觀測(cè)者拍攝下來(lái)：

天文望遠(yuǎn)鏡捕捉的KH-12衛(wèi)星 | 圖片來(lái)源：Ralf Vandebergh 一般的天文觀測(cè)者都可以做到，更何況航天大國(guó)。 只要X-37B入軌，它的軌道就能被確定下來(lái)，它可以隨便變軌，但是想重新確定它的軌道也不是什么難事。在現(xiàn)代天文跟蹤觀測(cè)體系下，直徑10厘米的空間碎片都能被準(zhǔn)確跟蹤編目，更不用說(shuō)X-37B了。 對(duì)了，發(fā)現(xiàn)就意味著摧毀。 說(shuō)句有冒犯性的話，打X-37B軌道的目標(biāo)，連印度都能做到。

2019年印度反衛(wèi)星試驗(yàn) | 圖片來(lái)源：印度政府 再退一步，就算X-37B入軌后就能直接對(duì)別國(guó)進(jìn)行打擊，那為什么不用洲際導(dǎo)彈呢？洲際導(dǎo)彈在中段的可偵測(cè)性很低，目前中段反導(dǎo)依然是世界性難題。 再退一步，如果美國(guó)就想發(fā)展一個(gè)“軌道轟炸機(jī)”，能夠在軌飛行，并且在飛越敵國(guó)時(shí)發(fā)射核彈頭。那為什么不用大型衛(wèi)星平臺(tái)，或者彈道導(dǎo)彈的多彈頭載具平臺(tái)呢？何必多此一舉，讓“軌道轟炸機(jī)”還能返回地面，額外付出再入大氣層所需的防熱代價(jià)。 綜上所述，不管是“太空戰(zhàn)斗機(jī)”，還是“太空轟戰(zhàn)機(jī)”，對(duì)于X-37B而言，都是一種雞肋的屬性。 可以，但沒必要。

X-37B對(duì)于中國(guó)的啟示航天飛機(jī)曾經(jīng)是美國(guó)航空航天技術(shù)的驕傲，是美國(guó)的國(guó)家象征。美國(guó)開辟了“航天飛機(jī)”這個(gè)領(lǐng)域，并常年領(lǐng)跑。 但是，技術(shù)上的偉大成就無(wú)法掩蓋航天飛機(jī)沒有達(dá)到“降低進(jìn)入太空成本”這一初衷的尷尬。而14名宇航員的犧牲，更是全人類航天事業(yè)的災(zāi)難。 作為旁觀者，我們對(duì)航天飛機(jī)的功過(guò)成敗有科學(xué)、客觀的理解。 作為追趕著，我們對(duì)航天飛機(jī)及相關(guān)技術(shù)的先進(jìn)性也同樣有深刻的認(rèn)知。 從某種程度上，X-37B可以說(shuō)是航天飛機(jī)的精神續(xù)作。 但就像對(duì)航天飛機(jī)一樣，我們不應(yīng)該對(duì)X-37B有著超越其本身能力的，不切實(shí)際的崇拜——就算有，在科學(xué)的分析論證下，也會(huì)不攻自破。 而在科學(xué)技術(shù)層面，我們也應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到中國(guó)基礎(chǔ)的薄弱性。 基礎(chǔ)的薄弱是從舊中國(guó)繼承而來(lái)的，我們沒有辦法改變歷史。 但這也意味著我們應(yīng)當(dāng)付出更多的努力，追趕基礎(chǔ)好的“世界領(lǐng)先水平”。 別人掌握的，我們也要掌握。別人已經(jīng)發(fā)展成熟的，我們要更快地追上去，抹平差距。 沒有技術(shù)，和有技術(shù)不用，不是一回事。 而更進(jìn)一步，別人沒有掌握的，我們通過(guò)創(chuàng)新，也可以掌握，別人沒有的，我們也可以有。 我們也一定會(huì)有。

DF-17導(dǎo)彈 | 圖片來(lái)源：中央廣播電視總臺(tái)

參考文獻(xiàn)[1].中國(guó)大百科全書總委員會(huì)《航空航天卷》委員會(huì). 中國(guó)大百科全書-第2版[M]. 中國(guó)大百科全書出版社, 2009. [2].夏征農(nóng). 大辭海: 天文學(xué)·地球科學(xué)卷[M]. 上海辭書出版社, 2005. [3].George C. X-37 Demonstrator to test future launch technologies in orbit and reentry environments[R]. NASA FS-2003-05-65-MSFC, 2003. [4].Grantz A. X-37B orbital test vehicle and derivatives[C]//AIAA Space 2011 Conference & Exposition. 2011: 7315. [5].彭成榮. 航天器總體設(shè)計(jì)[M]. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2011. [6].左光, 和宇碩, 石泳, 等. 類 X-37B 飛行器氣動(dòng)力輔助異面變軌性能研究[J]. 航天返回與遙感, 2017, 38(4): 36-46. [7].Walberg G D. A survey of aeroassisted orbit transfer[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1985, 22(1): 3-18. [8].Rao A V, Scherich A E, Cox S, et al. A concept for operationally responsive space mission planning using aeroassisted orbital transfer[C]//2008 Responsive Space Conference. 2008.

原文標(biāo)題：空天飛機(jī)、高音速武器？別再迷信美國(guó)X-37B了……

文章出處：【微信公眾號(hào)：科工力量】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。