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X-37B第4次飞行试验情况及其分析评论  

2015-11-20 18:03:24|  分类: 高超声速 |  标签: |举报 |字号 订阅

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作者:康开华 (北京航天长征科技信息研究所)

1 概述


2015年5月20日,美国宇宙神—5运载火箭第4次成功发射了X—37B轨道试验飞行器。此次任务中一同发射的10颗立方体卫星(CubeSat)也成功入轨。

此前,美国空军已经公布了此次X—37B飞行任务将进行的两项试验。第一项试验是验证霍尔电推进器设计改进后的性能特征,该推进器安装在军用“先进极高频”(AEHF)通信卫星上;另一项试验是美国航空航天局(NASA)领导的先进材料研究,目的是检验暴露于空间环境中的高分子材料、复合材料和涂层的特性。而此前空军从未透露过X—37B飞行试验中所携带的有效载荷。

2 两项试验的基本情况

霍尔电推进器

X—37B试验的霍尔推进器由航空喷气·洛克达因公司制造,功率4.5kW,利用电离和氙气产生推力用于卫星在空间执行机动操作。这种创新的电推进系统产生类似于“水发出潺潺声”的推力。不同于传统的化学能发动机在每次短时间内的点火所提供的较大推力,电推进系统要求具备长期操作的能力,利用发动机约0.27N的推力执行飞行器的入轨操作等。尽管典型的化学能推进系统可为卫星提供快速机动操作的动力,但是它需要使用大量而沉重的燃料,并且导致必须利用更大、更昂贵的火箭执行发射任务。电推进系统以氙气作为燃料,其质量远远低于传统的化学燃料,并且结合其所具备的长期工作能力,电推进系统的优势凸显出来。

美国空军称此次执行的X—37B试验包括:收集空间操作环境中的霍尔发动机的遥测数据,以及测量发动机为飞行器提供的推力。最终的数据将用于验证和改进霍尔发动机,并提升环境建模能力。环境建模能力将增强从地面试验结果推算飞行器实际在轨飞行性能的能力。

空军研究实验室的汤姆少校称,对于我们而言,空间至关重要。保密通信,情报、监视和侦察(ISR),导弹防御,天气预报,精确导航和定时均依靠空间。空间竞赛日益加剧,具备更加高效的在轨发动机对于美国意义重大,通过减少使用的燃料来降低成本,并增强航天器的操作灵活性、生存能力,延长使用寿命。

先进材料技术

X—37B所执行的另一项试验是检验先进材料,即为NASA开展的暴露于空间的材料和创新技术项目(METIS)测试新材料。X—37B将约100种不同的材料样件带入空间环境超过200天。NASA称,正在进行的METIS项目是基于“国际空间站”试验项目(MISSE)所开展的多项材料任务所获得的数据。2001—2013年,MISSE试验了超过4000种样件。MISSE和METIS将飞行试验多种小型样件,包括多种高分子材料、复合材料和涂层等。

同时参与MISSE和METIS试验项目的NASA马歇尔航天飞行中心的米里亚姆称,通过将材料暴露于空间环境并将样件带回地球,可获得材料承受所处操作环境的重要数据。航天器的设计者可利用这些数据选择最佳的材料用于特殊的应用,如防热系统、天线或其他空间硬件。

NASA官员称,METIS试验项目正在研究多种由NASA、工业企业和其他政府机构研制的航天器所使用的材料。在空间中经过飞行试验的这些材料将逐步替代那些技术过时的材料。

马歇尔航天飞行中心的总工程师沃森·摩根称,空间站和METIS材料试验所获得的数据将改进未来NASA火星探测航天器的寿命和操作。

3 此次发射后各方评论

美国空军共有两架X—37B轨道试验飞行器,第一次和第三次飞行任务使用同一架飞行器,第二次飞行任务使用了另外一架飞行器。但对于此次飞行任务,空军并未透露是使用哪架飞行器,空军发言人霍伊勒称,X—37B项目选择哪架轨道飞行器执行飞行任务是基于试验目标,不公布该信息的原因是出于保护操作目标的考虑。此外,他还称,此次X—37B任务将在空间环境中检查有效载荷系统或技术,使这些新技术更加成熟,并在飞行器返回后对这些技术进行检查。

与美国空军的谨言慎行形成鲜明对比的是宇宙神—5火箭的运营商——发射联盟,其官员称,X—37B任务的目的是为美国未来开展的空间和操作试验提供“重复使用航天器技术”。

负责X—37B项目的空军快速能力办公室主任瓦尔登称,空军将继续对飞行器的性能改进进行评估,与其他机构合作开展的试验将帮助美国提升空间技术的发展水平。2015年4月,瓦尔登还对媒体称,对于X—37B的第4次任务非常期待,在成功地进行了3次飞行验证任务后,美国空军能够将研究重点从最初的检验飞行器转移到测试有效载荷本身上来。

美国电视广播网哥伦比亚广播公司(CBS)新闻报道,空军航天司令部的约翰·海顿将军称,X—37B独有的特征是:不同于卫星,它能够进入空间并返回地球,将把带入空间并长期暴露于空间环境的有效载荷再返回地球开展研究。针对X—37B项目的未来,海顿称,无法确定该项目的未来将成为什么样子,因为空军正在进行试验。

4 前3次任务回顾

X—37B由波音鬼怪工厂制造,长8.9m、翼展4.5m、有效载荷舱长2.1m,以轻质复合材料结构替代了铝合金结构,通过展开的太阳能电池阵列供电。X—37B由宇宙神—5火箭带罩发射,能够在轨执行机动,任务完成后再入大气层滑翔返回地球,着陆于传统的跑道上。X—37B的前3次任务均是在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射,任务完成后飞行器着陆于范登堡空军基地。今后,佛罗里达州的肯尼迪航天中心将成为X—37B的备用着陆场。

波音公司制造了两架X—37B轨道试验飞行器,在前3次飞行任务中共在轨飞行达1369天,超过了航天飞机在过去30年中、135次飞行任务的1334天在轨飞行时间。成功地验证了飞行器的可重复飞行、再入和着陆等多项关键技术,最重要的是在飞行器返回后,技术人员可以对长时间在空间环境中操作的硬件进行研究。

X-37B前三次飞行试验的主要内容
 任务
 飞行器 在轨飞行时间 变轨机动 主要证技技术
 第一次 1号飞行器 225天 4次(较大) 飞行器平台技术,主要包括:制导导航与控制系统、先进防热材料、结构、密封件、轻质机电飞行硬件、长时间在轨操作、自主离轨、再入和着陆技术等
 第二次 2号飞行器 469天 2次(较小) 飞行器平台技术(特别是砷化镓太阳能电池阵)和所携带有效载荷的性能
 第三次 1号飞行器 675天 无 飞行器平台技术(特别是飞行器的可重复使用性)
  

5 X—37B神秘任务再引猜测

围绕X—37B任务的神秘性导致了大量的猜测,主要集中在认为该飞行器是一种空间武器,设计用于检查或致残敌国卫星。但美国空军长久以来一直对此看法持批驳的态度,坚称X—37B仅是用于试验重复使用飞行器和未来航天器的技术。空军并未公布此次X—37B任务的时长,但飞行器携带了NASA开展研究的暴露于空间环境中的先进材料,因此有民间航天机构推测此次X-37在轨飞行任务至少持续200天。

此次透露试验细节的做法是前所未有的,之前X—37B所携带的载荷和飞行器轨道操作等具体情况均列为美国军方绝密信息。

美国空军退役军官布莱恩强调,X—37B很可能用于侦察和试验重复使用飞行器的制导与防热系统。尽管X—37B的特征之一是具备在轨机动能力和携带有效载荷,但布莱恩认为它不可能用于检查、维修或回收空间目标。

总部设在马萨诸塞州的“关注全球问题的科学家联盟”的科学家劳拉·格雷戈称,公开X—37B任务的部分内容可能是为了减少其神秘性。她对太空新闻网说:“没有充分的说服力说明为什么要在X—37B上开展这些耗资不菲的试验。尽管这种航天飞机不是特别适合作为一种太空武器,但是此飞行器大多数细节仍然严格保密,而且五角大楼似乎一心要继续进行这一项目的研究工作。所以,这似乎仍然是另一些担心太空日益武器化的人们感到紧张的原因。”

考虑到X—37B任务的秘密性,其他国家如何看待这一项目。传统基金会亚洲问题研究中心高级研究员成斌认为,X—37B毫无疑问被认为是一种太空武器。

佛罗里达州立大学政治系的罗杰·汉德伯格的观点是,从美国军方的角度来说,X—37B是“扑克游戏中的一个筹码”。汉德伯格称,从军事角度讲,必须要为所有的偶然性做好准备。

2015年1月5日,美国空间法律和政策破解公司的创建者和负责人迈克尔·里斯特纳撰文《美国战争艺术的一种演练?》,文章称,所有的战争均基于欺骗。关于X-37B用途的大量猜测,如空间轰炸、监视,与其他卫星对接,监视中国的天宫—1,或部署侦查卫星等猜测均不切实际,但隐瞒该项目的真实目的是有好处的。文章称,美国军方不愿意提供相应的透明度,不但是为了保护X—37B在轨执行的特定任务,而且还使地缘政治对手不停地猜测该项目的目的。文章还称,如果X-37B项目的目的是欺骗,误导他国消耗大量的资源以应对这一威胁,那么或许是成功的。

注:传统基金会是美国新右派的主要政策研究机构,该基金会成立于1973年,由约瑟夫·库尔斯和保罗·韦里奇创建,总部设在美国首都华盛顿。库尔斯是美国极右组织约翰·伯奇协会的创始人,里根“厨房内阁”的重要成员之一。

迈克尔·里斯特纳是空间法律和政策破解公司的创建者和负责人,该公司提供关于外层空间安全和研制问题的解决方法。

摘自《国际太空》2015.10
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