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神秘的空天飞机
http://www.100md.com 2020年1月15日 《百科知识》 2020年第2期
     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。
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    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。

    ▲ 美国X-37B无人空天飞机

    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。
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    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:
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    (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%。

    ▲ 美国X-37B在轨飞行

    (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。, 百拇医药(沈羡云)