X-37B在轨780天后成功返回

航空工业成都飞机设计研究所， 四川省 成都市 610091

X-37B项目前后一共经历了5次在轨飞行试验,飞行时间逐次增加。作为美国机密的无人驾驶轨道试验飞行器验证项目，X-37B的军事任务至今仍是一个谜。

X-37B项目发展进程

X-37项目是由NASA在上世纪90年代末提出的，由于缺乏资金，于2004年移交给了DARPA。当时建造了一架X-40A小型进场着陆试验飞行器，空军采用了该设计，这就是波音X-37B空天飞机的原型。X-37B空天飞机长29ft，翼展为14ft，发射重量为11000lb(4990kg)，由“宇宙神”5(Atlas V) 501火箭运载。

X-37B空天飞机于2010年4月首次发射升空，截至目前共发射了五次，第五次(OTV-5)已于近日返回着陆，第六次任务(OTV-6)预计将于明年发射。该轨道试验飞行器首次任务于2010年4月22日发射升空，任务编号OTV-1，224天后降落在加利福尼亚州范登堡空军基地。第二次任务(OTV-2)于2011年3月5日升空，469天后降落在范登堡空军基地。第三次任务(OTV-3)于2012年12月11日发射升空，执行本次任务的X-37B与2010年发射的OTV-1为同一架，共飞行675天，并于2014年10月17日在范登堡空军基地着陆。第四次任务(OTV-4)于2015年5月20日发射，使用的飞行器与第二次任务(OTV-2)为同一架，并在轨道上停留了718天。OTV-4首次降落在佛罗里达州，即该空天飞机目前所处的基地。第五次任务于2017年9月6日发射，完成了为期780天的近地轨道秘密任务后，于2019年10月27日黎明前降落在NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心，美空军尚未明确OTV-5任务使用的是哪架飞行器。

该项目由美空军快速能力办公室(AFRCO)管理，该机构也负责管理诺斯罗普·格鲁门B-21“突袭者”隐形轰炸机项目。美空军宣称，X-37B是美国“最新型、最先进”的再入式航天器，这一地位只有内华达山脉公司的“追梦者”可以挑战。

OTV-4完成718天的神秘飞行任务后返回

2017年5月7日，由波音公司制造的美空军X-37B可重复使用空天飞机在太空飞行了718天后首次降落在佛罗里达州，而非加利福尼亚州。其着陆标志着该轨道试验飞行器第四次飞行任务宣告结束。这也是X-37B首次降落在美国太空海岸，即NASA的肯尼迪航天中心航天飞机着陆场。

2015年5月20日，这架空天飞机从卡纳维拉尔角搭乘联合发射联盟(ULA)的“宇宙神”5(Atlas V)火箭发射升空，进入近地轨道飞行，并携带了多种保密的技术实验结果。返回地球时它从高超声速减速，直到平稳地降落在传统跑道上。美空军发言人称，空军研究实验室(AFRL)、空间和导弹系统中心(SMC)以及空军快速能力办公室使用X-37B研究一种试验性推进系统。

和其他飞行任务一样，美空军也公布了这次着陆，但没有对过去近两年来它在太空开展的活动做出任何解释。媒体上经常流传着关于X-37B进行摄影侦察或者携带武器的猜测，例如太空轨道动能武器钨杆弹。

美国空军没有确认或否认这些可能性，但表示X-37B通常用于新的太空技术的在轨测试。已证实的技术有用于测试洛克希德·马丁公司先进极高频(AEHF)卫星系统上使用的洛克达因公司的XR-5霍尔效应推力器。

X-37B项目经理罗恩·费伦中校在一份声明中称，OTV-4的着陆标志着X-37B项目和美国的又一次成功，此次飞行任务再次创造了在轨续航时间记录，并标志着该飞行器在佛罗里达州的首次着陆。项目方对其表现非常满意，搜集到的数据可用于支持科学界和航天界的研究。第45太空联队司令韦恩·蒙蒂斯准将称，该轨道试验飞行器再次突破障碍，这次在佛罗里达的着陆已经酝酿了几年。

此前的三次飞行任务都是在加利福尼亚州范登堡空军基地降落的，也是在那里发射的，加利福利亚州正好地处美国的另一端，而在佛罗里达州着陆可能会缩短再次出动时间。美空军快速能力办公室主任兰迪·沃尔登称，从同一地点着陆、改装和发射的能力进一步增强了该轨道试验飞行器快速集成和验证新的空间技术的能力。

OTV-5在轨飞行780天后着陆

美空军X-37B空天飞机完成了为期780天的近地轨道秘密任务，并于2019年10月27日降落在NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心，事先官方并未公开此消息。OTV-5于2017年9月7日搭载SpaceX公司的“猎鹰”9火箭发射升空，并于美国东部时间凌晨3点51分降落在航天飞机曾使用过的着陆跑道上。

美空军快速能力办公室主任兰迪·沃尔登在一份声明中称，作为世界上唯一可重复使用的航天器，这一项目不断挑战极限。X-37B此次成功着陆意味着它完成了迄今为止时间最长的飞行，并成功地完成了所有任务目标。

X-37B由可展开的太阳能电池板供电，配备4ft乘以7ft的有效载荷，可选装机械臂。主要作为轨道试验台，用于美空军感兴趣的新技术、仪器和有效载荷的试验，项目的细节是保密的。

兰迪·沃尔登在10月24日的美空军协会早餐会上称，正在进行的实验是为了降低风险，因为这些在太空中使用的物品可能非常昂贵，并对大额采购做好准备或者对航天器未来在太空中的运作有较好了解。

该型无人驾驶的轨道试验飞行器旨在用于垂直发射到近地轨道高度开展长期的空间技术实验和测试。接收到地面指令后，该飞行器可以自主再入大气层，下降并水平降落在跑道上。

美空军指出，X-37B是自NASA的航天飞机轨道器以来第一型能够将实验返回地球进行进一步检查和分析的飞行器，而且X-37B的在轨时间为270天或更长，可以在太空停留的时间更长。

该项目正在测试的技术包括先进制导、导航和控制、热防护系统、航空电子设备、高温结构和密封件、保形可重复使用绝缘材料、轻型机电飞行系统、先进推进系统、先进材料和自主轨道飞行、再入和着陆。

美空军参谋长大卫·戈德芬将军在声明中称，该航天器打破了自身的在轨时间记录并安全返回，是政府和工业界创新合作的结果。

材料科学家不知X-37B的轨道参数

NASA长期致力于评估太空环境对航天器制造材料的影响，参与研究的科学家乐于能得到美空军X-37B秘密项目的帮助，但他们并未被告知波音公司制造的这型可重复使用空天飞机会把最新材料暴露试验带到何处。

马歇尔太空飞行中心的一名材料工程师米拉伊·芬克纳是空间材料暴露和技术创新(Metis)实验的首席调查员，她表示并不知晓X-37B的轨道和高度情况，唯一知道的是会存在原子氧，所以推测在100～1000km范围。

Metis实验是国际空间站材料实验(Misse)的延续，自2001年以来，Misse一直是国际空间站的主要研究内容。公文包大小的托盘安装在空间站的外部，随着空间站在阳光和黑暗中运转，大量的25美分大小的材料样品暴露在原子氧、太阳紫外线辐射以及极热和极寒的腐蚀作用下。

对于米拉伊·芬克纳和她的同事们来说，与X-37B能够提供的在太空中停留的时间相比，其轨道参数并不那么重要。正在进行的暴露实验及其产生的计算机数据库会提醒航天器设计者注意可能损坏昂贵硬件的材料缺陷。

她在分析暴露样品的实验室接受采访时说，地球高层稀薄大气层的原子氧作用于航天器材料类似于“加速生锈”。宇航员利用色码来区分扶手和危险的禁区，但是紫外线辐射会把色码变成统一、无用的棕色。航天器隔热用的保温层在太空中可能会变脆，用于将其固定的尼龙搭扣式钩环紧固件在相对较短的暴露时间后会变质为塑料块。

米拉伊·芬克纳的太空暴露实验经验可以追溯到由航天飞机发射的长期暴露设施(LDEF)卫星时期。据她介绍，20世纪80年代初，科学家以为掌握了聚四氟乙烯会被腐蚀的程度，所以在哈勃望远镜上加装了保护层。LDEF返回后发现，因为大量紫外线照射，腐蚀量高出了一个数量级，然后在任务接近尾声时，大量的原子氧就有机可乘将其几乎完全破坏了。

这些变化是由太阳经历其最小——最大周期时空间环境的变化引起的。在太阳极大期，大气层会膨胀，所以长期的实验可以帮助工程师们根据飞船将要遇到的太空天气来选择材料。超出近地轨道(LEO)的航天器不受长时间暴露于原子氧的影响，但它们面临辐射和其他危险，这些危险在LEO实验中不能捕捉到，必须在地面上进行模拟。

据米拉伊·芬克纳介绍，Misse的实验还发现了因来访飞行器推进器羽流和其他国际空间站外部部件排气造成的材料磨损。对回收的样品进行分析，实验人员还能得知影响样品的环境情况。因此，Metis的研究人员能够在事先不知情的情况下提取原子氧水平、紫外线辐射，甚至样品行进方向的数据。

随着美国航天飞机的退役，X-37B任务提供了一个难得的机会，可从太空回收更多的样品。米拉伊·芬克纳透露，X-37B此次任务(OTV-4)将携带一个回收的Misse阵列执行空军宣称将持续200多天的任务。货运清单上还有一个洛克达因公司为洛克希德·马丁公司A2100卫星制造的霍尔推力器电推进系统。

米拉伊·芬克纳认为，X-37B有剩余空间，因此在寻找其他对飞行实验感兴趣的组织，但口口相传的结果演变成，只要能把东西装载到该飞行器上，X-37B就可以将其带入太空。

X-37B轨道试验飞行器

X-37B轨道试验飞行器改型计划揭晓

在为近地轨道商业货运和载人操作的关键验证作准备期间，波音公司透露了对可重复使用的X-37B轨道试验飞行器进行类似小型航天飞机的增大改型的研究，这些改型返回时可在跑道着陆。

波音公司表示，研究更大的改型用于向国际空间站(ISS)运送物资和人员，目前该型别的飞行试验为更雄心勃勃的增大型奠定了基础。然而，NASA似乎对该改型计划心存疑虑，称之为测试NASA是否感兴趣的“试验气球”。

在X-37B的成功基础上，X-37增大型长度将达到47ft。该研发计划的目标是研发一个更大的货运飞船，作为波音公司的CST-100载人宇宙飞船的备份，以及一个可能的长期使用的载人飞船。这一概念的提出是基于美空军正在进行的X-37B轨道试验飞行器的验证试验。

威廉·葛斯坦迈亚是NASA人类探索和操作部门的副局长，负责该机构的商业载人航天发展计划(CCDev)。他认为商业化的X-37只是一个时机尚未成熟的想法。据他透露，已有两家货运飞船供应商取得了良好进展，在载人方面也进步很大，因此在取得成效之前不会偏离这些方向。他认为，因整个政府的资金有限，X-37增大型只能算是一种试验气球，试探一下政府是否对此方面感兴趣，观察一下是否还能打开其他市场。

葛斯坦迈亚在2011年南非开普敦举行的国际宇航大会(IAC)闭会期间接受《航空周刊》采访时说，使用X-37向国际空间站运送物资或人员唯一可能的情况是“紧急情况下”而其他商业发射方案进展都不顺利。根据CCDev协议，该机构只能在供应商违约或停止工作的情况下才会寻求替代方案。他表示，这些公司的项目价值分析实际上是基于它们拥有的良好的市场份额，该项目需要向国际空间站运送物资，因此需要20公吨的运力，如果放弃这个项目，会削弱运送能力，这样并不好。

NASA已经与波音公司签署了一项CCDev协议，建造具备7座铝制太空舱的CST-100载人太空飞船，并将搭载“宇宙神”5(Atlas V)火箭进入太空。负责这项工作的波音公司官员表示，随着CCDev工作的推进，波音公司将凭借该太空舱继续进入商业载人领域。

波音防务、空间与安全集团副总裁兼太空探索总经理约翰·埃本称，X-37B显而易见是个货运飞船，要把它用作载人太空飞船，还有很多工作要做。在考虑将X-37B作为载人太空飞船时，是采用太空舱还是基于X-37的带翼飞行器，波音公司内部做出了权衡。对固定价格环境下研发带翼飞行器和简单太空舱相关的风险进行了比较后，最终选用了太空舱。

约翰·埃本指出，X-37B发展研究小组作为供应商之一，支持美国内华达山脉公司制造一种升力体载人太空飞船。但这项工作与CST-100工作无关，也与波音的CCDev项目无关。和葛斯坦迈亚一样，约翰·埃本也认为X-37是一个货运飞船的备份，以备在SpaceX公司和轨道科学公司无法研制出其货运飞船的情况下使用。埃本称，基于货运飞船供应商的情况，X-37可能会是将物资运送至空间站的一个真正的短期解决方案。

X-37B的发展研究可以追溯到NASA未用于军用之前的轨道试验飞行器原型，设想分三个阶段构建。第一阶段为29ft长的飞行器，用于飞往国际空间站的验证飞行。按照目前的配置，X-37B装载于带5m(16.4ft)整流罩的“宇宙神”5火箭内发射，能够运载庞大的物品，例如空间站的控制力矩陀螺仪、电池放电和泵组件。

第二阶段将研发165%尺寸的增大型，约47ft长，空间也足够大能将较大的外场可更换单元(LRU)运送到空间站。增大型将验证进出国际空间站的操作，为第三阶段的载人型别奠定基础。波音X-37B项目负责人阿特·甘茨表示，载人型别将能够运送“5到7名宇航员”。

阿特·甘茨在加利福尼亚州长滩举行的美国航空航天学会(AIAA)2011年空间会议上称，下一步是研制一种更大的货运飞船，可以运载和运回国际空间站的大型外场可更换单元，同时消除航天员自主往返近地轨道的风险。

虽然OTV-1飞行的许多细节仍不清楚，OTV-2的情况也很神秘，阿特·甘茨表示X-37B发射初衷是让它作为一个空中测试平台。然而，从飞行器的角度来看，它还成功地验证了从“航天飞机式”轨道自主脱轨、航空制动机动以及在跑道上“软着陆”。试验还验证了X-37B的自主制导、导航和控制系统，机电飞行控制系统和热防护系统。此外，在X-37B在轨的几个月中，美国空军控制人员验证了太阳能机翼的展开以及随后的收藏和回收再利用。