美军X-37B空天飞机侦察监视任务分析

巩义权 谢永杰 牛龙飞 刘刚

（1 国防大学联合勤务学院 2 中国人民解放军32112部队）

2019年10月27日，X－37B第5架次“轨道试验飞行器”（OTV－5）在肯尼迪航天中心自主返回着陆，这次飞行长达780天，打破了上一架次在轨718天的纪录。时隔近7个月后，美国又于2020年5月17日进行了X－37B的OTV－6发射，本次试验飞行器携带的载荷更多，计划开展的空间试验内容更多[1]，预计驻空时间更长。在X－37B进行第6架次发射之际，本文对其前5次发射进行了回顾和总结，并重点分析了其可能承担的空间侦察任务。

1 X－37B项目总体情况

X－37B项目最初为美国国家航空航天局（NASA）的一个技术试验平台，2004年转给美国国防高级研究计划局（DARPA），后又于2006年转给美国空军，旨在开发一种垂直火箭发射、太空机动飞行、机场自主降落、可重复使用的无人驾驶空天飞行器。项目“机群”由2架已知的可重复使用飞行器组成，共完成6次飞行任务，其中OTV－1、OTV－3、OTV－5属 于 同 一 架，OTV－2、OTV－4、OTV－6属于另外一架。这2架在轨试验飞行器均由美国波音公司（Boeing）研制，其外形长8.8m、高2.9m、翼展4.6m，发射质量约5t，可搭载有效载荷约227kg，使用砷化镓太阳电池翼和锂离子充电电池作为能源，由四氧化二氮和一甲基肼作为推进剂。自2010年4月美军首架X－37B OTV－1发射以来，共计有6架次X－37B试验飞行器发射并入轨飞行，除正在进行空间试验飞行的OTV－6外，前5架次累计在轨飞行时间2865天。从前5次飞行情况来看，在轨飞行周期跨度224～780天，每次飞行试验主要目的有所区别。回顾20世纪80年代开始的美国航天飞机计划，共发射“哥伦比亚”（Columbia）、“挑战者”（Challenger）、“发现”（Discovery）、“阿特兰蒂斯”（Atlantis）和“奋进”（Endeavor）5架航天飞机，其轨道飞行器约长37.2m、高17.3m、翼展29.8m。这5架航天飞机共发射135次，总共留轨时间只有352天[2]。

X－37B作为试验平台，根据每次搭载的有效载荷不同，试验内容会发生很大变化，其试验的技术可能包括先进小传感器技术、卫星异变技术（异化卫星结构，改变卫星功能）、通信中继技术等[3，4，5，8]。

通过对比分析，X－37B空天飞机突出特点：一是可天地往返重复使用，具备自主导航控制、高速再入和着陆能力；二是大范围机动变轨，携带多台机动发动机，可快速调整自身轨道高度和倾角；三是可长期在轨运行，能够持续在轨巡航，复飞间隔短，数天甚至数小时后就可再次起飞；四是配备天基模块化多用途平台，每架次可以搭载不同载荷，提供一种“在轨实验室”测试环境，以验证新技术和新组件[4]；五是发射费用低，每次的发射费用仅是航天飞机或一次性火箭的几十分之一；六是灵活性强，可快速机动发射，入轨后择机将小卫星、空间站组件等送入太空轨道，并将其向任何方向发射，且发射不受轨道要求限制，可快速响应太空事件。X－37B集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能在大气层内做高超音速飞行，又能进入太空轨道运行，展现出未来空天战斗机的雏形。

2 X－37B军事用途分析

自X－37B空天飞机发射以来，其执行任务内容属美军绝密，但通过分析X－37B在轨飞行时的成像观测数据，以及国际观测站公开图像，可以推断X－37B主要担负空间侦察监视、空间攻防对抗和空间装备保障任务。

1）空间侦察监视。X－37B具备灵活机动的变轨能力，在轨飞行中每周都会细微调轨，并视情况进行灵活变轨，从而对目标区域反复进行抵近详查，随时掌握作战地区敌情变化。与普通侦察卫星相比，具有更大的灵活性、更广的活动空间、更好的实时性，以及更强的综合侦察能力。同时，通过战时变轨实现应急补网，能够执行灵活多变的临机侦察任务，并且可用于应对拥有一定反卫星能力的国家。搭载的光电、雷达载荷亦可自由地侦察空间轨道飞行器，不受时间和空域限制。

2）空间攻防对抗。全球快速打击和空间威慑一直是美军重点发展的“非核威慑”能力，X－37B将成为支撑这两大能力的重要武器。随着微电子技术发展和武器小型化推进，X－37B可作为多样化天基任务平台，搭载机械臂、激光、微波、动能、导弹等软硬杀伤武器和控制系统，具备战时对他国卫星、各类航天器甚至地球表面目标进行跟踪、干扰、俘获、摧毁等军事行动能力。X－37B既能在外太空巡航，又能通过轨道机动出其不意到达目标上空，甚至进入大气层执行打击任务，将使美军真正实现“两小时全球打击能力”。未来，一旦多架X－37B发射成功，多机在轨飞行将进一步促进美军开展空间操控和太空战战法演练，其作战潜力不容小觑。

3）空间装备保障。作为多功能平台，X－37B亦可装载能源和各种空间装备必要零部件。其搭载的侦察监视设备可以收集或确认其他观测设备发现的空间装备受损情况，经过分析需要装载的零部件和燃料缺口，制定保障计划，完成地面准备，下一架次X－37B入轨后可依次接近待保障装备，开展保障活动。例如，通过在X－37B上开舱释放微小机器人或操作机械臂，可对受损装备进行维修，也可对卫星等进行能源补充，从而延长空间装备服役时间。通过一次发射可以完成多个装备保障任务，极大地提高了效率、节约了成本。

另外，X－37B将深度改变美军航天装备作战试验流程，使新航天装备部件放到太空真实环境下进行试验成为可能，打破了以往航天装备作战试验只能在整装发射后开展的困境，总体上提升了美军航天装备发展效率，降低了成本[6]。

3 侦察监视任务分析

X－37B已展开了近10年的在轨飞行和应用探索，多次试验侦察监视技术及载荷，技术积累比较成熟，具备了较强的侦察监视能力。虽然美军多次强调，X－37B只是试验平台，但这种说法缺乏说服力[7]。因为如果先进侦察载荷或其他先进技术在X－37B上试验取得成功，意味着这些技术最适合的平台一定包括X－37B，甚至能将X－37B集成侦察技术、推进技术、打击武器和通信技术等各种先进技术进行量产，从而形成战斗力。

X-37B 侦察监视技术基础

一是轨道机动。X－37B有成熟的轨道机动系统/反作用控制系统（OMS/RCS），主发动机推力高达29kN，并且能携带足够燃料，具备大范围轨道机动结构基础。已经成功试验轨道面内和异面变轨技术，且不同轨道高度差达到170km[8]。这种能力将使其可以缩短特定目标的重访周期，也可以在1个周期内观察多个不同面星下点，还可以摆脱对手监视，进行隐蔽侦察[9]。这也意味着它可以出现在近地轨道任意合适位置，同时其高精度轨道保持技术为高精度侦察监视提供了稳定平台。

二是先进侦察载荷。X－37B 的实验舱可搭载多种小型观测传感器（质量小于227kg）进行在轨试验，包括雷达、光学、红外和信号/电子侦察等试验设备。这些侦察监视载荷以模块化方式固定在X－37B平台上，方便安装和卸载，实现了小型化，满足实验舱体积和载重限制。与现有侦察卫星不同，X－37B运行轨道较低，在尺寸小型化的同时保持了高精度。当X－37B打开背舱时，这些载荷便可以在空间开展工作。由于可以搭载多种传感器快速发射或机动，因此X－37B 也可以按照“作战响应空间”（ORS）的要求，对一些紧急或作战事件进行快速响应[10]。

X－37B 地球监视活动

当X－37B倒开背舱时（X－37B翻转并以背部朝向地面飞行），其搭载的空间侦察监视载荷可以对地球进行观测。以前两次飞行为例，OTV－1初始轨道高度400km，轨道倾角40°，近圆轨道，在轨期间进行了多次轨道面内机动，飞行试验轨道高度280～450km；OTV－2初始轨道高度325km，轨道倾角42.8°，在轨期间不仅进行了轨道面内的机动，而且还进行了2次异面轨道机动，轨道机动高度为280～333km，近圆轨道。

从OTV－1 和OTV－2 的轨道选择来看，其具有明显的回归特性。这一轨道特性通常有两个作用，一是便于随时返回地面；二是适合于空间对地侦察。特别是OTV－2选择的2天31圈回归轨道，每2天就可重复覆盖同一地区。OTV－1和OTV－2飞行试验初始轨道和机动差异较大，OTV－1初始轨道高度约400km，入轨后进行了5次轨道面内机动，轨道高度差达到170km；OTV－2初始轨道高度约325km，入轨后轨道面内调整量很小，主要是进行轨道维持，使得轨道保持较好的回归性。对于执行高精度对地观测等特殊任务的航天器，轨道保持精度直接影响任务效果。在2011年4月之后，OTV－2轨道半长轴基本保持不变，这使得OTV－2具备高精度对地观测的条件。相比OTV－1，OTV－2飞行试验轨道倾角增加了2°。这一轨道面调整，使得星下点轨迹从OTV－1的覆盖朝鲜大部地区，扩大至OTV－2的覆盖朝鲜全境。同时，该倾角使得X－37B星下点覆盖了中东、朝鲜、伊朗和中国等美国关心的热点地区，进一步印证了OTV－2任务之一是进行高精度对地观测这一推测。

X－37B 空间监视活动

X－37B侦察监视载荷对太空监视工作示意图

X－37B位于低地球轨道，背部舱口朝上打开时，搭载的侦察载荷可以对太空目标进行侦察监视。一是监视高轨目标，这与空间目标监视卫星工作原理类似，因为具备更高的机动性，无论是在侦察距离上，还是在侦察角度上，它比空间目标监视卫星更具有灵活性；二是监视低轨目标，对于超出载荷工作角度范围的侧方位目标，既可以调整姿态使其纳入观察角度，也可以采取抵近详查的方式进行监视。X－37B可以补充空间目标监视系统网络缝隙，也可以直接融入天基空间目标监视系统，甚至多架X－37B组成监视网络，增强美国空间感知能力。

4 总结

对全世界而言，X－37B的活动一直像谜一样充满未知，引发了航天相关从业者的各种猜测。随着对美国X－37B进行持续观测，积累其光学、雷达等目标特性和飞行轨道数据，其机动变轨规律和在轨飞行任务逐步变得明晰。通过对观测数据进行分析可以看出，X－37B飞行活动拥有典型的军事特征，具备成为美军下一代主要侦察监视武器的可能，这将增强美军控制太空能力，甚至会深刻改变未来太空格局，值得各界给予充分关注。