肖福根

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094）

0 前言

2010年4月22日，美國用“宇宙神-5”型運(yùn)載火箭成功發(fā)射了 X-37B空間飛機(jī)。就在 X-37B發(fā)射之日前半個月即4月8日，美國與俄羅斯簽訂了核武器削減條約；5月26日，美國又用B-52轟炸機(jī)投放了 X-51A飛行器，試驗(yàn)“全球快速打擊的能力”。這一系列事件已引起了世界的震驚，對美國所釋放的戰(zhàn)略意圖有各種猜測和分析。其實(shí)，美國的戰(zhàn)略意圖是非常清晰的，三個事件的戰(zhàn)略意圖各有側(cè)重。美國在核武器削減條約事件上的戰(zhàn)略意圖是因美蘇冷戰(zhàn)對抗而生產(chǎn)儲備了超大數(shù)量的核武器，出于核武器的維護(hù)、技術(shù)更新和銷毀的需要，由此導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)壓力，俄羅斯也面臨同樣的壓力，鑒于此，美國攜俄羅斯提出了裁減核武器的目標(biāo)；另外，美國在核武器上擁有絕對的實(shí)力，只需要維持較少數(shù)量的核武器（筆者認(rèn)為只需要維持?jǐn)?shù)百枚的水平）就可以對敵方構(gòu)成絕對的威懾或毀滅性打擊；再者，美國認(rèn)為目前威脅到自身的因素是恐怖主義和核擴(kuò)散，打著以裁減核武器的幌子凝聚有核國家的力量，試圖阻止像伊朗、朝鮮這些國家發(fā)展核武器。美國在 X-51A飛行器試驗(yàn)事件上的意圖是打造一個武器快速投放的發(fā)射平臺，解決洲際彈道導(dǎo)彈和B-52、B-2轟炸機(jī)到達(dá)速度慢的問題，試圖建立全球快速到達(dá)能力和打擊能力，試驗(yàn)結(jié)果表明X-51A飛行器的飛行速度近6倍音速，如果用其作為核武器的投放平臺，就可以實(shí)現(xiàn)以速取勝和先發(fā)制人的戰(zhàn)略思想，如此看來這個事件與核武器削減事件的戰(zhàn)略意圖存在必然的因果關(guān)系。美國發(fā)展 X-37B空間飛機(jī)的意圖是在太空獲得一種快速、持續(xù)到達(dá)的能力，而不是在空中獲得一種全球快速到達(dá)能力和打擊能力，也就是說其戰(zhàn)略重心是在太空的能力上。航天業(yè)界之外對這些事件的戰(zhàn)略意圖有各種解讀。作為一位航天工作者，如何來看待 X-37B空間飛機(jī)發(fā)射這件事，筆者對此事件透露出的信息進(jìn)行了梳理，對其背后的原因進(jìn)行了分析，提出了一些看法供業(yè)內(nèi)人士參考。

1 X-37B空間飛機(jī)及其試驗(yàn)分析

1.1 X-37B空間飛機(jī)簡介[1]

X-37B是一種可重復(fù)使用的飛行器，而且是一種有翼的無人空間飛機(jī)。X-37B空間飛機(jī)的基本情況如下：

1）長8.8 m，高2.9 m，翼展4.6 m；

2）發(fā)射質(zhì)量約5 t，搭載有效載荷能力為2 000 kg；

3）軌道高度在204～926 km；

4）飛行試驗(yàn)任務(wù)周期為270 d；

5）空間飛機(jī)設(shè)有有效載荷艙，但沒有裝載機(jī)械臂；

6）推進(jìn)系統(tǒng)采用四氧化氮/肼燃料，使之具有更強(qiáng)的空間機(jī)動和離軌能力；

7）空間飛機(jī)入軌后將打開有效載荷艙門，展開砷化鎵太陽電池陣，由太陽電池陣給其供電；

8）利用計(jì)算機(jī)控制自主再入返回，水平著陸，能在30～100 km的臨近空間中作超音速飛行，飛行速度為25Ma（筆者注解：根據(jù)文獻(xiàn)公布的信息，25Ma的飛行速度并沒有指明具體空間領(lǐng)域。眾所周知工作在近地軌道上的航天器飛行速度一般都在25Ma以上，這個數(shù)據(jù)對近地軌道上的航天器沒有什么特別意義。X-51A在大氣層的飛行試驗(yàn)中只獲得了6倍音速的飛行速度，持續(xù)200 s時間就出現(xiàn)了通信問題；而X-37B卻把這個數(shù)據(jù)作為一個重要的飛行驗(yàn)證指標(biāo)，這個速度只有對應(yīng)30～100 km的臨近空間，飛行試驗(yàn)才具有非常重要的意義。故此，筆者把25Ma的飛行速度與30～100 km的臨近空間放在一起來進(jìn)行分析）；

9）采用“宇宙神-5”型一次性運(yùn)載火箭發(fā)射。

1.2 X-37B空間飛機(jī)試驗(yàn)內(nèi)容

有人稱首次飛行的 X-37B空間飛機(jī)為軌道飛行驗(yàn)證器或軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器（OTV）的原型機(jī)，這可能道出了它未來的真正工作戰(zhàn)場。通過各種飛行試驗(yàn)，旨在將其發(fā)展為一種可重復(fù)使用的、有自主駕駛能力的軌道轉(zhuǎn)移飛行器，降低太空進(jìn)入成本，為美國航天戰(zhàn)略目標(biāo)的發(fā)展服務(wù)。為了將 X-37B空間飛機(jī)打造成一種可重復(fù)使用的、低成本的軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器，需要開展如下一系列的飛行試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)：

1）軌道機(jī)動能力的飛行試驗(yàn)；

2）臨近空間超音速飛行再入能力的試驗(yàn)；

3）大氣層自主再入和著陸程序的飛行試驗(yàn)；

4）導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)能力的飛行試驗(yàn)；

5）交會對接能力的飛行驗(yàn)證；

6）空間目標(biāo)的抓取、回收能力的飛行驗(yàn)證；

7）有效載荷或衛(wèi)星的空間布設(shè)能力的飛行驗(yàn)證；

8）在軌維護(hù)維修服務(wù)能力的飛行驗(yàn)證。

首次飛行的 X-37B空間飛機(jī)將根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)的優(yōu)先級，先開展第 1）～4）項(xiàng)的飛行試驗(yàn)，使相關(guān)技術(shù)能力獲得突破，再歷經(jīng)多次飛行驗(yàn)證使這些能力或技術(shù)具有高度的可靠性。美國會在接下來的飛行任務(wù)中，開展第 5）～8）項(xiàng)的飛行驗(yàn)證。這些內(nèi)容已在過去的航天飛機(jī)飛行任務(wù)中得到了充分的驗(yàn)證，非常成熟，只是這些能力是圍繞國際空間站建立起來的。根據(jù)美國的航天戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，除了國際空間站之外，將會在其他軌道空間建立大型基礎(chǔ)設(shè)施，并利用基礎(chǔ)設(shè)施向更深遠(yuǎn)的太空推進(jìn)。大型空間基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需要這些能力以離開空間站向其他軌道空間延伸，而這些能力或技術(shù)的可靠性需要進(jìn)行飛行驗(yàn)證。

1.3 X-37B空間飛機(jī)試驗(yàn)分析及其作用的簡單定位

1.3.1 各種飛行試驗(yàn)分析

1）軌道機(jī)動能力的飛行試驗(yàn)

作為一個軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器，考慮到承擔(dān)各種在軌服務(wù)任務(wù)的需要，具有很強(qiáng)的不同高度的軌道機(jī)動能力至關(guān)重要。在執(zhí)行軌道轉(zhuǎn)移機(jī)動任務(wù)過程中，可能會遭遇到空間碎片或他國航天器撞擊的威脅，要求其具備很強(qiáng)的機(jī)動和規(guī)避能力也是必要的。X-37B作為美國空軍計(jì)劃支持的項(xiàng)目，除了航天應(yīng)用所需的通用能力之外，會給軌道機(jī)動能力賦予其他新的內(nèi)涵，如空間偵察和空間對抗。和平時期，軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器主要服務(wù)于美國航天戰(zhàn)略目標(biāo)的發(fā)展；戰(zhàn)爭時期，可用于空間偵察或用作空間反衛(wèi)星武器的投送平臺。

2）臨近空間超音速飛行再入能力的試驗(yàn)

臨近空間指的是20～100 km范圍的空間區(qū)域。我們知道地球表面上大氣層密度約為1018cm-3，而20～100 km高度范圍的大氣密度降低至1014cm-3左右的水平，X-37B工作的軌道高度（204～926 km）大氣密度降低至約為106cm-3水平。根據(jù)X-37B任務(wù)的需要，要求其在30～100 km的臨近空間作超音速飛行，飛行速度達(dá)到25Ma。從這些數(shù)據(jù)可以看到，臨近空間的大氣密度水平較高，要實(shí)現(xiàn)25Ma的超音速飛行，對火箭發(fā)動機(jī)及其材料的性能、X-37B的高溫?zé)岱雷o(hù)系統(tǒng)性能及其外形空氣動力學(xué)特性、電子設(shè)備的通信等提出了極高要求，需要進(jìn)行多次飛行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)不斷修正驗(yàn)證，使X-37B成為名副其實(shí)的可重復(fù)使用飛行器。如果X-37B的飛行速度在30～100 km的臨近空間能達(dá)到25Ma，并且能夠重復(fù)飛行，那么這個能力的取得將具有劃時代的意義，可能改變美國從地面進(jìn)入太空的方式：可以先用地面的飛機(jī)將攜帶了有效載荷的X-37B（或軌道轉(zhuǎn)移飛行器）運(yùn)送至20 km（甚至30 km）的高空，釋放X-37B，再啟動X-37B的推進(jìn)系統(tǒng)向近地軌道推進(jìn)，不再依賴一次性運(yùn)載火箭的發(fā)射，使地面的發(fā)射真正實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用的發(fā)射，這樣可能會極大地降低進(jìn)入近地太空的成本。對于軍方來說，這個能力又有另外一種應(yīng)用意義，可以與工作在臨近空間的飛艇建立服務(wù)聯(lián)系，在臨近空間的平流層布設(shè)飛艇，戰(zhàn)爭時期還可以利用它在臨近空間的快速到達(dá)能力實(shí)現(xiàn)偵察。

3）大氣層自主再入和著陸程序的飛行試驗(yàn)

這是一項(xiàng)非常重要的飛行試驗(yàn)。通過本項(xiàng)飛行試驗(yàn)和后續(xù)的驗(yàn)證試驗(yàn)，旨在打造一種自主駕駛的無人飛行器。X-37B是一架帶有小三角翼的空間飛機(jī)，其翼展長度只有4.6 m。通過飛行試驗(yàn)和后續(xù)驗(yàn)證試驗(yàn)，如果證明小翼展的空間飛機(jī)能在大氣層滑行，著陸近程時能實(shí)現(xiàn)水平滑行和水平著陸，那么對于載人的航天飛機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)具有重要的價值。而現(xiàn)在的航天飛機(jī)翼展約達(dá)到 24 m，使得其外表面積非常之大，發(fā)射和再入時熱防護(hù)問題非常突出，大量的防熱瓦的使用給整個航天飛機(jī)的可靠性提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)；另外，在空間飛行過程中，也面臨空間碎片撞擊的威脅。由于現(xiàn)在的航天飛機(jī)采用垂直發(fā)射的方式，發(fā)射時不需要通過大的翼展面積提供飛機(jī)的升力；返回再入大氣層時，需要依靠翼展面積穩(wěn)定飛機(jī)飛行姿態(tài)，著陸近程時實(shí)現(xiàn)水平滑行和水平著陸，這種情況究竟需要多大的升力（或翼展面積）才能維持飛機(jī)的水平飛行姿態(tài)，需要通過飛行試驗(yàn)來獲取這些數(shù)據(jù)。如果能把現(xiàn)在航天飛機(jī)的翼展大大地縮小，則對于降低飛行成本和提高飛行可靠性具有重要意義。所以這次小翼展的飛行試驗(yàn)被賦予了重要使命。

4）導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)能力的飛行試驗(yàn)

導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)（GNC）能力至關(guān)重要，它將貫穿于上述飛行試驗(yàn)和接下來的驗(yàn)證試驗(yàn)全過程。在軌道轉(zhuǎn)移機(jī)動過程中，為了可靠地完成各種服務(wù)任務(wù)，需要精確的導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制能力。在臨近空間的超音速飛行中，由于大氣的氣動加熱，對GNC和其他電子設(shè)備的性能造成影響，尤其是氣動加熱所形成的等離子體層，對GNC通信產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至出現(xiàn)“通信黑障”。著陸時，飛機(jī)的各種狀態(tài)信息獲取與判讀、姿態(tài)的修正、航速航向的調(diào)整，將依靠飛機(jī)上的自動駕駛儀、自身陀螺儀、GPS接收機(jī)、高度計(jì)以及飛行程序自動完成。

5）后續(xù)的飛行驗(yàn)證試驗(yàn)

正如前面所述，后續(xù)的飛行驗(yàn)證試驗(yàn)包括交會對接、空間目標(biāo)的抓取與回收、有效載荷或衛(wèi)星的空間布設(shè)、在軌維護(hù)維修服務(wù)等。X-37B設(shè)有有效載荷艙，但沒有裝載機(jī)械臂，所以它的首次飛行不會執(zhí)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在接下來的飛行任務(wù)中，X-37B或其改進(jìn)型將會攜帶機(jī)械臂，完成相關(guān)能力的飛行驗(yàn)證。

美國擬通過一系列的飛行試驗(yàn)與驗(yàn)證試驗(yàn)，使X-37B成為真正意義上的“軌道機(jī)動交通運(yùn)輸工具”。

1.3.2 作用定位

有人將X-37B冠名為“空天飛機(jī)”（此處用雙引號表示其為概念性名詞），并稱之為具有全球快速到達(dá)和打擊能力的武器平臺。筆者完全不贊同“空天飛機(jī)”這種稱謂，也不認(rèn)同對它的作用定位。

如何來鑒別一種飛行器是航空飛機(jī)、飛船（返回式衛(wèi)星）、航天飛機(jī)、空間飛機(jī)和“空天飛機(jī)”？我們可以從它的起飛和著陸的方式進(jìn)行辨認(rèn)。起飛和著陸的方式有下列幾種組合：

1）水平起飛和水平著陸：航空飛機(jī)；

2）垂直發(fā)射和垂直著陸：飛船（返回式衛(wèi)星）；

3）垂直發(fā)射和水平著陸：航天飛機(jī)和 X-37B空間飛機(jī)；

4）水平起飛和垂直著陸：航空母艦上的某些艦載飛機(jī)。

這里并沒有把“空天飛機(jī)”列入到某種組合方式中，筆者認(rèn)為它不是現(xiàn)有的某種飛行器，仍然是一種概念飛行器。所謂“空天飛機(jī)”，從字面上去理解它既是一種航空飛機(jī)，又是一種“太空飛機(jī)”（此處用雙引號意為概念性名詞），兼具航空飛機(jī)和“太空飛機(jī)”的主要能力。航空飛機(jī)是一種能水平起飛/水平降落的、空中水平/垂直自由飛行的、可重復(fù)使用的飛行器；“太空飛機(jī)”是一種能在太空自由機(jī)動穿梭的、具有在軌服務(wù)能力的、可重復(fù)使用的飛行器。目前，現(xiàn)有的任何一種太空飛行器都不具備這樣的綜合能力。“空天飛機(jī)”作為進(jìn)入太空的手段，可能是美國未來發(fā)展的方向。其實(shí)美國一直在致力于這方面的研究工作，為發(fā)展“空天飛機(jī)”進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備工作。從上面簡單分析，不難看出“空天飛機(jī)”屬于水平起飛和水平著陸的方式。

航天飛機(jī)作為美國載人進(jìn)入太空的有效手段，圍繞國際空間站開展一系列的飛行任務(wù)和太空能力的建設(shè)。它是一種垂直發(fā)射/水平著陸的、能在太空作短暫停留的（7～30 d）、可重復(fù)使用的飛行器。

與航天飛機(jī)相比最大的不同是，空間飛機(jī)能在軌長期飛行，并具有極強(qiáng)的軌道機(jī)動能力，X-37B預(yù)計(jì)在軌飛行達(dá)270 d。

因此，將 X-37B稱之為“空間飛機(jī)”或“軌道機(jī)動運(yùn)載器”更為恰當(dāng)和準(zhǔn)確，因?yàn)樗墓ぷ髦匦氖窃谔斩皇强罩校淖饔枚ㄎ皇菫槊绹教鞈?zhàn)略目標(biāo)發(fā)展服務(wù)。特別要關(guān)注的是 X-37B從近地軌道延伸到臨近空間（或從臨近空間延伸至軌道空間）的飛行能力，這種能力的取得具有革命性的意義。作為一種飛行試驗(yàn)驗(yàn)證平臺，所取得的一些技術(shù)能力是綜合的、多方面的，其中某些技術(shù)能力肯定可以服務(wù)于軍事目的。

2 X-37B空間飛機(jī)發(fā)展的背后動因

衛(wèi)星或其他航天器任務(wù)都有具體的空間應(yīng)用目標(biāo)（如通信衛(wèi)星的任務(wù)目標(biāo)是執(zhí)行通信，導(dǎo)航衛(wèi)星的任務(wù)目標(biāo)是執(zhí)行導(dǎo)航、定位和授時）。而X-37B是一種飛行驗(yàn)證器，難以看出它的具體目標(biāo)，發(fā)展的意圖難免讓人猜疑。通過對 X-37B發(fā)展的背后動因（而不是局限于從X-37B本身的角度）分析，來理解 X-37B發(fā)展意圖，又從背后動因分析的結(jié)果再回過頭去理解X-37B的作用定位。

2.1 服務(wù)于美國國家的能力創(chuàng)新戰(zhàn)略

關(guān)于美國的戰(zhàn)略，有學(xué)者研究認(rèn)為可分為4個層級：核心級，重要級，次要級，一般級。為了更好地說明國家戰(zhàn)略與航天戰(zhàn)略的關(guān)系，筆者對美國的戰(zhàn)略提出了如下的劃分。

美國第一層面的戰(zhàn)略（即國家核心戰(zhàn)略）是維持美元的全球支付結(jié)算貨幣地位不受到挑戰(zhàn)；第二層面的重要戰(zhàn)略有保持美國強(qiáng)大的創(chuàng)新能力（或研發(fā)能力）、全球卓越的人才資源優(yōu)勢和絕對優(yōu)勢的全球國防實(shí)力；第三層面的戰(zhàn)略是多方面的，涉及到各個行業(yè)領(lǐng)域，其中航天戰(zhàn)略就屬于第三層面的戰(zhàn)略。只要維持美元的全球支付結(jié)算貨幣地位，美國就能拿他國的錢（發(fā)行國債）來發(fā)展美國的各種能力和軍事實(shí)力，就能夠通過印制美元使外債貶值，無需不斷地創(chuàng)造更多的財(cái)富卻能維持美國人民生活的高水平。只要保持美國強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，就能維持美國在全球的領(lǐng)導(dǎo)能力和領(lǐng)導(dǎo)地位，提升美國對全球事務(wù)的控制力，從而獲得絕對的話語權(quán)。任何一種實(shí)力都沒有像國防實(shí)力那樣有威懾力、遏制或控制力甚至打擊力，基于這種認(rèn)識，美國把發(fā)展全球國防實(shí)力作為優(yōu)先戰(zhàn)略。創(chuàng)新能力和國防實(shí)力的發(fā)展需要一流人才的支持，優(yōu)秀的人才是美國能力創(chuàng)新的動力和源泉，人才強(qiáng)國戰(zhàn)略永遠(yuǎn)是美國的重要戰(zhàn)略之一。

航天戰(zhàn)略屬于美國的支撐性戰(zhàn)略，對美國的能力創(chuàng)新戰(zhàn)略和國防戰(zhàn)略而言是“倍增器” 和“助推器”，通過航天技術(shù)能力和實(shí)力的發(fā)展，可以迅速地、全面地提升美國在全球的領(lǐng)導(dǎo)力和控制力。航天戰(zhàn)略必須服務(wù)于國家的能力創(chuàng)新戰(zhàn)略。美國放棄重返月球的“星座計(jì)劃”的理由一是認(rèn)為其技術(shù)創(chuàng)新程度低，大部分技術(shù)路徑重復(fù)了“阿波羅”計(jì)劃所走過的歷程，完全不符合美國能力創(chuàng)新戰(zhàn)略的要求；二是而且要再花上近半個世紀(jì)的時間重返月球，在這個過程中還會影響其他創(chuàng)新計(jì)劃的實(shí)施；再者，歐洲、日本、俄羅斯、印度、中國等都在瞄準(zhǔn)月球發(fā)展航天技術(shù)，與這些國家為伍去探測業(yè)已登陸的月球，

這與美國追求空間領(lǐng)導(dǎo)力的目標(biāo)相背離。

而 X-37B實(shí)際上是一種空間能力的飛行驗(yàn)證器，共有8項(xiàng)能力的飛行試驗(yàn)，其中4項(xiàng)為創(chuàng)新性能力的飛行試驗(yàn)。從上面的分析可以看出，發(fā)展X-37B符合美國的能力創(chuàng)新戰(zhàn)略。

2.2 服務(wù)于美國航天發(fā)展戰(zhàn)略[2]

美國總統(tǒng)奧巴馬于2010年4月15日在肯尼迪航天中心發(fā)表了講話，指出要通過空間技術(shù)能力的提升獲得美國在空間的領(lǐng)導(dǎo)力，這充分說明了能力創(chuàng)新對美國發(fā)展的極端重要性。美國于2010年通過了航天戰(zhàn)略的調(diào)整，重新確立了發(fā)展目標(biāo)。這次戰(zhàn)略調(diào)整確立了“兩個戰(zhàn)略優(yōu)先”和“兩個重心轉(zhuǎn)向”，所謂兩個戰(zhàn)略優(yōu)先是指空間能力創(chuàng)新戰(zhàn)略優(yōu)先和低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略優(yōu)先，兩個重心轉(zhuǎn)向是指低地球軌道載人航天逐漸轉(zhuǎn)向商業(yè)公司和加強(qiáng)地球氣候的全面監(jiān)測。

2.2.1 空間能力創(chuàng)新戰(zhàn)略

美國實(shí)施新的航天戰(zhàn)略其中一個重要目標(biāo)是提升空間技術(shù)能力。美國新的航天戰(zhàn)略把載人登火星和機(jī)器人行星科學(xué)探測作為發(fā)展空間技術(shù)能力的戰(zhàn)略目標(biāo)。

1）載人登火星計(jì)劃

載人登火星計(jì)劃是一項(xiàng)迄今為止最宏偉的航天工程，美國把載人登火星作為最終目標(biāo)。如果沒有空間技術(shù)能力的重大突破和前往火星途徑的革命性改變，仍沿用現(xiàn)有的技術(shù)載人登火星，那么將要?dú)v時1年多的太空巡航，途中環(huán)境惡劣，最終難以企及火星目標(biāo)。

載人登火星計(jì)劃成功實(shí)施的關(guān)鍵是強(qiáng)大的沿途物資保障能力和縮短飛行時間。正如中國古代的“絲綢之路”，只有沿途有完備的各種物資保障，才能把絲綢、陶瓷等物資運(yùn)送到目的地，前往火星也一樣需要充足的物資保障。為此，需要在空間建立大型的基礎(chǔ)設(shè)施，為載人登火星任務(wù)沿途提供物資保障服務(wù)。筆者于2005年對美國的空間基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃作過跟蹤研究，在該計(jì)劃中提出了許多新概念，其中包括軌道燃料/推進(jìn)劑庫區(qū)、有效載荷庫區(qū)、裝載碼頭等，可以看出美國正在考慮向更遠(yuǎn)深空推進(jìn)的物資保障問題。空間基礎(chǔ)設(shè)施的物資保障除了服務(wù)于深空探測的物資補(bǔ)給之外，還可以給地球軌道上所有的空間活動和空間設(shè)施提供服務(wù)。

X-37B空間飛機(jī)或軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器將在物資保障上擔(dān)當(dāng)主角，在燃料/推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移加注、物資轉(zhuǎn)移、有效載荷的拆裝和布設(shè)等方面發(fā)揮重要作用。這才是 X-37B真正的主戰(zhàn)場，發(fā)展的真正意圖也在于此。X-37B可以伴隨載人火星航天器飛往火星，并在途中完成物資（包括推進(jìn)劑和生活物品等）補(bǔ)給。

隨著空間材料技術(shù)、抗輻射加固技術(shù)和航天器總體設(shè)計(jì)技術(shù)的全面深入發(fā)展，美國航天器的壽命在不斷地提高，其絕大多數(shù)高軌道航天器壽命都在15年以上甚至更長，這說明航天器的“身體條件”很健壯。航天器（尤其是低地球軌道航天器）的壽命主要受制于推進(jìn)劑，如果能及時給這些航天器補(bǔ)給推進(jìn)劑，其壽命將會大大地延長，效能比就會極大提高。通過大型空間基礎(chǔ)設(shè)施和像 X-37B這樣的軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器的建設(shè)，就能完成這樣的使命，為美國的低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略服務(wù)。

如何縮短載人登火星的飛行時間？美國可能在考慮發(fā)展基于空間燃料補(bǔ)給的大推力空間運(yùn)載器。除此之外，美國可能也在考慮通過機(jī)器人行星科學(xué)探測計(jì)劃來探索前往火星的途徑。

2）機(jī)器人行星科學(xué)探測

美國同樣把對太陽系和宇宙科學(xué)的探測作為美國長期發(fā)展空間技術(shù)能力的戰(zhàn)略目標(biāo)。在2011財(cái)年預(yù)算申請報(bào)告中，行星科學(xué)探測任務(wù)的預(yù)算增加僅次于地球科學(xué)探測任務(wù)，比2010財(cái)年增加了 11%，制定了一系列的行星、恒星、小行星和彗星的探測計(jì)劃。機(jī)器人將在這些計(jì)劃任務(wù)中擔(dān)當(dāng)主角，為促進(jìn)人類對宇宙的了解發(fā)揮重要作用。

美國有計(jì)劃設(shè)想在考慮利用機(jī)器人小行星探測計(jì)劃來探索載人前往火星的途徑研究。我們知道在小行星帶上有一些小行星的運(yùn)行軌道的近地點(diǎn)在1.3 AU之內(nèi)（平均日地距離），近火星點(diǎn)的距離更小。如果以這些小行星為“跳板”，正如日本的“隼鳥”號探測器，當(dāng)小行星處于近地點(diǎn)的窗口期，將探測器發(fā)射并著陸到小行星上并隨小行星飛向火星，進(jìn)入到近火星點(diǎn)階段，探測器離開小行星進(jìn)入火星軌道（被火星捕獲）。如此一來，可能會減少重力協(xié)助機(jī)動的次數(shù)，從而縮短飛往火星的時間。

為了延長行星探測器的壽命，X-37B也可以發(fā)揮作用。當(dāng)探測器飛行進(jìn)入近地點(diǎn)時，可以與X-37B交會并完成推進(jìn)劑補(bǔ)給。

2.2.2 低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略

在美國每年的預(yù)算報(bào)告中，我們可以看到有些項(xiàng)目的預(yù)算被調(diào)整，有些項(xiàng)目被取消或中止。由此不難看出成本是美國空間計(jì)劃的一個重要制約因素。美國高度重視進(jìn)入太空的低成本化工作。美國總統(tǒng)奧巴馬在2010年4月15日的講話中指出，發(fā)展低成本進(jìn)入太空的技術(shù)能力是美國空間飛行長期可持續(xù)性發(fā)展的根本。

美國把進(jìn)入太空的能力分為三個層面：從地面進(jìn)入近地軌道的能力，地球軌道之間的穿梭機(jī)動能力和深空推進(jìn)的能力。在目前的情況下（即空間基礎(chǔ)設(shè)施和載人火星飛行計(jì)劃正處于概念研究階段），美國把發(fā)展進(jìn)入太空的能力集中放在地面低成本進(jìn)入近地軌道的能力提升上。而在發(fā)展此能力上，美國選擇了可重復(fù)使用的技術(shù)路徑，這是有別于其他航天大國的發(fā)展之路。與一次性運(yùn)載飛行器相比，可重復(fù)使用的航天運(yùn)載飛行器需要突破更多的關(guān)鍵技術(shù)和能力，包括發(fā)動機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航控制技術(shù)、材料技術(shù)（尤其是防熱材料）等，一旦取得成功，這些技術(shù)能力將會極大地推動國防能力的建設(shè)和發(fā)展。美國通過航天防熱材料技術(shù)成果實(shí)現(xiàn)了空中飛行器（如導(dǎo)彈）的超音速飛行，并且還在持續(xù)致力于這方面的研究，如X-51A和X-37B。美國成功地實(shí)現(xiàn)了垂直發(fā)射/水平著陸的、可重復(fù)使用的發(fā)射，而在水平發(fā)射/水平著陸的、可重復(fù)使用的發(fā)射上仍沒有看到相關(guān)進(jìn)展。盡管如此，筆者依然認(rèn)為美國可能會把發(fā)展水平發(fā)射/水平著陸的、可重復(fù)使用的發(fā)射能力作為一個最高目標(biāo)。美國盡管實(shí)現(xiàn)了垂直發(fā)射/水平著陸的、可重復(fù)使用的發(fā)射，但發(fā)射成本很高，尤其是航天飛機(jī)的發(fā)射成本更是高得驚人，沒有實(shí)現(xiàn)低成本化。如何來降低發(fā)射成本和航天器的研制成本，美國都制定了相關(guān)計(jì)劃，開展了卓有成效的研究。

在低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略實(shí)施中，美國已開始著手地球軌道之間的穿梭機(jī)動能力建設(shè)。在地球軌道之間的穿梭機(jī)動能力建設(shè)上，美國制定了一系列計(jì)劃，如軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器（OTV）計(jì)劃、空間機(jī)動運(yùn)載器（SMV）計(jì)劃、軌道快車（Orbital Express）計(jì)劃、X-37計(jì)劃等等。美國試圖通過一系列低成本計(jì)劃，旨在將進(jìn)入太空的成本由目前的每磅上萬美元降低至每磅千美元水平甚至數(shù)百美元。有人預(yù)言，如果進(jìn)入太空的成本能降至每磅數(shù)百美元水平，將是美國大舉進(jìn)入太空時代的到來。在X-37B的飛行試驗(yàn)中，4項(xiàng)創(chuàng)新性飛行試驗(yàn)都與低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略密切相關(guān)。

除了上述談及的內(nèi)容之外，低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略實(shí)施還包含另一個層面的意義。美國航天戰(zhàn)略的另一個目標(biāo)是太空商業(yè)化或經(jīng)濟(jì)化，即允許美國的商業(yè)公司參與地球軌道航天活動的商業(yè)服務(wù)，這是美國的一個戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)向。而進(jìn)入太空的低成本化就可以服務(wù)于這個戰(zhàn)略重心的轉(zhuǎn)向。2.2.3 近地軌道載人航天活動逐漸向商業(yè)公司轉(zhuǎn)移

近地軌道載人活動向商業(yè)公司轉(zhuǎn)移是美國航天戰(zhàn)略的重要轉(zhuǎn)向。這個轉(zhuǎn)向有多方面的意義：第一，對NASA的職能重新定位，它是美國空間技術(shù)的開拓者和領(lǐng)航者，其職責(zé)旨在打造美國的空間創(chuàng)新能力，探索未知的空間目標(biāo)，確保美國在太空發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)地位。第二，美國讓商業(yè)公司參與近地軌道的航天活動，旨在太空發(fā)展的商業(yè)化或太空經(jīng)濟(jì)化，通過在太空活動中引入競爭（對美國內(nèi)部是要打破壟斷，對美國之外是要建立空間壟斷），不斷壯大美國太空發(fā)展規(guī)模和經(jīng)濟(jì)能力，最終通過這種規(guī)模和經(jīng)濟(jì)能力以達(dá)到太空控制的目標(biāo)。第三，在近地軌道的航天活動中引入商業(yè)公司，可以解決美國在航天發(fā)展中的資金緊張問題（美國政府是現(xiàn)在的航天計(jì)劃唯一投資方）。第四，近地軌道航天活動初期目標(biāo)是瞄準(zhǔn)國際空間站設(shè)施，它是在美國主導(dǎo)下多國合作建立起的大型空間基礎(chǔ)設(shè)施，為美國的各種太空能力建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。美國將繼續(xù)充分利用空間站的技術(shù)研發(fā)能力，為其空間計(jì)劃開發(fā)和驗(yàn)證技術(shù)能力。第五，這次戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向決不僅僅限于近地軌道載人航天活動向商業(yè)公司轉(zhuǎn)移，地球軌道的其他非載人活動也會向商業(yè)公司開放，目的是讓美國建立起規(guī)模的太空經(jīng)濟(jì)和近地空間的控制力。

航天業(yè)內(nèi)人士擔(dān)心商業(yè)公司承擔(dān)載人運(yùn)送服務(wù)的安全性和可靠性。而商業(yè)公司關(guān)注的是風(fēng)險、成本和效益。其實(shí)這不是一個問題，如果是問題，也只是一個管理技術(shù)方面的問題。在引入商業(yè)公司的初期，合作仍然以NASA為主導(dǎo)，按照NASA嚴(yán)格的載人安全性要求，加強(qiáng)對商業(yè)公司的管理，培育商業(yè)公司的太空商業(yè)服務(wù)能力?？梢杂梦覀兯熘脑拋碚f是一個“交鑰匙工程”，通過NASA主導(dǎo)下的合作降低安全性和可靠性的風(fēng)險。為了繼續(xù)降低進(jìn)入太空的成本和風(fēng)險，NASA與商業(yè)公司合作研制更先進(jìn)的運(yùn)載工具，以解決商業(yè)公司的利益關(guān)切。

在這個戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向中，似乎看不到X-37B的角色。但如果我們深入地去分析，則不難發(fā)現(xiàn)X-37B將在此戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向中大有作為，包括空間物資運(yùn)輸、補(bǔ)給、維護(hù)/維修等服務(wù)。作為航天工作者，我們一定要高度關(guān)注這個重大轉(zhuǎn)向，并向國家提出戰(zhàn)略建議。

2.2.4 向地球氣候的全面監(jiān)測轉(zhuǎn)移

從字面上看，這個問題似乎與 X-37B的發(fā)展

沒有必然的聯(lián)系。但由于這個轉(zhuǎn)向是美國航天戰(zhàn)略調(diào)整地重要內(nèi)容，也由于它的極端重要性，所以還是不妨簡單地加以介紹。

全球氣候變暖是全世界矚目和關(guān)注的焦點(diǎn)。美國政府認(rèn)為全球氣候變暖是關(guān)乎子孫后代存亡的大事?？墒怯腥藭枺诟绫竟鶜夂蚍鍟?，美國政府表現(xiàn)為消極的態(tài)度，意欲何為？筆者認(rèn)為這是表面現(xiàn)象，沒有反映出美國真正的意圖，只能說明美國目前在應(yīng)對全球氣候變暖上沒有做好準(zhǔn)備，即相關(guān)的能力沒有建立起來。當(dāng)前控制全球氣候變暖的主要措施是放在減排上，如果迎應(yīng)這種要求，美國的發(fā)展勢必會受到影響，鑒于此，美國沒有在哥本哈根氣候峰會上唱主角。其實(shí)美國并沒有放棄對全球氣候變暖主題的主導(dǎo)權(quán)，可以從美國下面的兩個戰(zhàn)略得到印證。

美國在積極地實(shí)施新的能源戰(zhàn)略和地球氣候全面監(jiān)測戰(zhàn)略。在應(yīng)對全球氣候變暖上，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型是解決氣候變暖問題的關(guān)鍵，地球氣候全面監(jiān)測是手段。美國一旦在上述兩個戰(zhàn)略上取得成功，就會積極地回到世界舞臺，通過制定有關(guān)全球氣候變暖的國際條約，從而達(dá)到控制其他國家發(fā)展速度的目的。如果中國在這兩個領(lǐng)域上沒有取得突破，將會成為最大的犧牲國。筆者在《國際太空》2009年第4期上發(fā)表了題為《由地球氣候變暖引起的對航天發(fā)展的新思考》的文章，針對全球氣候變暖，提出了關(guān)于加強(qiáng)地球氣候空間監(jiān)測計(jì)劃的建議。今天看來，這些建議與美國今天提出的地球氣候全面監(jiān)測計(jì)劃存在許多相似之處。

美國要成為氣候變化研究的世界先導(dǎo)者。通過地球氣候全面監(jiān)測戰(zhàn)略的實(shí)施，增強(qiáng)美國全球氣候變化監(jiān)視和預(yù)報(bào)的能力，重點(diǎn)關(guān)注碳排放、地球冰蓋變化的監(jiān)測，以評價氣候變化及其廣泛影響。為此，制定了一系列的探測計(jì)劃，包括“軌道碳觀測”衛(wèi)星計(jì)劃、“國家極軌環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)”計(jì)劃、“寶瓶座”衛(wèi)星計(jì)劃等。這又是一個重大的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向，其意義難以估計(jì)，可能關(guān)系到一個國家發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)問題，我們同樣應(yīng)該高度關(guān)注。

X-37B作為一種軌道機(jī)動運(yùn)載工具，同樣可以為地球氣候監(jiān)測用的極軌衛(wèi)星提供推進(jìn)劑補(bǔ)給或其他服務(wù)。

2.3 “星座計(jì)劃”取消和國際空間站的運(yùn)行延期意味著什么

小布什政府實(shí)施載人重返月球的“星座計(jì)劃”，宣布國際空間站將在2016年退役。奧巴馬政府對美國的航天發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了全面調(diào)整，其中取消了“星座計(jì)劃”，并將國際空間站的壽命延長至2020年或之后。如何去看待這些事件？如何去看待國際空間站的作用定位呢？這個問題的厘清對于我國載人工程二期、三期的實(shí)施有重要意義。

筆者在2009年第5期《國際太空》雜志上發(fā)表了《美國載人重返月球動機(jī)之我見》的文章。文章的發(fā)表得到了“兩彈一星”功勛專家王希季老院士的肯定，并不吝賜教，給晚輩提出了指導(dǎo)，在此向王老表示由衷的感謝。在文章中，不認(rèn)同月球水冰存在和月球資源開發(fā)之說，駁斥了因美國載人重返月球就意味著地球軌道載人航天終結(jié)的說法，提出了國際空間站在開展低成本進(jìn)入太空和空間應(yīng)用技術(shù)的研究以及組建大型空間應(yīng)用系統(tǒng)的能力驗(yàn)證等方面的更大作用。從提升美國國家能力創(chuàng)新的角度，對載人重返月球的動機(jī)進(jìn)行了分析。今天，奧巴馬政府站在能力創(chuàng)新戰(zhàn)略的角度，放棄了載人重返月球的計(jì)劃，也印證了筆者文章的某些觀點(diǎn)。除了能力建設(shè)之外，載人重返月球的工程價值是什么？可能還需要認(rèn)真地思考。

國際空間站從20世紀(jì)末啟動至今已完成了全面建設(shè)工作，開始進(jìn)入全面運(yùn)行階段。國際空間站投資如此巨大，所建規(guī)模也非常龐大，如果到2016年就停止運(yùn)行，全面運(yùn)行只6年左右的時間，那么其主要定位在哪兒？如果國際空間站主要定位在空間能力的建設(shè)上，那么就沒有必要如此之大的規(guī)模，比較小的規(guī)模也能達(dá)到空間能力建設(shè)的目的。顯然，奧巴馬政府的計(jì)劃調(diào)整給出了這個問題的答案。近地載人航天仍是人類未來載人航天發(fā)展的重心。根據(jù)航天戰(zhàn)略的發(fā)展目標(biāo)，美國將會在其他軌道空間建立用于物資保障服務(wù)的大型基礎(chǔ)設(shè)施。為此，美國需要將圍繞國際空間站已建立的各種空間能力向外延伸，以期將空間能力覆蓋到地球軌道的全空間領(lǐng)域。在向外延伸的過程中，將繼續(xù)以國際空間站這個大型平臺為中心，最大程度地發(fā)揮國際空間站的效能。隨著載人航天活動向商業(yè)公司開放，空間技術(shù)的合作與交流將會日益頻繁，在這種需求推動下，國際空間站將成為一個開放的、科學(xué)技術(shù)研發(fā)的“國際空間實(shí)驗(yàn)室”，甚至考慮利用國際空間站開發(fā)太空旅行活動。即使國際空間站的可靠性和安全性退化到不能用于載人活動，也可以將國際空間站演變?yōu)橐粋€“有效載荷倉儲區(qū)”，用于物資保障的服務(wù)。X-37B迎應(yīng)了這種需求，也初見了美國航天未來發(fā)展的端倪。

國際空間站的運(yùn)行延期為我們觀察載人航天的未來發(fā)展提供了一個難得的視角，應(yīng)積極地跟蹤和研究空間站的發(fā)展動態(tài)，將有助于認(rèn)真審視載人航天的發(fā)展。

2.4 為打造航天飛機(jī)的替代飛行器的需要

航天飛機(jī)發(fā)射失敗的那情景仍歷歷在目，航天飛機(jī)每次發(fā)射前的可靠性維護(hù)任務(wù)繁重而使發(fā)射工作背負(fù)巨大壓力，每次發(fā)射的高昂成本使美國NASA的預(yù)算不堪重負(fù)。自1981年4月12日首次發(fā)射“哥倫比亞號”航天飛機(jī)以來，航天飛機(jī)已運(yùn)行了近30年，面臨上述壓力，美國不得不做出抉擇：決定將航天飛機(jī)的退役推遲到2011年2月。從退役時間的多次變更可以看出美國多有不舍，但這是科學(xué)使然。

由于美國航天飛機(jī)面臨退役，根據(jù)美國與俄羅斯簽訂的合同，在2013年前，美國只好使用俄羅斯的“進(jìn)步號”與“聯(lián)盟號”飛船向國際空間站運(yùn)送貨物和人員。美國擔(dān)心在國際空間站的活動將受制于俄羅斯、載人航天的自主性和領(lǐng)導(dǎo)地位受到威脅，也擔(dān)憂俄羅斯將成為國際空間站的新霸主。

航天飛機(jī)為美國的載人航天和各種空間能力的建立做出了歷史性貢獻(xiàn)。作為人類第一個可重復(fù)使用的載人運(yùn)載器，在技術(shù)上代表了目前載人航天的最高水平，取得的技術(shù)成就包括發(fā)動機(jī)、導(dǎo)航控制、熱防護(hù)等重要領(lǐng)域。但又面臨可靠性和發(fā)射成本的致命問題，迫使其退出歷史舞臺。

出于上述種種因素，迫使美國研發(fā)進(jìn)入太空的新手段，尤其是低成本進(jìn)入太空的先進(jìn)手段。因此，發(fā)展X-37B的背后原因也有航天飛機(jī)退役的因素。在未來很長的時間里，應(yīng)該從航天飛機(jī)退役的視角去觀察美國太空進(jìn)入能力的發(fā)展。

上述這些事件與 X-37B的發(fā)展存在必然的聯(lián)系。不應(yīng)將這些件事件孤立開來，而應(yīng)把這些事件與 X-37B的發(fā)展有機(jī)地綜合起來加以分析，就能把X-37B空間飛機(jī)的發(fā)展動因看個究竟。

3 結(jié)論

1）X-37B不是“空天飛機(jī)”，也不是全球快速打擊平臺，而是一種具有低成本太空進(jìn)入能力的空間飛機(jī)或飛行試驗(yàn)驗(yàn)證器，它的作用定位在空間而不是在空中。通過飛行試驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，旨在打造一個可重復(fù)使用的軌道轉(zhuǎn)移運(yùn)載器。

2）美國政府高度重視能力創(chuàng)新戰(zhàn)略和低成本進(jìn)入太空戰(zhàn)略?？臻g能力創(chuàng)新是美國重大航天計(jì)劃的基本要求，能否以低成本進(jìn)入太空是制約美國航天大發(fā)展的瓶頸。美國一直在致力于低成本進(jìn)入太空能力的建設(shè)。在 X-37B飛行試驗(yàn)中，應(yīng)該高度關(guān)注臨近空間的超音速飛行試驗(yàn)，可能會影響美國從地球進(jìn)入太空的發(fā)射方式。

3）在美國航天戰(zhàn)略調(diào)整中，除了要關(guān)注能力創(chuàng)新計(jì)劃（如載人登火星計(jì)劃）和低成本進(jìn)入太空的計(jì)劃外，特別要關(guān)注航天戰(zhàn)略調(diào)整的“兩個重心轉(zhuǎn)向”，因?yàn)檫@兩個轉(zhuǎn)向具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。美國在近地軌道航天活動中引入商業(yè)公司，旨在建立起規(guī)模的太空經(jīng)濟(jì)和近地空間的控制力；加強(qiáng)地球氣候全面監(jiān)測旨在確立美國在全球氣候變暖控制上的主導(dǎo)權(quán)。這兩個重心轉(zhuǎn)向不僅對美國重要，對其他航天國家的發(fā)展同樣重要。在此，呼吁我國航天工作者們應(yīng)高度重視這兩個重心轉(zhuǎn)向的未來發(fā)展，并采取應(yīng)對措施。

4）應(yīng)正確地看待國際空間站運(yùn)行延期和航天飛機(jī)退役這兩個事件，尤其是國際空間站的運(yùn)行延期。如何去認(rèn)識國際空間站的作用定位，對于審視載人航天的未來發(fā)展有重要意義?！靶亲?jì)劃”的取消使載人航天的重心又回到近地軌道上。基于中國目前的能力現(xiàn)實(shí)，建議中國的載人航天重心放在地球軌道上，做好各種能力的建設(shè)，并利用這些能力去把地球軌道上的事做得更好。至于載人登月和載人登火星，它們的工程價值在哪兒？我們不妨用一個比較長的時間尺度去思考這個問題，可能會給出更符合實(shí)際的答案。

（References）

[1]王景泉.美國軍用空間飛機(jī)發(fā)展概述[J].國際太空,2010(5)： 11-16

[2]王景泉.美國航天戰(zhàn)略面臨重大調(diào)整與轉(zhuǎn)向[J].國際太空, 2010(5)： 33-39