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文/注意者网络专栏作者石豪
科研工作者，航空航天注意者
9月4日，中国在酒泉卫星发射中心成功发射，利用长征2号f火箭成功发射了可再利用的实验航天器。 经过两天的轨道飞行，这艘宇宙飞船于9月6日成功返回预定的着陆场，实验顺利成功。
很多朋友推测是中国版的“x-37b”，这种美国快速发展的小型航天飞机受到了空前的关注。
x-37b和火箭整流罩|图像来源:美国空军
有说法说“x-37b”是一架空中飞机。
据说“x-37b”是超音速武器，最大速度超过马赫25。
另外，“x-37b”是宇宙战斗机/宇宙轰炸机，可以自由改变轨道，可以更迅速地应对，无意中把核弹头扔向敌国。
那么，x-37b真的能承担这些美称吗？
x-37b真的是飞机吗？
要回答这个问题，可以看到“航天飞机”( space shuttle )是如何定义的。
《中国大百科全书(第二版) ·； “航空宇宙卷”，航天飞机的定义如下。
“载人驾驶是在地面和近地轨道之间再利用、往返运送人和比较有效载荷的飞机，兼具载人宇宙飞船和运载工具的功能，用飞机的方法着陆的宇宙系统。 是美国空间运输系统的简称。 ”。
美国空间运输系统spacetransportationsystem(STS )不仅是我们通常知道的“航天飞机”，航天飞机的插件燃料储藏箱和两个固体火箭推进器，也就是航天飞机
航天飞机首次发射任务sts-1 |图像来源: nasa
关于天空飞机，由于没有出现现在采用的型号，现有的《中国大百科全书》中没有收录词条。 另一部权威词典[大辞海·； 天文学地球科学卷》，天空飞机定义如下。
“也称为‘航空航天器’。 兼具飞机、宇航员、宇航员功能的完全可再利用的高度音速载人宇航员。 安装了压缩空气喷射发动机和火箭发动机。 像飞机一样可以在普通机场的跑道上水平起落。 在30公里以上的上空，可以以5~15倍的音速像飞机一样在大气层中飞行。 到达大气层边缘后，火箭发动机点火，宇航员在空间轨道上运行。 完成任务回到地面，经过维护后重新录用。 ”。
学者对天空飞机的定义可能不同，但几个关键点是确定的:天空飞机应该有水平起飞，从大气层内飞入太空的能力。
因此，无论从哪个角度来看，从火箭垂直发射的x-37b都不是“天上飞机”，而是“无人飞机”和“可再利用的无人宇宙飞机”更正确。
x-37b(otv-6任务)发射|图像来源: ula
x-37b真的是超音速武器吗？
根据笔者的考证和推测，这个问题来源于x-37b的前身x-37验证机的技术指标。 “x-37在音速的25倍( 25马赫)的环境下工作，可以在再次进入宇宙和大气层的恶劣环境下测试技术”。
这是美国宇航局马歇尔中心在2003年发表的资料中阐述的。
从2003年开始，可能推测了x-37系列宇宙飞船的实际用途，相关的记述也确实飘忽不定。 特别是近年来我国超音速武器取得重大进展后，人们有可能结合25马赫这一指标，将x-37b与美国darpa的falcon系列超音速飞机结合起来。
falcon超音速验证器系列|图像来源: darpa
但很遗憾，这是误读。 根据nasa的说法，x-37验证器必须承受的环境是轨道飞行和大气层再入。
轨道飞行是指飞行高度在100~120公里以上的冯卡门线，冯卡门线以上的高度空气极其稀薄，当然不适用马赫数这个概念，对宇宙飞船的影响是最长期的阻力累积。
再次进入大气层是很好的理解。 返回卫星、载人飞船和航天飞机在返回地面之前会经历这个过程。 x-37b也不例外。 但是，这个过程是“锤子买卖”，并不像超音速武器那样有“打捞”和“打水”的过程。
美国htv-2超音速飞机的飞行过程|图像来源: darpa
迄今为止，x-37b总共执行了六次任务。 都是轨道飞行任务，时间是半年到两年。 从x-37b的别称“轨道测试机”( otv )也可以看出，x-37b是为轨道飞行准备的，不是相邻空间的超音速飞行。
最后，根据波音x-37b总工程师arthur grantz于年发表的复印件，x-37b及其样机的设计最初，航天飞机的轨道飞行时间只有10天左右，可以进行需要留下长期轨道返回地面的多个实验。 随着航天飞机的退役，联盟号宇宙飞船在搭载宇航员后的额外运输能力有限，这种能力差距尤为明显。
在x-37b的设计中，研究者与航天飞机而不是超音速机器人
x-37b是一个优秀的热防护验证平台|图像来源: arthur grantz@boeing
这是因为x-37b确实不是超音速武器。
x-37b真的是宇宙战斗机吗？
要回答这个问题，我们先来看看宇宙战斗机和大气层内战斗机的区别。
说到战斗机，我们最先想到的可能是歼-20和f-22这样的飞机。 他们可以设计出色的气压，澎湃的动力，先进的飞行控制，强大的雷达，还有鬼魅一样潜行敌人的雷达系统。
f-22战斗机|图像来源: rob shenk
这样的战斗机可以简单地改变自己的飞行轨迹和飞行姿势，在战斗中切断先发制人的飞机。
但是宇宙战争是完全不同的行业。
在地球的轨道上，任何物体的轨道大致都可以看作是与地球重力中心的“二体问题”，虽然有各种各样的小干扰，但没有很大的差异。 航天器的地球轨道可以用6个轨道根数完全表现，也被称为轨道6要素。
图片来源:彭成荣@中国空间技术研究院
看起来又多又杂，其实对宇宙战斗机来说，核心只有一个:宇宙作战有自己的轨道，活动范围是几千到几万公里，改变轨道需要很大的代价。
对此，大气层内战斗机的活动范围只有几十到几百公里，完全可以利用大气层产生升力。
大气层内战斗机是战略武器，宇宙战斗机的活动范围是战术层面。
自由要付出代价。
物理法则使宇宙战斗机自由机动，为自由改变轨道根数的代价定价。
这个价格是δv―速度增量。 每次得到速度的增量，都会根据宇宙战斗机的质量转换为推进剂的消耗，最终加在发射价格上。
在改变轨道高度、改变轨道面内的位置等通常操作中，宇宙战斗机和通常的卫星没有差异。
要改变轨道面与地球赤道面所成的角即轨道倾斜角，需要大幅度增加速度，只有在大气层外飞行的通常卫星会消耗大量的推进剂。
宇宙战斗机也许能飞入大气层，巧妙地利用大气阻力来实现轨道倾斜角的变化？
我国科学家对此进行了专门的模拟，使用了x-37b的气动模型。
图片来源:左光(等) @北京空间技术研究开发试验中心
结果，大气轨道变更所需的速度增量反而比通常的卫星多。
图片来源:左光(等) @北京空间技术研究开发试验中心
当然，根据美国文献，倾斜角的变化量大于10度时，空气轨道优于以前传来的卫星的力积轨道。
图片来源: anil v. rao (等) @university of florida
但是，仔细看，滑轨所需的速度增加量依然在1000m/s以上，对x-37b的小体来说很难。
x-37b是宇宙轰炸机，向其他国家投掷核弹头吗？
x-37b确实像航天飞机一样有货舱，拥有太阳能面板和机械臂等设备。
x-37b货舱|图片来源: nasa马歇尔中心
另外，x-37b在实验任务中也在轨道上发射过几颗小卫星。
但是，x-37b需要发射以前传来的火箭，发射准备时间以天为单位，与潜藏在大洋深处的潜在洲际导弹相比，与神出鬼没在大山深处的陆基洲际导弹相比，准备时间为小时，分钟无法计算。
df-41洲际导弹|图像来源:张豪夫@新华社
退一步说，x-37b从维修到发射，越过敌国打击，需要多长时间暂且不说，其隐蔽性非常差。
例如，美国保密度极高的锁眼系列侦察卫星被有心的天文观测者拍摄。
天文望远镜捕捉到的kh-12卫星|图像来源: ralf vandebergh
通常的天文观测者都会。 更何况是宇宙大国。
x-37b进入轨道后，其轨道明确，可以自由改变轨道，但重新明确轨道并不难。 在现代天文跟踪观测系统中，直径10厘米的空间碎片被正确地跟踪和目录化，不用说x-37b。
是的，发现意味着破坏。
恕我直言，打x-37b轨道的目标在印度也可以。
年印度反卫星实验|图像来源:印度政府
再退一步，即使x-37b能上轨道直接打击别国，为什么不用洲际导弹呢？ 洲际导弹在中段的检测性很低，现在中段的反导依然是世界性的课题。
再退一步，如果美国想迅速发展“轨道轰炸机”，可以在轨道上飞行，同时飞越敌国发射核弹头。 为什么不用大型卫星平台和弹道导弹的多弹头搭载平台呢？ 为什么这一举把“轨道轰炸机”放回地面，还能额外支付进入大气层所需的耐热成本呢？
如上所述，无论是“宇宙战斗机”还是“宇宙轰炸机”，对x-37b来说都是鸡肋的属性。
是的，但是没有必要。
x-37b对中国的启示
航天飞机曾经是美国航空航天技术的骄傲，是美国的国家象征。 美国开创了“航天飞机”这个行业，多年来一直处于领先地位。
但是，技术上的伟大成就无法掩盖航天飞机没有达到“进入宇宙降低价格”的初衷的不自然。 14名宇航员的牺牲是全人类航天事业的灾难。
作为旁观者，我们对航天飞机功绩的成败有科学、客观的理解。
作为追求，我们对航天飞机和相关技术的先进性也有同样深刻的认识。
从某种意义上来说，x-37b可以说是航天飞机的精神持续之作。
但是，像航天飞机一样，我们不能对x-37b有超过自己能力的现实崇拜。 即使有，也不会在科学的分解论证下攻击自我破坏。
在科学技术方面，我们也要充分认识到中国基础的脆弱性。
基础的薄弱是从旧中国继承下来的，我们改变不了历史。
但这意味着我们应该付出越来越多的努力，追赶基础良好的“世界领导水平”。
别人握着的，我们也要掌握。 其他人发展迅速成熟，我们必须更快赶上，弥合差距。
没有技术和有技术不是什么问题。
再者，别人没有掌握，我们可以通过创新来掌握。 没有其他人，我们也有。
我们一定也在。
df-17导弹|图像来源:中央广播电视总台
原标题:“天上飞机，高音速武器？ 不要再迷信美国x-37b了”
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