神龍見首不見尾的中國X37 | 晨楓

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9月4日，中國在酒泉衛星發射中心用長徵2F運載火箭成功地發射了一型可重複使用的試驗性太空飛行器。試驗性太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間將按計劃展開可重複使用技術的驗證，為和平利用太空提供技術支撐。這是長徵二號F運載火箭第14次執行發射任務。據稱這是中國的X-37，有可能是神秘的「神龍」計劃的一部分。

9月4日，長徵2F將「可重複使用太空飛行器」送入太空

一般認為，「可重複使用太空飛行器」是指中國的X-37，在概念上近似圖中的美國X-37，好比小型太空梭

用長徵2F發射是因為相比通常的衛星或者飛船來說，載荷翼展超寬，這裡依然是美國X-37

9月4日，中國在酒泉衛星發射中心用長徵2F運載火箭成功地發射了一型可重複使用的試驗性太空飛行器。試驗性太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間將按計劃展開可重複使用技術的驗證，為和平利用太空提供技術支撐。這是長徵二號F運載火箭第14次執行發射任務。

據稱這是中國的X-37，有可能是神秘的「神龍」計劃的一部分。一般認為，這是小型無人太空梭，具有廣泛的軍事用途。不同尋常的是，長徵2F一般專用於載人航天發射，這是第一次用於無人太空飛行器的發射，一般認為是因為「可重複使用太空飛行器」具有較大的翼展。

太空梭是航天史上的很有意義的一段彎路。本意是分兩步走，在不能水平起飛、水平降落的情況下，首先實現垂直起飛、水平降落，通過太空梭的可重複使用來提高空間發射的經濟性。但太空梭的成本實際上高於一次性使用的運載火箭，「挑戰者」號的失敗進一步削減了發射數量，使得用發射數量來攤薄成本的設想都做不到了。「哥倫比亞」號的失事則最終鎖定了太空梭的下馬命運。

但太空梭開創的諸多先進技術留下深遠影響，X-37可以看作無人化和小型化的太空梭。但這不僅僅是低成本太空梭那麼簡單，更重要的是，X-37的重點是探索空氣動力輔助變軌能力。

在沒有空氣的軌道上，只有啟動變軌火箭發動機噴出高速燃氣，用拋射的動量形成反動量，才能實現變軌。衛星就是這麼做的，也因此只有有限的變軌能力，星載燃料是有限的。X-37攜帶的燃料也是有限的，但具有大氣層邊緣的高超音速氣動控制能力後，這就不一樣了。

太空梭是「坐進」大氣層的，而不是一頭「扎入」大氣層的

再入時的氣動狀態很複雜，但更複雜的是激波形狀和熱力學管理

太空梭返回的關鍵技術是通過再入姿態和再入角度實現熱防護。太空梭既不能下降過快而造成機體溫度急劇升高，也不能滑翔時間過長而造成熱量堆集，這兩種情況都會造成機體過熱燒毀。另外，太空梭的實際再入姿態是頭朝上、尾「拖地」，是「坐進」大氣層，而不是一頭「扎入」大氣層。這個姿態用堅固的機體承受大部分氣動負荷和熱負荷，航天員的座艙也處於相對「蔭涼」的背面。為了控制下沉率，太空梭必須周期性地左右搖擺，在橫滾中喪失升力，以便及早降低到較低的高度，所以實際軌跡是S形的下降。

但如果在大氣層邊緣的氣動控制不是用於控制下沉率，而是用於控制再入姿態，結果就不一樣了。太空梭在再入前，要首先尾衝前，啟動火箭發動機，將速度降低到軌道速度以下，利用重力自然下降，然後再調轉姿態到頭衝前，準備再入。如果在再入時刻適當加速，輔以較淺的迎角，可以利用大氣層邊緣的空氣密度差打出水漂。石片打水漂就是利用空氣與水的密度差界面。大氣層邊緣的密度差界面沒有那麼分明，所以太空梭打水漂時是有一定的「下探」的，但最終密度差造成的動壓和浮力還是會把太空梭「託起」反彈，形成水漂。奧妙在於，如果再入時左右不是水平的，而是左高右低，則會在形成向上的反彈力的同時，形成向右的側力，使得水漂帶右轉。左低右高則相反。在打水漂的時候，也可以這樣打出帶拐彎的水漂。實際上，用石片打水漂的時候，側傾角度太大的話，石片在水面上只是劃一下，然後直接沉入水裡了。由於大氣層邊緣的密度差更加漸變，打出帶拐彎的水漂反而相對容易些，但這也只是相對的，在那樣的速度下，沒有什麼事情是容易的。

適當控制石片的左右傾角，可以打出帶拐彎的水漂

再入-拉起也是差不多的原理，在飄起階段加速，可以較容易地重新入軌；如果帶一點橫傾角度，那就可以在打水漂的同時帶拐彎

然而，在打出帶拐彎的水漂後，太空梭的軌跡就完全變了，再度加速入軌，就完成了變軌。由於已經處於亞軌道的高度和速度，再度入軌的燃料消耗並不大，因此藉助空氣動力變軌所需要的燃料消耗比在軌道上直接變軌要低得多。當然，減速到再入速度和重新加速入軌還是要消耗燃料的。有說法空氣動力輔助變軌只需要消耗常規變軌0.5%的燃料，這是太樂觀了，但節約依然是很顯著的。與常規的衛星變軌相比，這簡直是具有「無限變軌」能力了。這也不再是只能可控返回的太空梭，而是軌道飛機了。

軌道飛機的這個「無限變軌」能力在軍事上非常重要。

偵察衛星是現代軍事大國的基本偵察手段。同步衛星對地球是「凝視」的，但距離太遠了。為了抵近偵察以獲得最高的清晰度，偵察衛星一般都在低軌道運行，對地球表面周期性掃描。這就決定了偵察衛星不可能停留在目標上空保持觀察，也具有較長而且相對固定的重訪周期。因此，反衛星偵察的經典方法是掐時間，在衛星過頂的時候隱蔽起來，或者提前駛離偵察衛星的可見區。

偵察衛星好是好，但軌道固定，重訪周期長，容易被對方掐時間反制

在軌道上，軌道飛機與衛星無異，但具有「無限變軌」能力後，軌道飛機可隨時調整軌道，極大地縮短重訪周期，或者2-3架軌道飛機配合，交替飛越，形成準實時監視，這對軍事偵察具有極其重大的意義。這可以在戰爭期間對重點地區保持密集偵察，也可以近乎實時地跟蹤敵方航母。中國一旦具有這樣的能力，與無偵-8等高超音速偵察機相結合，西太平洋上的美國航母就形同裸奔了。變軌也可使得重訪周期不可預測，使得反偵察幾乎不可能。

「無限變軌」也使得「太空戰鬥機」成為可能，X-37的測試項目之一就是「非合作匯合」。說得友善點，這可以是逼近和靠上失能衛星以修復或者帶回；說得火爆點，這可以是抵近摧毀敵人衛星，敵方的空間站也是一樣，甚至直接俘獲敵人衛星，帶回地球。

但在可預見的將來，這個能力只可能針對低軌道衛星。從低軌道返回到大氣層邊緣，打水漂後變軌並重新入軌，這是做得到的。但從中軌道返回並再次入軌，燃料消耗可能就是不可接受的。高軌道的問題更大。

高軌道一般是地球同步軌道，主要是通信衛星。中軌道主要是導航衛星、中繼通信衛星和其他可接受較長重訪周期的衛星。低軌道主要是偵察衛星、大地觀測衛星等。即使只能對付低軌道衛星，軍事意義依然巨大。

但也不能光想好事。從太空梭到X-37，這條路走了30年，X-37首次發射到現在也有10年了，並沒有已經實現空氣動力輔助變軌的報導。X-37計劃始終籠罩在高度機密之中，但軌道上的X-37受到全世界無數天文和航天愛好者日夜跟蹤，有這樣的試驗是無法掩人耳目的。惡魔就在細節之中，最大的惡魔就是高超音速飛行控制和熱防護。

乘波體可以比作滑水，飛行體造成的激波起滑水板的作用

軌道飛機在大氣層內高超音速飛行時屬於乘波體，升力並非來自機翼，而是來自飛行體產生的激波，就像水面上的滑水板一樣。乘波體的難度在於：這不僅是空氣動力學問題，更是空氣熱動力學問題。激波不僅是空氣高度壓縮形成的現象，激波本身也是傳熱體，激波前後的熱力學現象更是高度複雜。這使得氣動控制也不再只是氣動控制了，所以「帶角度的打水漂」只是高度簡單化的描述。

帶角度的打水漂也只是轉向，變軌還涉及到再次入軌，不僅要對準方向，還要站對起點，瞄對角度，算好速度。這一切都使得空氣動力輔助變軌技術高度複雜，需要有深厚的高超音速飛行的技術功底。這是航空航天的前沿，而中國恰好處在領導地位。沒錯，在高超音速方面，中國領先世界，包括美國。

美國倒是在同步研究旋成體和乘波體高超飛彈，但乘波體的HTV-2下馬了，只剩旋成體的AHW

中國已經列裝的東風-17則是如假包換的乘波體

就高超音速飛行體技術而言，旋成體是初級階段，乘波體是高級階段。美國正在發展的高超音速飛彈基本上都在旋成體階段。不一定是簡單錐體，可以是雙錐體，但還是跳不出錐體的大框架。這是因為錐體是軸對稱的，空氣熱動力學處理比較簡單，氣動控制也比較簡單，增加的小型彈翼也相對好處理。但旋成體的升阻比較低，滑翔性能不好。扁平的箭簇形乘波體更好，但乘波體的技術難度也更高。美國的乘波體HTV-2沒有取得預想結果，已經下馬，現在集中力量退而求其次，先把旋成體的AHW搞定。X-37是比HTV-2更加複雜的乘波體，更不容易搞定。在HTV-2失敗的情況下，X-37久久沒有試驗關鍵的空氣動力輔助變軌技術就不奇怪了。

另一個問題是熱防護。軌道飛機在最終返回的時候，熱防護問題與太空梭一樣。在打水漂的時候，氣動加熱時間較短，熱防護問題較小。但每一次空氣動力輔助變軌都是一次氣動加熱的過程。一次性的熱防護問題相對好解決，只要堅持到落地就是勝利，大不了每次重新起飛前大修，太空梭就是這樣的，也因此而發射費用遠遠超過預期。但軌道飛機就沒有這個可能了，必須能經受住反覆的氣動加熱，然後才談得上最後返回。在理想情況下，最後返回也應該不需要大修就能再次出動。這是高得多的熱防護要求。

打水漂造成的氣動過載對結構也是嚴峻的考驗，不能打了幾次水漂後，結構弱化甚至散架。

中國的東風-17是世界上第一種達到實戰狀態的高超音速飛彈，射程更大、技術更先進的高超音速飛彈也時有所聞。這是助推-滑翔彈，採用先進的乘波體，長時間的高超音速滑翔首先需要解決的就是熱防護問題，所以中國在這方面的技術和經驗世界領先。

典型的助推-滑翔彈有一個明顯的躍起-扎猛子-拉起改平的過程

但中國的助推-滑翔彈採用先進的大氣層內直接起滑技術，在高層大氣達到滑翔高度的時候，火箭發動機關機，利用重力自然低頭，然後發動機再次點火，水平加速至起滑速度。傳統的助推-滑翔有明顯的躍起-扎猛子-拉起改平，有外大氣層段和再入問題，中國的大氣層內直接起滑與之截然不同，從軌跡上看，幾乎就是爬升到滑翔高度後直接改平起滑，彈道更地平，軌跡更飄忽，也更難探測和攔截。但這是與軌道飛機的淺再入-飄起不同的。

但躍起-扎猛子是東風21D和東風26C的基本功，這些反艦彈道飛彈都不是簡單再入，而是帶氣動控制的機動再入，具有有限的高超滑翔能力，否則就談不上反艦了。所以中國在再入-拉起方面也有深厚的技術功底。

將這些技術整合起來，並在再入控制上更上一層樓，中國X-37就水到渠成了。但胖子不是一口吃成的。首先需要測試、驗證的是自主水平返回和快速再出動技術，這相當於太空梭本來應該達到的目標。在軌道上的常規變軌也是必須測試和驗證的，再次入軌技術是常規變軌的深度發展。在長期使用中，火箭發動機反覆、可靠地再次啟動也是需要驗證的。然後就輪到驗證空氣動力輔助變軌及相關的可重複使用熱防護、可重複使用高抗過載結構等關鍵技術了。

X-37在軌道上創造了722天的記錄，這其實沒有聽上去那麼了不起。只是在軌道上繞圈子的話，更長時間都沒有問題。中國在1970年4月24日發射的「東方紅一號」衛星現在還在軌道上繼續轉圈子。如果不擔心成為軌道垃圾的話，無人化和採用太陽能供電後，軌道壽命只受變軌機動次數和攜帶燃料量的限制。

太空梭是能釋放衛星的，也能回收衛星，但對較小的軌道飛機來說，這不是主要目的，也缺乏實用價值

作為載具在軌道上釋放衛星也不是主要目的。衛星是「有去無回」的。用長徵2F那樣的大型運載火箭，承受著整流罩內大量空間被浪費的代價，就為了軌道飛機在軌道上釋放衛星，還不如運載火箭直接入軌釋放衛星，可攜帶的衛星的數量、重量和體積更大，一箭多星也是早就成熟的技術。事實上，可回收的運載火箭助推級對降低衛星發射的成本更加有用，美國空間探索公司的「獵鷹」系列火箭已經證明了這一點。軌道飛機變軌後遠距離相繼釋放衛星也需要消耗燃料，同樣可由運載火箭直接做到。軌道飛機在軌道上等候時機再釋放衛星也不是理由，真有這個需要的話，運載火箭最後入軌釋放衛星的載荷級自己就可以成為軌道飛行體，到時候按指令釋放衛星。

「鎖眼11」偵察衛星在裝配車間裡，X-37的小身板根本不可能回收這樣級別的衛星，但小衛星的回收又沒有多少價值

載人發射則是必須有去有回的，用太空梭作為可返回的載人載具是合理的，但無人化後，水平返回都不是最主要的優點。從空間帶回衛星並不是很大的需求，真正昂貴的、有價值回收的衛星的體積很大，在太陽能電池板收回狀態下，「鎖眼」偵察衛星長達19.5米，直徑3米，X-37的貨艙只有2.1米長度，1.2米寬度，差遠了。要能回收「鎖眼」級別的衛星，太空梭的貨艙都不夠，太空梭的貨艙也只有18.3米長、4.6米寬，回收作業是必須要留有空間，不可能剛好能塞進去。把X-37B放大到太空梭的尺度就失去意義了，太空梭就是因為太大而發射成本太高，也因此在技術上無法做到無大修的快速再發射。

用X-37在空間發射反艦或者對地飛彈其實是古老的想法。還在彈道飛彈研發的初期，就有部份軌道武器的設想，就是把飛彈打上去，在軌道上待命，在需要的時候按命令再入攻擊。這在技術上不難實現，也使得飛彈預警幾乎不可能，但違反外層空間非軍事化的國際條約，也根本不需要用到X-37。

用X-37反衛星也一樣，如果沒有軌道飛機的變軌能力，X-37不比反衛星更有效，反衛星本來就是在軌道上緊貼對方衛星伴飛的殺手衛星，在需要的時候按命令最後變軌，實施非合作匯合與引爆。這是蘇聯時代就成熟的技術，用運載火箭打上去同樣比用X-37量大價低。當然，這也是違反外層空間非軍事化條約的，所以蘇聯並沒有真正部署，至少從來沒有承認過。

軌道飛機之所以存在的最大理由是通過空氣動力輔助的「無限變軌」能力。X-37還沒有做到，就看中國的了。有意思的是，新聞通稿中說到的是「技術驗證」，而不是「科學研究」。這一般是指實用化前的最後驗證階段，實用化指日可待。一旦成功，這將是中國空間軍事技術的裡程碑級的成就。當然，對和平利用太空也是有用的。

殲-20的圖片首先在網上流傳時，正式型號並未公布，人們以「黑絲」代稱。現在更慘，人們連樣子都沒有看見，而且只能以中國的X-37代稱。太低調了有時候真使人抓狂。但見首不見尾的神龍有朝一日披露真容的時候，定會帶來驚喜。

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背景簡介：本文來自西西河、愛吱聲、觀察者網的自由撰稿人晨楓，文章2020年9月6發表於微信公眾號 晨楓老苑（神龍見首不見尾的中國X37），風雲之聲獲授權轉載。

責任編輯：孫遠