从科学角度看秘密飞行2865天的美国空天飞机：电磁推进是亮点

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出品：太空伊卡洛斯

近日，中国成功发射“可重复使用航天器”引发外界关注，这种航天器与美国的X-37B比较相似，我们对X-37B的科学分析也不难判断，此类航天器到底是做什么用的。

2019年10月27日凌晨3:51，美军第5架次X-37B轨道飞行器降落在肯尼迪航天中心跑道上，在轨飞行时间长达780天。这次任务结束之后，X-37B在轨飞行时间累计达到2865天，波音公司至少制造了2架X-37B进行飞行，证明了这款轨道飞行器具备可重复使用能力。

图注：X-37B是个有翼航天器，意味着能够在大气层内进行飞行

图注：中国成功发射了可重复使用航天器

2020年5月16日，第六架次X-37B发射入轨，这是美国太空军成立之后第一次发射X-37B，此外，参与本次发射任务的机构还有美国防高级研究局（DARPA）和美国空军快速能力办公室。

X-37B持续多年的试飞都处于保密状态，我们并不知道这个飞行器在轨道上做了什么，但随着时间的推移，一些测试项目也浮出水面。

X-37B第一次飞行是在2010年4月，第一架次飞行时间持续224天，第二架次在2011年3月发射，在轨飞行468天。需要注意的是，波音公司造了两架X-37B，分别在前两次飞行中升空，此时并不能检验X-37B的重复使用能力。

第三架次在2012年12月升空，在轨飞行674天，这次飞行首次证明了X-37B具备重复使用能力。

第四架次在2015年5月升空，飞行了718天，执行本次任务的很可能为2011年执行第二架次飞行的X-37B。

第五架次在2017年9月发射入轨，轨道飞行780天，在2019年10月降落。

X-37B前5次任务均没有出现较大的事故和差错，一切都按照既定程序进行。

图注：X-37B的特写

从第四架次以来，美空军对X-37B任务的保密程度有些松动，比如我们知道在第四架次上测试了航天器使用的霍尔推进器，会安装到先进极高频通信卫星上，作为动力使用，该卫星主要为美军及其盟友提供通信服务。第五架次X-37B上安装了结构嵌入式热扩散器II（ASETS-II），这是安装在航天器上的热管控设备。本次入轨的第六架次X-37B，携带的仪器就更多了，更加透明了。

第六架次X-37B第一个任务是NASA进行的材料试验，验证一些材料在太空环境中的变化，此类测试在之前几架次的X-37B上出现过，属于系列化的实验项目。

第二和第三个任务属于两大航天技术测试，如果技术成熟，能再次改变世界科技走向。第二个任务是由美海军研究实验室进行的射频微波能量试验，旨在将太阳能传递到地面上，未来的工程雏形可能是小型轨道发电站，将收集到的太阳能通过射频微波传递到地面。基于电磁场空间的能量传输理论最早应该是特斯拉提出的，能量从发射端到接收端都不需要使用电缆，以电磁波作为载体。X-37B上测试的射频微波能量传输机制属于电磁波无线输能技术，之前美国测试过激光传输，但是效率和安全性没有微波高。微波射频输能适合用于大规模、远程输电，在大气中的衰减程度小，功率容量大等都是微波传输的优点。

图注：X-37B有个载荷舱，可执行多种任务，携带各种小载荷

2007年，英国科学家利用电磁共振原理让两个相距2米的线圈实现了无限输能，点亮了60W的灯泡。2009年，我国四川大学进行了国内首次远距离微波输能实验，距离达到200米。X-37B在轨道上进行微波射频实验，意图就非常明显了，远期力争建造第一座轨道太阳能电站，近期可对卫星进行近距离供能。

第三个任务是释放一颗由美空军研究实验室开发的FalconSAT-8小卫星，重量为136公斤。释放小卫星的操作体现出X-37B最大的一个特点，能够利用载荷舱的空间装载小型设备，在轨道上释放，因此一些媒体依此认为这是X-37B具备军事用途的证据之一。FalconSAT-8小卫星预计在升空之后数天至数周内释放，不出意外的是应该在月底释放到轨道上，这颗小卫星也大有讲究，FalconSAT-8小卫星本身是一个拥有电磁推进装置的航天器，这是一个新的动力模式，推进方式不是依靠化学燃料，而是电磁机制推进，也号称是反重力推进装置。

图注：X-37B的块头也不算很大

电磁推进系统理论上具备让航天器脱离地球大气层的能力，而且不需要携带大量的燃料，因此动力装置可以很轻。我们目前所有的大型火箭虽然可以让航天器进入轨道，但携带了相当于总重量90%的燃料，如果我们前往太阳系的其他天体，毫无疑问要使用电磁推进装置。由于电能可以通过核电池、太阳能获得，电磁推进装置在延续性方面可以做到几乎无限续航力，具备极为诱人的可持续空间飞行的能力。

从军用的角度看，FalconSAT-8小卫星上的电磁推进装置具备雷达隐身能力，电磁推进装置在工作时可利用等离子体包裹机体，形成可吸收雷达波的屏蔽层，具备雷达隐身能力。同时还有不依赖传统燃料进行推进的特点，飞行过程中还能抑制红外辐射的排放。该技术在军民领域都有非常广阔的前景，也是大国竞争发展的科技之一。

图注：电磁推进技术将是未来航天领域重点突破的方向

X-37B项目已经持续整整10年，目前已经演变成一个轨道实验平台，搭载NASA、美空军、太空军的各种实验载荷。从材料领域，延伸到电磁推进、微波射频实验，一步步开启了对未来航天技术的前瞻性研究窗口。这些正在轨道上测试的技术，不仅具备一定的工程化能力，还能改变世界格局，强化美国在太空中的技术地位，都暗示X-37B的作用正在显露出来。

图注：苏联设想的两极入轨空天飞机

按照原计划，X-37B接下来会演变成载人平台，搭载4至6名宇航员，体积也会在一定程度上放大，但随着私人飞船的成熟，X-37B是否会进行有人化升级，仍然是个变数。鉴于X-37B有着强烈的军方背景，在美国成立太空军之后，X-37B会有新的变化，除了载人外，还可能演变为反卫星平台，甚至部署太空武器。X-37B的存在让美国在轨道上有了能进行秘密实验的平台，绕开国际空间站的公众视线，以此X-37B不仅不会消失，还会继续升级，以满足更多在轨实验的需求。