【航天月报】美国空间飞行器的发展现状及其对太空安全的影响

雪落黄河

2024年第1期（总第31期）

道达智库      2024年1月

美国空间飞行器的发展现状及其对太空安全的影响

前 言

世界标准时间2023年12月29日01时07分，美太空军X-37B太空飞机搭乘SpaceX公司的“猎鹰”重型火箭从肯尼迪航天中心发射升空。这是X-37B的第7次发射，也是首次搭载重型火箭进行发射，说明这次任务旨在进行“突破性”试验和相关技术测试，有可能将首次测试X-37B的高轨道活动能力。除了X-37B，美国还有哪些类似的空间飞行器？其战技性能如何？又将对太空安全产生怎样的影响？



01

空间飞行器的类型及发展现状

与只能沿预定轨道运行、只能使用一次的宇宙飞船不同，空间飞行器通常是指具有成熟的轨道机动系统和反作用控制系统，轨道机动能力很强的一类航天器，有的还可以重复使用，如航天飞机。美国在空间飞行器项目上长期进行研发和秘密测试，技术水平处于全球领先地位。

航天飞机

航天飞机又称“太空梭”，是美国国家航空航天局1981～2011年间运作的近地轨道飞行器，也是世界首款可往返于地面和太空的可重复使用航天运载器。



图1 美航天飞机

航天飞机全长56.14米，高23.34米，由轨道飞行器、外贮箱和固体助推器三部分组成。其中，作为核心部分的轨道飞行器长37.24米，高17.27米，翼展29.79米。航天飞机可进入185～1110千米的近地轨道，速度达2.77万千米/小时，最大载荷为29.5吨，在轨道上可飞行7～30天。

航天飞机自1981年起先后经过4次轨道测试飞行，1982年开始正式执行飞行任务。美国共制作了5架航天飞机，分别为哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号，累计执行任务135次，总时长1322天19小时21分。2011年7月21日，随着“亚特兰蒂斯”号航天飞机安全着陆，美国航天飞机完成了最后一次飞行。

美航天飞机执行过往返、对接、停靠等操作，完成了人员和货物运送、空间试验、卫星发射、检修和回收等任务。

X-37系列飞行器

航天飞机的研发和运行，在航天器领域开辟了一个全新方向，引起了世界各国的竞相追赶。但由于航天飞机的巨大成本消耗、技术难度和安全性等一系列原因，全球除苏联研制成功“暴风雪号”航天飞机外，其他国家的项目或未能实现，或中途停工，美国也在运营航天飞机30年后终止其使用。

在这种情况下，美国转而秘密研发体型更小、耗资更低、功能更加多样的空间飞行器。

X-37系列飞行器源于美国航空航天局1998年的“未来-X”项目，该项目由波音公司承揽，目的是为美军方设计建造用于替代航天飞机的可重复使用运载器。按照项目规划，波音公司设计建造出X-40A飞行器，并成功进行了9次飞行试验，之后以X-40A等比放大120%为基础设计出X-37，并于2004年移交给美军。

截至目前，X-37系列飞行器经历了3次改型，分别是X-37A、X-37B和X-37C，美军已经建造了1架X-37A和2架X-37B，X-37C还处于研发状态，投入轨道运行且技术成熟的型号是X-37B。X-37共经过6次轨道飞行，太空停留时间超过2865天。

X-37B与小型航天飞机类似，但体积只有航天飞机的1/4，速度最高可达2.7万千米/小时，融合了航空器与航天器的特点，可从地面垂直发射进入低地球轨道高度，活动范围是距地面177～800千米，轨道每隔几天重复一次，倾斜度在28°～54°间，“经常携带机密有效载荷”，进行长时间的空间技术实验和测试。



图2 X-37B飞行器与航天飞机对比图

“鹰号”飞行器

除了可在低轨道运行的航天飞机和X-37B，美还在地球同步轨道开展类似项目，已知的有“鹰号”飞行器（Eagle）。与X-37B一样，“鹰号”飞行器也由美太空军中负责轨道作战职能的第9三角洲部队（Space Delta 9）运营管理。

“鹰号”飞行器搭载在改进版的一次性运载火箭上，如Atlas-5，该一次性火箭的主要任务是发射美空军“连续广播增强卫星通信（CBAS）”项目中的军事通信中继实验卫星。“鹰号”以ESPAStar平台为基础，具备发电、主动姿态控制和机动能力以及双向通信能力，设有6个端口，每个端口可安装1个托管或2个可分离载荷，每个端口的最大承重为181kg。在火箭飞行过程中，“鹰号”飞行器作为火箭的一部分脱离出来，成为独立飞行器。



图3 “鹰号”飞行器在Atlas-5运载火箭中的配置示意图



图4 “鹰号”飞行器在轨运行示意图

此外，同样由美太空军第9三角洲部队运营的“天使号”（ANGELS）实验飞行器，也具备在地球静止轨道上自主导航和安全接近目标能力。该飞行器全称为“本地空间自动导航和制导实验计划”实验飞行器，于2014年发射升空。

02

空间飞行器的应用

美国X-37B等空间飞行器普遍具备长期驻轨、机动力强、反应迅速等优势，是遂行航天侦察、通信指挥、空间对抗、远程精确打击等多样化任务的新型太空作战平台。

操作能力

X-37B在低轨道可释放卫星，并与之安全交会。在2020年5月开始的在轨飞行中，X-37B在发射后不久释放了一颗小卫星，随后释放了另一个“小物体”，并持续1天时间与之相距200米距离伴飞。X-37B还测试了美国海军研发的用于将太阳能转化为微波束的光伏射频天线模块（PRAM）。此外，美军于2020年2月11日悄然编录了3颗新卫星USA-295、USA-296和USA-297，外界普遍认为，这3颗卫星很可能由X-37B于2018年8月前秘密部署。

“鹰号”和“天使号”可在中高轨道进行多项操作。“鹰号”飞行器自2018年4月CBAS项目开始实施时起，已将3颗小型卫星部署到地球同步轨道上，用于接近、识别、探测目标航天器，提高美军空间态势感知能力，其中至少有1颗小型卫星（Mycroft，USA-287）与“鹰号”进行了交会和接近操作（2018年5月初）。“天使号”在轨期间也与Delta 4火箭上面级进行过交会操作。

表1 美空间飞行器历次在轨期间的主要操作



应用场景

从X-37B等飞行器的历次操作可以看出，包括X-37B在内的空间飞行器是空间武器发射平台，且本身也是空间武器，空间态势感知和反卫星是其主要职能。

①空间态势感知机动平台。美空间飞行器可根据需要携带多种空间传感器和设备，执行空间态势感知、战略侦察和导弹预警等任务。

②侦察平台。美空间飞行器具备机动能力，可以安全抵近目标卫星或空间站进行掠飞、绕飞或长时间伴飞，其上可搭载侦察载荷，对目标卫星或空间站进行全方位、多手段的侦察和监视。

③太空武器机动运载平台。可携带并发射秘密卫星，由秘密卫星在轨机动执行侦察、打击目标任务；可能搭载激光、微波等定向能武器，干扰、瘫痪或摧毁目标；还可以携带常规武器和核武器，对大气层内的目标进行打击。

④太空作战人员机动运载平台。可以载人进入空间战场，成为太空中的小型空间站，从而使作战人员不再仅凭各种传感器的传导数据来感知战场，而是和航空领域一样可以直接感知，进行临场判断和处置。

⑤“杀手”卫星。可安装机械臂等工具，在太空中直接捕获目标，也可以拆解、破坏目标；必要时还可利用火药等增大打击威力，直接撞向目标。

总之，美国空间飞行器具有巨大的太空作战潜力，将在太空作战中扮演极为重要的角色。

03

对空间安全的影响

近年来，美国不断推动大国间的战略竞争，在太空领域长期进行多项技术的秘密研发和试验，推动了太空军事化进程，挑起了新一轮的军备竞赛。

在空间武器测试方面，美国已经宣布不再进行上升式反卫星试验。美国的声明，不仅意味着美国已经掌握了上升式反卫星武器的全部技术，也很可能意味着在上升式反卫星武器能打击到的低地球轨道空间，美国还掌握着可保持其全面优势的其他技术，空间飞行器可能就是其中一项。

而美国此次使用“猎鹰”重型火箭发射X-37B之所以引起全球广泛关注，是因为“猎鹰”重型火箭可以将27吨重的有效载荷投送到距地面35786千米的地球同步轨道上，而X-37B的发射重量只有4.99吨，也就是说，“猎鹰”火箭完全具备将X-37B投送到更高更远轨道的能力，若此举成功，则意味着美国可往返型空间飞行器将自此进入深空领域。

近年来，美国以维护太空环境安全、防范中俄等国太空威胁为名，持续提高太空作战能力。2019年8月，美国正式建立太空军，并随即发布新版《国防太空战略》，宣布将“建立全面太空军事优势”；成立“第九太空三角洲部队”，专门负责在太空实施监控，必要时发动太空攻击；改建首批太空军基地；推动建设太空军为世界首支“完全数字化部队”；频繁举行“施里弗”“全球哨兵”“太空军旗”等太空实战化演习，并将太空力量融入到各军种大规模演习中……种种行动表明，美国正在急速发展太空实战能力。今年12月15日，美国太空司令部司令吉姆·迪金森（Jim Dickinson）宣布该司令部已具备“全面作战”能力，表明美国用于太空作战的人员、武器装备和计划已经全部部署到位。

当前，美国一马当先，不断推出各种新举措，加速推进“太空军事化”，强化太空力量建设，不断挑战《外层空间条约》构建起的国际太空秩序；还宣称其在太空领域面临巨大威胁，对他国的太空活动横加指责，其目的是以其强大的技术和资金为后盾，谋求太空优势，并遏制其他国家在太空领域的发展。美国的太空活动已引起新一轮的太空军备竞赛，聚焦太空领域的战略博弈将愈发激烈。



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