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    别再迷信美军X

    admin 军事军情 2020-09-14 09:30:55 航天器   成功   观察者   酒泉   长征   试验   运载火箭   两天

      最后,从波音X-37B的总工程师Arthur Grantz于2011年发表的文章来看,X-37B及其原型机的设计初衷,是由于航天飞机的轨道飞行时间只有10天左右,无法完成许多需要长时间留轨并返回地面的试验。随着航天飞机退役,联盟号飞船在搭载宇航员后的额外运载能力有限,这种能力缺口变得尤为明显。

      在X-37B的设计中,研究人员也将其与航天飞机,而不是高超音速飞行器对比:

      X-37B是一种很好的热防护验证平台 | 图片来源:Arthur Grantz@Boeing

      因此可以说,X-37B确实不是一种高超音速武器。

      问:X-37B真是太空战斗机吗?

      要回答这个问题,我们先要看一看太空战斗机与大气层内战斗机的区别。

      说起战斗机,我们首先想到的,可能是歼-20或者F-22这样的飞机,它们拥有卓越的气动设计,澎湃的动力,先进的飞控,强大的雷达,还能够像鬼魅般在敌方雷达体系中潜行。

      F-22战斗机 | 图片来源:Rob Shenk

      这样的战斗机,能够轻易改变自己的飞行轨迹和飞行姿态,在战斗中抢占先机。

      但太空战,是一个完全不同的领域。

      在地球轨道上,任何物体的轨道都可以大体看做与地球引力中心的“二体问题”,会有各种小扰动,但是大差不差。航天器的地球轨道可以用六个轨道根数完全表征,又叫轨道六要素。

      图片来源:彭成荣@中国空间技术研究院

      看起来很复杂,其实对太空战斗机来说,核心只有一个:太空作战有自己的轨道,活动范围在几千到几万千米,想要改变轨道就要付出很大的代价。

      与此相比,大气层内战斗机的活动范围只有几十到几百千米,还可以充分利用大气层产生升力。

      大气层内战斗机是战术武器,而太空战斗机的活动范围,是战略级别的。

      自由是要付出代价的。

      物理定律将太空战斗机自由机动、自由改变每一个轨道根数的代价都标好了价格。

      这个价格就是ΔV——速度增量。每一次获得速度增量,都会根据太空战斗机的质量转化为推进剂消耗,并最终累加到发射成本上。

      对于改变轨道高度,改变在轨道面内位置等常规操作而言,太空战斗机和普通卫星并没有差别。

      而对于改变轨道面与地球赤道面夹角——轨道倾角,则需要很大的速度增量,只能在大气层外飞行的普通卫星就要消耗巨量的推进剂。

      也许太空战斗机可以飞入大气层,巧妙利用大气阻力完成轨道倾角的转变?

      我国科学家曾经专门对此进行了模拟仿真,用的就是X-37B的气动模型。

      图片来源:左光(等)@北京空间技术研制试验中心

      结果,大气变轨所需的速度增量反而比普通卫星还多。

      图片来源:左光(等)@北京空间技术研制试验中心

      当然,根据美国的文献,在倾角改变量大于10度时,气动变轨是可以优于传统卫星的冲量变轨的。

      图片来源:Anil V。 Rao(等)@University of Florida

      但仔细一看,气动变轨所需的速度增量依然在1000m/s以上,这对于X-37B的小身板来说,实在是太难为它了。

      问:X-37B是不是太空轰炸机,往其他国家扔核弹头?

      X-37B确实像航天飞机一样,有一个货舱,可以带一些设备,比如太阳帆板、机械臂之类。

      X-37B的货舱 | 图片来源:NASA马歇尔中心

      甚至,X-37B在试验任务中,也确实在轨释放过若干小卫星。

      但X-37B还是需要传统的运载火箭发射,发射准备时间是以天为单位的,既不能与大洋深处潜伏的潜射洲际导弹相比,也不能与大山深处神出鬼没的陆基机动洲际导弹相比——它们的准备时间是以小时,甚至分钟计算的。

      DF-41洲际导弹 | 图片来源:张豪夫@新华社

      退一步说,X-37B从整备到发射入轨,再到飞越敌国进行打击,所需时间有多长姑且不论,其隐蔽性是非常差的。

      举个例子,美国保密程度极高的锁眼系列侦察卫星,就曾经被有心的天文观测者拍摄下来:

      天文望远镜捕捉的KH-12卫星 | 图片来源:Ralf Vandebergh

      一般的天文观测者都可以做到,更何况航天大国。

      只要X-37B入轨,它的轨道就能被确定下来,它可以随便变轨,但是想重新确定它的轨道也不是什么难事。在现代天文跟踪观测体系下,直径10厘米的空间碎片都能被准确跟踪编目,更不用说X-37B了。

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