著陸過(guò)程視頻

不管從外觀(guān)還是降落流程,，X-37B都充滿(mǎn)了航天飛機(jī)的既視感,。唯一的不同在于X-37B僅5噸的發(fā)射質(zhì)量，不到航天飛機(jī)軌道器的四分之一,，因而宇宙神V火箭最簡(jiǎn)單的501構(gòu)型再配合半人馬座上面級(jí)便可輕松入軌,。外觀(guān)上的相似其實(shí)并不是偶然，X-37B是波音幻影工廠(chǎng)X-40試驗(yàn)機(jī)的120%放大版,，而X-40則是NASA“軌道太空飛機(jī)項(xiàng)目”的試驗(yàn)機(jī),，現(xiàn)在大家熟知的“追夢(mèng)者”空天飛機(jī)也是此項(xiàng)目的產(chǎn)物。其實(shí)看名字便能知道此項(xiàng)目致力于研發(fā)航天飛機(jī)的替代品,，X-37B某種意義上來(lái)說(shuō)完全可以視為縮小版航天飛機(jī)II,，NASA夢(mèng)寐以求卻無(wú)法得到的次世代航天飛機(jī)。

此次X-37B降落時(shí),，直播畫(huà)面中已經(jīng)退役的航天飛機(jī)出現(xiàn)在背景中,，新人來(lái)舊人去,，不禁讓人唏噓不已

X-37B構(gòu)造和大小對(duì)比

從左到右：X-37，X-40A,，X-34

這一切還要從航天飛機(jī)誕生時(shí)說(shuō)起,。早在馮卡門(mén)的“火星計(jì)劃”里，便有了可重復(fù)使用航天飛機(jī)的構(gòu)想,。當(dāng)尼克松決定把NASA的重心放在近地軌道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上后,，航天飛機(jī)便成了不二之選。嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),，航天飛機(jī)這一稱(chēng)呼并不準(zhǔn)確,，太空運(yùn)輸系統(tǒng)STS（Space Transport System）才是其本名，整套系統(tǒng)由燃料箱（俗稱(chēng)的橙罐）,，固體火箭推進(jìn)器和軌道器組成,。那怕按照英文里的Space Shuttle翻譯，也應(yīng)叫做太空梭,。航天飛機(jī)這一稱(chēng)呼其實(shí)是包括STS,，X-37B和蘇聯(lián)暴風(fēng)雪號(hào)等在內(nèi)的所有通過(guò)無(wú)動(dòng)力滑翔返回地面的航天器。

STS設(shè)計(jì)的不斷更改

事實(shí)上早在1970年設(shè)計(jì)STS時(shí),，設(shè)計(jì)師們根本沒(méi)有想到這套系統(tǒng)會(huì)用30年,，更沒(méi)想到能用到2011年。在那個(gè)連彩色顯示屏電腦都少有的年代,，STS最關(guān)鍵的可重復(fù)使用軌道器,，其氣動(dòng)設(shè)計(jì)完全由風(fēng)洞測(cè)試數(shù)據(jù)和筆紙勾畫(huà)而成，看似簡(jiǎn)單的大弧形曲面三角翼設(shè)計(jì)可謂是非電腦模擬超高音速氣動(dòng)設(shè)計(jì)的極致,。不過(guò)這一切都隨著電腦技術(shù)的飛速發(fā)展而迅速過(guò)時(shí)，STS卻因各種原因未能搭上電腦技術(shù)這班順風(fēng)車(chē),，以至于到21世紀(jì),，軌道器使用的飛控電腦RAM容量仍然只有1MB，放到現(xiàn)在連一張高分辨率照片都放不下,。

由于沒(méi)有電腦模擬,，軌道器再入時(shí)的溫度數(shù)據(jù)是通過(guò)電子束打擊風(fēng)洞模型計(jì)算出來(lái)的。

軌道器所用的RAM高達(dá)1MB的電腦

（本文中有5幅圖片容量超過(guò)1MB,，所以這個(gè)空間有多大請(qǐng)自行想象）

早在1986年挑戰(zhàn)者號(hào)事故前,，NASA便已在里根總統(tǒng)的支持下開(kāi)始名叫Space Shuttle II（太空梭II）的計(jì)劃用以研究在2000年替代STS的航天載具。挑戰(zhàn)者號(hào)事故加速了此計(jì)劃,，和STS相比,，新版用復(fù)合材料制造的太空梭更輕，同時(shí)位于前端的成員艙還可在發(fā)射失敗時(shí)與航天器整體分離,。太空梭II更強(qiáng)調(diào)人員運(yùn)載能力,，預(yù)計(jì)最大載荷從STS的25噸減為10噸,，但卻能支持11位宇航員長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)。計(jì)劃中比STS使用的RS-25更強(qiáng)大的STME引擎（Space Transportation Main Engine）和比STS固體燃料火箭更強(qiáng)大的STBE助推引擎（Space Transportation Boost Engines）將會(huì)把太空梭II連同燃料箱一起送入近地軌道,，而后通過(guò)STME引擎的二次點(diǎn)火,，讓太空梭II成為一款具備深空探測(cè)能力的航天飛機(jī)。

太空梭II發(fā)射構(gòu)型,，內(nèi)側(cè)橙罐為燃料罐,，外側(cè)橙罐為液體燃料助推火箭。挑戰(zhàn)者號(hào)事故后固體燃料火箭安全性受到嚴(yán)重質(zhì)疑,，導(dǎo)致在太空梭II設(shè)計(jì)中沒(méi)有出現(xiàn),。

略微奇葩的貨艙打開(kāi)方式

成員發(fā)射／在軌逃生系統(tǒng)

發(fā)射上太空梭II也要比STS簡(jiǎn)單。軌道器,，助推火箭,，燃料罐，貨物和人員均采用水平整合后運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射臺(tái)再豎起,，省去STS垂直整合設(shè)施所需的龐大輔助人員,。在飛行性能上，由于燃料罐質(zhì)心,，助推火箭質(zhì)心與軌道器質(zhì)心三點(diǎn)在同一垂直面,，太空梭II發(fā)射時(shí)不會(huì)像STS發(fā)射時(shí)那樣在扔掉助推火箭后整體質(zhì)心向軌道器方向傾斜，因而可省去發(fā)射后的向右滾轉(zhuǎn)動(dòng)作,。同時(shí)太空梭II在扔掉助推火箭和燃料箱后整體質(zhì)心會(huì)向前移,，提升向前飛行動(dòng)量。

太空梭II的軌道器,，因燃料罐和助推均裝于機(jī)身后部,，拋棄后質(zhì)心前移利于繼續(xù)飛行。

STS在拋棄燃料罐后整體質(zhì)心會(huì)后移,，不利于繼續(xù)飛行,。

對(duì)太空梭II的研究一直持續(xù)到90年代中期，不斷升高的預(yù)計(jì)研發(fā)制造費(fèi)用和STS在挑戰(zhàn)者事故后的穩(wěn)定表現(xiàn),，讓太空梭II這個(gè)理論上更加安全強(qiáng)大的替代品只能停留在設(shè)計(jì)圖和概念模型上,。NASA開(kāi)始認(rèn)為STS可以至少使用到2010年，X-40的制造者波音甚至在2001年時(shí)公布了將STS延壽到2030年的計(jì)劃,。盡管如此國(guó)際空間站的建造還是維持了對(duì)可重復(fù)使用載具的需求,，太空梭II從NASA一家的苦心研究變成了由諸多航空航天巨頭公司發(fā)展測(cè)試的“軌道太空飛機(jī)項(xiàng)目”，X-37B的歷史至此開(kāi)始,。

可望卻不可及的太空梭II

然而計(jì)劃永遠(yuǎn)改不上變化,，2003年哥倫比亞號(hào)的事故讓所有STS延壽計(jì)劃都化為泡影。不愿意再冒風(fēng)險(xiǎn)的小布什總統(tǒng)聽(tīng)從了哥倫比亞號(hào)事故調(diào)查委員會(huì)的建議，宣布在2010年國(guó)際空間站建造完畢后STS將全部退役,，替代品“星座計(jì)劃”中的“戰(zhàn)神”火箭將回歸傳統(tǒng)的返回艙設(shè)計(jì),。不過(guò)諷刺的是，波音公司并沒(méi)有浪費(fèi)對(duì)STS的升級(jí)科技,，而是將它們移植到了X-37B上,，造就了這款像極縮小版航天飛機(jī)卻又集合無(wú)數(shù)航天飛機(jī)殘響的太空飛行器。

裝在宇宙神V火箭整流罩里的X-37B

X-37B采用全復(fù)合材料制造,，在機(jī)體壽命,，強(qiáng)度和耐熱性上遠(yuǎn)超STS軌道器，更加優(yōu)化的氣動(dòng)設(shè)計(jì)使其重返大氣速度達(dá)到25馬赫,，高于發(fā)現(xiàn)號(hào)22.68馬赫的最快紀(jì)錄,。更快的速度使X-37B可在200千米至925千米德高度之間飛行，遠(yuǎn)高于STS軌道器600千米的極限高度,。不過(guò)作為一款無(wú)人機(jī),，X-37B最大的特點(diǎn)是采用了精準(zhǔn)度極高的導(dǎo)航系統(tǒng)與自動(dòng)著陸系統(tǒng)，使其能自動(dòng)返航降落至跑道,。STS常被人詬病的原因之一便是軌道器無(wú)法自動(dòng)降落,，也就是說(shuō)不管發(fā)射什么都必須要帶至少兩名宇航員（這也是航天飛機(jī)不得不在首飛中就冒險(xiǎn)載人的原因之一），無(wú)形中增加了發(fā)射價(jià)格,。波音延壽計(jì)劃中STS軌道器要改裝X-37B所用的航電替代那1980年代只有1MB的電腦,，改裝后諸如發(fā)射衛(wèi)星任務(wù)便可無(wú)人完成，給國(guó)際空間站送貨升軌也可省去生命維持系統(tǒng)的空間和質(zhì)量,，提升輸送量降低價(jià)格,。若真如此，STS軌道器的數(shù)量便不會(huì)止步于3架,。

X-37B重返大氣模擬,，所用隔熱瓦片與STS軌道器一致。

另一方面,，作為加壓空間達(dá)74.3立方米的“可回收空間站”STS軌道器,，其在軌時(shí)間卻出奇的短，最長(zhǎng)的STS-80任務(wù)也僅17天15小時(shí),。為何攜帶有充足燃料和強(qiáng)大軌道調(diào)整引擎的軌道器卻無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間在軌停留？答案在軌道器的供電方式上,。

STS軌道器燃料電池

STS軌道器采用燃料電池供電,，及通過(guò)氫氧進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把氫燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置,。每架軌道器攜帶3枚燃料電池,，每枚獨(dú)立工作產(chǎn)生28伏直流電為軌道器上所有電器供電，作為副產(chǎn)品的水則收集后飲用,，或當(dāng)作補(bǔ)給送給國(guó)際空間站,。由于這是軌道器上唯一的電力來(lái)源,，所以真正限制在軌時(shí)間的是電池剩余的燃料量。

燃料電池發(fā)電原理

深知此限制的NASA其實(shí)考慮過(guò)其他的電力來(lái)源,。出于近地軌道和載人安全性的考慮,，軌道器上不可能安裝放射性同位素?zé)犭姍C(jī)，剩下的唯一選擇便是安裝太陽(yáng)能電池板,。由于軌道器貨艙艙門(mén)內(nèi)壁已用來(lái)安裝散熱器,，STS延壽計(jì)劃中軌道器的太陽(yáng)能電池板將會(huì)伸出貨艙外展開(kāi)，再入前折疊收入貨艙或直接拋棄,。哥倫比亞號(hào)事故后此改裝計(jì)劃亦取消,，改為安裝在國(guó)際空間站上的SSPTS裝置（Station-to-Shuttle Power Transfer System），在軌道器與空間站對(duì)接時(shí)把空間站的電輸送給軌道器,。不過(guò)此裝置在2006年的STS-116任務(wù)時(shí)才完成安裝,，次年的STS-118任務(wù)時(shí)首次投入使用，且只有發(fā)現(xiàn)號(hào)和奮進(jìn)號(hào)兩架軌道器具備受電能力,。對(duì)于已在退役路上的STS來(lái)說(shuō),，SSPTS并沒(méi)有從根本上解決電力供給問(wèn)題，更多的是為了延長(zhǎng)和國(guó)際空間站的對(duì)接時(shí)間,。

奮進(jìn)號(hào)上的SSPTS裝置

有趣的是,，STS延壽計(jì)劃中的貨艙外折疊太陽(yáng)能電池板，恰好是X-37B的在軌供電方式,。這套“縮小”版的太陽(yáng)能電池板鋰電池供電裝置,，是X-37B能完成接近兩年在軌時(shí)間的最大功臣。試想一下,，沒(méi)有電池燃料量的限制,，STS軌道器可以不用頻繁再入，也就省去了每次重返大氣層后高昂的檢查維修費(fèi)用,。而軌道器因通用對(duì)接口可互相對(duì)接,，無(wú)人軌道器因此可以為載人軌道器補(bǔ)給物資，如此一來(lái)STS的軌道器將會(huì)是名副其實(shí)的可回收太空空間站,。

X-37B貨艙唯一確認(rèn)的載荷便是可折疊太陽(yáng)能電池板

兩架STS軌道器在軌對(duì)接想象圖

然而這兩項(xiàng)能改變STS命運(yùn)的技術(shù),，卻因各種原因未能實(shí)用，STS最終在2011年7月21日結(jié)束了共計(jì)1322天19小時(shí)21分23秒的飛行生涯,，擁有這兩項(xiàng)技術(shù)的X-37B成為現(xiàn)役航天飛機(jī)這一概念的唯一繼承者,。STS退役后美國(guó)和世界失去的，不僅是批量載人航天的能力,，還有太空衛(wèi)星維修和從太空帶回大質(zhì)量大體積物體的能力,，而后者又對(duì)未來(lái)從太空批量送回開(kāi)采原料至關(guān)重要。迄今為止現(xiàn)役的所有太空返回載具中，只有SpaceX的龍飛船具備可觀(guān)的返回貨物運(yùn)送能力,，不過(guò)最高3噸貨物質(zhì)量和11立方米的空間限制,，遠(yuǎn)不及STS軌道器15噸貨物質(zhì)量和18米長(zhǎng)4.6米寬的貨艙。

拉長(zhǎng)版X-37B（右上）和增粗版X-37B（右下）

在NASA“軌道太空飛機(jī)項(xiàng)目”的宣傳畫(huà)中,，依然可以看到兩款神似拉長(zhǎng)增粗版X-37B的載人航天飛機(jī),。由于X-37B現(xiàn)在已由美國(guó)空軍負(fù)責(zé)，發(fā)射則完全承包給ULA,，“軌道太空飛機(jī)項(xiàng)目”早已不被NASA關(guān)注,，航天飛機(jī)這一理念的發(fā)展現(xiàn)已全部交由私人企業(yè)和軍方管理。如今航天飛機(jī)只剩下X-37B和追夢(mèng)者這兩款,，實(shí)際軌道飛行的則只有X-37B這一只獨(dú)苗,。波音雖然已在2011年公布正在研究可能的預(yù)計(jì)運(yùn)載6名宇航員的X-37C，但隨著波音另一項(xiàng)載人飛船CST-100如火如荼的研發(fā),，X-37C到底有無(wú)足夠研發(fā)人員和經(jīng)費(fèi)離開(kāi)概念設(shè)計(jì)圖,，依然是一個(gè)巨大的問(wèn)號(hào)。

X-37C大小對(duì)比,，左數(shù)第三個(gè)是已經(jīng)退役的航天飛機(jī)

兩種可能的X-37C內(nèi)部構(gòu)造

在返回貨物運(yùn)載量和重復(fù)使用性上都完勝常規(guī)飛船的航天飛機(jī),，究竟能否再次重返航天世界呢？