美国宇航局的X计划

　　在90年代，美国宇航局在太空飞机技术的研究领域走在前列。这些研究中没有一项计划是用于配合单级发射进入轨道的高超音速再入大气层飞行的。相反，一系列X计划试图测试太空飞机操作的不同方面，从耐热物质、先进推进技术直到不同气象状况下的自动着陆，但是所有计划都没有全尺寸的验证机。

　　 图5：波音公司的X-37，是用于验证飞行器可依据其自身火箭发动机脱离轨道，返回地面机场着陆的这些计划都遵守同样的指导思想：快速发展的原型，无需耗时多年便可签订合同进行验证。这其中象波音公司的X-37和X-40，是用于验证飞行器可依据其自身火箭发动机脱离轨道，返回地面机场着陆的。而洛克希德·马丁公司的X-33则设计用于垂直起飞，在亚轨道高度飞行，然后水平降落在美国机场。轨道科学的X-34是设计用于喷气式飞机发射的火箭飞机，达到8马赫速度后在机场跑道上降落。轨道科学的X-43A，设计用于B-52轰炸机挂载，投放后点燃自身火箭发动机，在坠落至太平洋之前达到10马赫速度。

　　 图6：轨道科学的X-43A设计用于B-52轰炸机挂载，投放后点燃自身火箭发动机，在坠落至太平洋之前达到10马赫速度

　　美国空军在与美国宇航局和航空航天工业部门的合作中是较小的合作伙伴。举例来说，在X-37项目的资金投入上，大概有7500万美元来自波音公司，7200万美元来自美国宇航局，美国空军仅投入1600万美元。尽管在财政方面的投入有限，美国空军还是紧密关注X计划。特别是X-33，看来会推动太空飞机外壳设计的发展，同时给予美国空军一个评价亚轨道空间作战概念的机会。X-33的线性航空穗状发动机是自航天飞机计划的钟状发动机以来的一次重大变革。线性航空穗状发动机设计用于提高推力，特别是在高度大范围变化时也能产生最大推力。

　　 图7：线性航空穗状发动机。对于现有航天飞机、运载火箭的“钟”状火箭发动机来说，由于不同高度大气压力的变化，因此要相应调整不同阶段火箭发动机喷嘴的形状，以使火箭发动机根据不同工作高度、不同工作条件发挥出最好性能。但由于火箭发动机的喷嘴形状无法根据升空时的大气压力变化自动调整，因此只能将其设计为满足特定高度和压力的形状。线性航空穗状发动机则可根据大气压力变化自动调整，图中标有1的箭头所指部分为该发动机的多个喷口，2为喷口喷出火焰内侧的挡板，大气压力会充当外侧“挡板”。这种发动机的优势在于能对大气压力变化自动做出反映，始终发挥最好性能，避免了传统火箭发动机对推力的浪费，而且通过多个喷口还能控制机体的转向。

　　线性航空穗状发动机的试验运行进行得非常顺利。航空穗状发动机项目的主管唐纳德·吉纳沃特对发动机的表现给予了很高的评价：“它不是什么新产品，也没有什么创新概念，但发动机却只经过极少的试验后就达到了满功率，对其作为X-33的发动机来说，我们在项目的第一阶段就已达到或超过了许多重要目标。”

　　在X-33验证机起飞、飞向另一点并着陆的过程中，主要测试将是一系列的亚轨道“飞越”。但是飞越却从未发生。X-33在1999年11月的测试中遭受了挫折，在压力测试中，验证机液态氢燃料箱的复合材料层脱落。2000年秋季签署的一份协议确认X-33计划将持续到2001年3月。但是，燃料箱问题导致的拖延减慢了X-33的工作进程，以后也未能改变它在美国宇航局的优先顺序，许多人都认为单级入轨概念是极为困难的。美国宇航局在2001年3月取消了13亿美元的计划。在华盛顿邮报的采访中，美国宇航局主管丹尼尔·格洛丁表示：“我们将暂停一段时间”。

　　 图8：对X-33进行了压力试验导致其液态氢燃料箱的复合材料层脱落。这张照片摄自1998年，显示的是第一个放在X-33的集成固定装置上的，是一个液态氢燃料箱。美国宇航局在当年3月取消了该计划

　　美国宇航局取消X-33项目的举动，使其面临美国空军重新夺回让给美国宇航局十年之久的太空飞机发展领导地位的挑战。美国空军太空司令部指挥官拉尔夫·E·艾博赫特上将致信美国宇航局主管格洛丁，表示空军想要评估形势并有可能接管X-33计划的后勤支持。据估计完整的X-33原型机价值4亿美元，到2015年发展与测试全尺寸的太空飞机部队可能要耗资30亿至70亿美元。美国宇航局的技术官员塞缪尔·L·万纳瑞对华盛顿邮报表示：“如果对空军没有太大的实际作用，我们没有兴趣在我们的技术项目以外投入资金。”

　　对美国空军而言，X-33计划提出了一个重要的问题。如前文所述，按照美国空军科学顾问委员会的结论，美国空军需要可再用太空飞机是因为“空军将永远不可能依靠现有的航天飞机成为进攻型航天力量。”实际上，太空飞机概念已成为美国空军对未来憧憬的核心部分。美国空军太空司令部和美国空军总部战略计划主管所撰写的远景规划中，都指出新一代的可再用太空飞行器将提供太空控制能力，包括确保发射能力、监视、保护太空资产和防止敌人的作战行动。如果有必要，太空控制将使用极端手段：以航天军事力量打击敌方的太空能力。

　　美国空军计划设想取得太空作战飞行器和太空机动飞行器。太空作战飞行器将是能进入地球低轨道的单级入轨飞行器，或是使用目前的第二级推进器将商务载苛送入地球中轨道或更远的地方。太空作战飞行器将能垂直或按要求发射，将商务载苛送入太空、执行监视或其他类型的战斗支援任务，随后返回地球并进行水平着陆。太空机动飞行器将是一种由可再用发射装置或太空作战飞行器送入轨道后，能够在轨道执行任务的在轨飞行器。太空机动飞行器能够以自身暂时充当卫星或机动执行部署或回收卫星的任务。美国空军表示，这种飞行器将能在太空停留4至6个月，携带从武器到替代卫星的各种载苛。目前，X-33测试了部分将用于日后太空作战飞行器的技术，X-37(X-40A)原型的部分概念则来自太空机动飞行器。(未完待续)