据悉，美国天军将于5月16日进行第六次X-37B轨道验证飞行器飞行试验。此次任务中X-37B将首次在尾部加装服务舱，装载比以往更多的试验设备，携带发射空军学院研制的猎鹰星-8小卫星；将开展两个NASA试验项目，即评估空间环境对选定材料的影响和研究空间辐射对种子的影响；还将开展海军研究试验室的太阳能转换为微波能量并传回地面的试验。
X-37B的每次飞行试验都会引来外界的种种猜测，本文无法破解大家关心的所有“谜团”，仅从在轨机动能力角度对X-37B进行简要粗略分析。
一、空间机动平台的机动能力
在轨机动能力是空间机动平台性能的重要表征之一。近年来，随着航天技术的不断发展，空间安全形势变得日益严峻，对空间机动平台的机动能力、任务灵活性等提出了新的要求，要求其具备更为精确的轨道机动性、灵活自主的空间操作性。作为航天大国，美国在空间机动平台发展方面制定并实施了一系列演示验证计划，其空军、海军、国防部高级研究计划局（DARPA）、国家航空航天局（NASA）等都参与其中。欧洲航天局也设立并实施了有关空间机动平台的发展专项并开展了在轨试验。
国际空间站货运飞船基本上是在同一轨道面实施机动。目前大多数空间机动平台多是在同一轨道面内进行机动。如欧洲自动转移飞行器（ATV）的轨道机动、日本H-2转移飞行器的轨道机动都是在同一轨道面内完成。欧洲ATV被发射进入的轨道高度是260千米圆轨道，轨道倾角为51.6°，日本H-2飞行器的轨道高度为350千米，轨道倾角也是51.6°。这两个飞行器要交会对接的目标是国际空间站，国际空间站的轨道高度在400千米上下，轨道倾角是51.5°。ATV和H-2对接国际空间站的过程中最多只需进行0.1°的轨道倾角改变。
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二、X-37B在轨机动能力理论分析
下面依据轨道机动动力学原理，以及美国马里兰大学、麻省理工学院、美国艺术科学院的物理学家合著的《太空安全物理学》中提出的空间机动平台轨道机动所需速度增量、消耗的推进剂质量、平台质量三者的关系，简要分析X-37B的在轨机动能力。
轨道机动与所需速度变量的关系。空间平台进行轨道机动所需的速度变量（ΔV）是需要消耗大量推进剂获得的。所获得的速度增量大小以及可机动次数的多少取决于所携带推进剂的质量。一般来说，在同一轨道面内，改变轨道形状或高度所需的速度增量较小，而改变轨道倾角即改变轨道平面所需的速度增量较大。表1所示为空间机动平台轨道机动所需的速度变量（ΔV）与轨道高度、倾角的关系，其中Δθ是轨道倾角的变化。
表1 空间轨道机动所需的速度变量
在低地轨道进行一次30°的轨道倾角改变需要4千米/秒的速度增量，相当于平台从400千米近地轨道机动到36000千米高轨道所需的速度增量。
轨道机动与空间机动平台质量及推进剂质量的关系。空间平台进行一次机动需要为其提供一个速度增量ΔV，为了获得ΔV需要消耗一定质量的推进剂，设定需要消耗的推进剂质量为Mp，卫星干重（不包括Mp）Ms，三者之间的关系由“火箭公式”决定，见表2。
表2 在使用常规化学推进剂的情况下，ΔV与Mp/Ms的关系
要产生4千米/秒的速度增量，也就是在低地轨道进行一次30°的轨道倾角改变，空间平台携带的推进剂与空间平台质量之比是2.8:1，即1000千克重的平台需要携带2800千克推进剂才能在低地轨道实施一次30°的轨道倾角改变。表3列出了使用常规化学推进剂情况下，各种空间机动需要消耗的推进剂质量和航天器干重的比值大小。
表3 空间机动所需要消耗的推进剂质量和平台干重的关系
值得注意的是，目前的空间机动平台大多采用化学火箭发动机，而电推进、离子推进因产生的推力小，尚未作为X-37B等机动平台的主动力。
三、几种空间机动平台的
轨道机动能力
下面具体分析几种拥有在轨机动能力的空间机动平台的机动能力。
试验卫星系统-11 采用化学推进，总质量145千克，推进剂质量15千克，即Mp=15、Ms=130。Mp与Ms的比值为0.115，能产生大约0.3千米/秒的速度变量。试验卫星系统-11可以在近地轨道完成一次从400千米轨道到1000千米轨道的轨道高度改变，改变倾角的能力极为有限。
轨道快车服务航天器 采用化学推进，平台总质量952千克，推进剂质量136千克，即Mp=136、Ms=816。Mp与Ms的比值为0.167，能产生大约0.4千米/秒的速度变量。轨道快车服务航天器可完成轨道面内数百千米的高度机动，能够改变很小的倾角。
X-37B轨道验证飞行器 总质量4990千克，推进剂质量1800千克，即Mp=1800，Ms=3190。其中X-37B需要进行离轨操作，还需要一定质量的推进剂。在不考虑返回的情况下，Mp与Ms的比值为0.564，能产生的速度增量在1~2千米/秒之间。在近地轨道2千米/秒的速度增量能够使飞行器轨道倾角改变15°，因此X-37B耗光全部推进剂也只能进行一次倾角不足15°的轨道机动。第六次飞行试验中还要加装尾部服务舱，携带更多试验设备，Mp/Ms值可能更小，机动能力可能还会有所降低。
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四、几点思考
一是本文仅利用《太空安全物理学》中的相关公式和对应关系，对X-37B等空间平台的机动能力进行了简单计算。由于美国军方一直对X-37B高度保密，是否应用了其他种类的推进系统不得而知。因此，目前得出的X-37B等平台的在轨机动能力可能存在一定偏差。
二是在使用化学推进的前提下，X-37B等空间平台的轨道机动主要集中在发射入轨的轨道面内，具有有限的改变轨道倾角的能力。我们通常认为的机动还主要是“上上下下”的机动，想要在轨道上横向游弋，对不同轨道面的敌方卫星进行在轨操作具有较大难度。这与天文爱好者观测到X-37B更多地进行轨道高度改变、轨道倾角改变很少的事实基本相符。
三是关于X-37B军事用途的推测较多，美军方在每次飞行试验前都会说明要进行几项试验，但很少提及其在轨机动能力、在轨操作能力等，这更加引发了外界对其军事用途的推测。美国军方在其原有的军事航天飞机计划（MSP）中曾提出发展空间机动飞行器（SMV），携带通用气动飞行器（CAV）在轨机动至敏感地区上空，实施天对地精确打击。尽管MSP和SMV及CAV计划已经取消，但相关技术发展没有停止，一直有分析认为X-37B是SMV的试验飞行器。美国军方越是保密越给人以想象空间，同时是不是也越发欲盖弥彰呢？
