美军X-37B第八次升空执行任务:携尖端技术测试 凸显对SpaceX依赖

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8月22日,美国太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰9”号运载火箭从肯尼迪航天中心顺利发射,将美军X-37B轨道试验飞行器成功送入预定太空轨道。

作为航天领域备受瞩目的神秘航天器,X-37B的每次发射与返回都会吸引全球目光,此次第八次发射任务亦不例外。那么,这架被外界称为“太空战机”的飞行器,此次再度奔赴太空将执行哪些关键任务呢?

准备第八次发射的X-37B。

重点测试激光通信和量子导航技术

X-37B飞行器的日常在轨操作由美国太空军第九三角洲部队下属的第五空间作战中队与空军快速能力办公室协同负责。

本次任务是X-37B的第八次在轨飞行(OTV-8),任务编号为USSF-36,美国军方尚未披露其具体在轨时长。此前,第七次任务的X-37B于今年3月返回地球,在轨时间达434天;而最长在轨记录则由第六次任务创造,从2020年5月17日至2022年11月12日,共计908天。

回顾历史任务,X-37B此前的在轨时间分别为:780天(2017年9月7日至2019年10月27日)、718天(2015年5月20日至2017年5月7日)、674天(2012年12月11日至2014年10月17日)、468天(2011年3月5日至2012年6月16日)以及224天(2010年4月22日至2010年12月3日)。

根据美军公开信息,此次X-37B将开展一系列广泛的技术测试与试验,核心包括激光通信技术以及太空中性能领先的战略级量子惯性传感器。任务合作方涵盖空军研究实验室与国防创新单位。

激光通信作为一项广为人知的尖端技术,以光子为信息载体,利用高频光波传输数据,其传输速率可比传统射频通信提升10至100倍,堪称通信领域从“乡间小路”到“高速公路”的跨越。凭借高速、大容量、低延迟等优势,激光通信在空间通信、卫星通信等长距离、高带宽需求场景中应用广泛。

美国在激光通信领域已积累丰富试验经验。美国宇航局的LLCD(月球激光通信演示)项目曾实现从月球轨道到地球622Mbps的下行速率,验证了该技术的可行性。SpaceX的“星链”卫星也在激光通信技术上取得重要突破,为未来空基互联网发展奠定基础。

然而,激光通信的普及仍面临挑战:激光束易受大气湍流、云层和气溶胶影响导致信号衰减;对精密瞄准与跟踪技术要求严苛,需补偿相对运动产生的多普勒效应;终端设备的体积、重量和功耗也需进一步优化以适配更多航天器平台。

此次X-37B发射,被视为美国军方推进激光通信军事化应用的关键一步。其将在低轨道开展商用卫星扩散网络的激光通信演示,旨在提升美国天基通信架构的韧性、效率与安全性。由于激光束定向性更强,较传统射频传输更安全,借助扩散中继网络可避免太空架构出现单点故障,从而增强系统韧性。

X-37B携带的量子惯性传感器同样备受关注。传统卫星导航系统虽在军民领域应用广泛,但易受自然或人为干扰。例如,俄乌冲突中,俄军广泛使用GPS干扰设备,导致“海马斯”火箭炮命中精度下降、战果减少。量子惯性导航系统结构与传统惯性导航系统类似,由原子陀螺仪、原子加速度计、原子钟和信号采集处理单元构成,可在GPS信号受限环境下实现导航,有效增强导航系统韧性。

通过原子量子调控,原子陀螺仪能实现超高灵敏度惯性测量,精准感知运动物体的加速度与角速度,实时计算位置和姿态。资料显示,量子惯性导航精度可达传统惯性导航系统的46倍。传统系统下潜艇定位偏差每日可达数公里,而量子惯性导航系统误差有望控制在每月小于1公里,未来在深空探测领域潜力巨大。

返回地球的X-37B。

美军对SpaceX公司的依赖持续加深

此次是SpaceX公司“猎鹰9”火箭第三次承担X-37B发射任务。2017年9月7日,SpaceX首次用“猎鹰9”火箭将X-37B送入太空;2023年12月28日,又以“猎鹰重型”火箭将其送入高轨道执行OTV-7任务,这也是X-37B首次进入高轨道作业,此前六次任务均在低轨道进行。

此次发射再次凸显美国航天及国家安全机构对SpaceX公司的深度依赖。随着“星链”与“星盾”卫星星座的持续完善,美军对该公司的依赖程度预计将进一步提升。今年5月,特朗普与马斯克的公开分歧使这一依赖关系进入公众视野。媒体分析指出,若特朗普政府取消与SpaceX的合作,可能对美国国家安全,特别是军方和情报机构的太空发射及天基通信服务造成严重冲击。

随着“星链”卫星和“星盾”卫星网络组网工作的推进,美军在低轨道通信、导航、导弹预警等方面对SpaceX公司的依赖会进一步加深。

2017年5月,SpaceX首次涉足美军军用载荷发射,用“猎鹰9”火箭将美国国家侦察局NROL-76卫星送入预定轨道。此前,美国军方卫星发射市场长期由联合发射联盟(ULA)垄断,该联盟是波音与洛克希德·马丁公司2006年成立的合资企业。2015年,“猎鹰9”火箭获得美国空军国家安全发射任务认证,打破了市场垄断。除侦察卫星和X-37B外,SpaceX自2018年起还为美国空军发射GPS导航卫星、态势感知卫星及军用通信卫星等载荷。

统计显示,2024年SpaceX的“猎鹰9”和“猎鹰重型”火箭完成134次轨道发射,数量居全球首位;据美国企业研究所(AEI)数据,该公司发射卫星数量占2024年全球入轨卫星总数的84%。

在军用载荷发射领域,今年4月美国太空军太空系统司令部(SSC)宣布,授予SpaceX一份价值近60亿美元的合同,涵盖28次发射任务;联合发射联盟(ULA)和亚马逊旗下蓝色起源公司分别获得约54亿美元(19次发射)和24亿美元(7次发射)合同。此前,联合发射联盟在该领域占据主导地位,而如今SpaceX已实现从“配角”到“主角”的转变,市场格局发生显著变化。

低轨道通信方面,美国对“星链”的依赖逐步加深。8月22日,SpaceX用“猎鹰9”火箭再将24颗“星链”卫星送入太空,使其发射总数达9417颗。“星链”计划在近地轨道部署最多42000颗卫星,为全球提供低成本互联网服务,其中第一代4408颗,第二代近3万颗。2020年5月,SpaceX已向美国联邦通信委员会(FCC)提交第二代“星链”星座(Gen2)申请,计划部署3万颗卫星。

“星链”凭借覆盖广、重访周期短、通信速率高等优势,兼具商业与军事价值。美军早已知晓其军用潜力:2018年起,美空军在加油机/运输机平台测试“星链”应用;2022年3月,驻犹他州希尔空军基地的第388战斗机联队利用“星链"为F-35A隐身战斗机前线敏捷作战部署提供高速通信支持。俄乌冲突中,“星链”作为乌方战时重要通信链路,在指挥作战、无人作战等领域发挥关键作用,影响战争态势。

此外,SpaceX正为美军构建“星盾”低轨道卫星星座,该系统将在导弹防御、遥感等领域发挥重要作用。有消息称,特朗普提出的“金穹”导弹防御系统,其天基拦截器计划依托“星盾”相关技术。无论是“星链”还是“星盾”,庞大的卫星星座在应对反卫星威胁时具备更强弹性,可提升美国太空架构的安全性。

美国媒体报道,从太空项目、空间站运营到战场通信、情报收集,美国多个政府机构已深度依赖马斯克的SpaceX公司。由于竞争对手发展缓慢,SpaceX的行业主导地位短期内难以撼动,美国政府选择空间有限。美国智库国际战略研究中心(CSIS)高级研究员克莱顿·斯沃普(Clayton Swope)指出,终止与SpaceX的合同将对美国政府依赖太空的关键职能领域造成连锁反应,五角大楼和美国宇航局首当其冲,目前尚无其他企业能替代其地位。