X-37B延續了美軍提出的“先期概念技術演示驗證”的發展模式，旨在通過飛行試驗，驗證預研製階段的技術成果，以檢驗技術的可行性、作戰適用性和經濟可承受性。現階段，美國空軍快速反應能力辦公室主要負責X-37B項目的試驗和驗證。據美國空軍官方網站公布的消息，X-37B將驗證包括長時間在軌運行能力、X波段雷達和機械臂等載荷的應用能力、密封技術、熱防護系統、太陽動力系統、環境建模系統性能等在內的一系列硬件設施和技術能力。X-37B分別於2010年、2011年、2012年和2014年執行了4次飛行任務。在第五次飛行試驗前夕，美軍方透露，此次X-37B將會搭載“先進結構嵌入式散熱器”（ASETS-11），這個由美國空軍實驗室設計的儀器可在太空環境中測試電子儀器和震蕩型熱管。
身負絕密使命引關注
據美國空間網站報道，美空軍聲稱研究X-37B項目有兩個主要目的：測試可重複利用的航天技術和協助進行返回地球試驗。外界認為X-37B擔負的使命不僅局限於此。關於其擔負的使命主要有以下幾方面猜測：偵察觀測、在軌維修衛星、躲避反衛星武器、捕獲敵方衛星、驗證軍用衛星新技術等。但也有專家表示，X-37B現階段仍需依靠火箭進入太空，因此只不過是在近地軌道航行的半航天飛機航空器。
從技術參數和性能指標來看，X-37B最高速度可達25馬赫，常規軍用雷達技術無法捕捉，且其滯空時間可達700余天。上述特點都顯示出美空軍發展X-37B背後的軍事意圖。美國《華盛頓時報》曾援引美防務官員的話稱，未來X-37B將在破壞敵方太空偵察設備方面發揮關鍵作用。
從過去4次在軌飛行試驗和技術驗證情況來看，X-37B目前僅僅屬於軌道試驗飛行器，尚處於探索研發階段，短期內無法投入實戰應用，原因在於其機動能力還無法在與一些地基攔截導彈對抗中獲勝，且載荷艙較小，難以攜帶攻擊性武器。但X-37B的軍事潛力仍不容小覷。美國對各類衛星系統的依賴已經成為不爭的事實。但衛星系統與生俱來的缺點就是對物理和非物理攻擊承受能力較低。因此，在戰時衛星系統也必定會成為他國攻擊的首要目標。X-37B具備長期駐軌能力和機動變軌能力，可作為美國衛星鏈路的維護者或者某一節點的臨時替代者，對遭受攻擊的衛星進行維繫或替換，以確保美國衛星系統及通訊鏈路的安全和暢通。從長遠看，美國空軍或從以下四方面挖掘X-37B的軍事潛力：一是作為偵察監視平台，二是作為空間武器發射與指揮控制平台，三是作為快速遠距離運輸機，四是用於反衛星或在軌服務。
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