从纳粹德国的废墟中重生
1944年的柏林，第三帝国的末日正在逼近。在一片废墟与绝望中，两位德国科学家正在设计一个足以改变战争进程的疯狂构想。尤金·森格尔和他的妻子伊雷妮·布雷特完成了他们长达四百页的秘密报告——银鸟（Silbervogel），一种能够从德国起飞、轰炸纽约后飞越整个太平洋降落在日本占领区的火箭动力滑翔轰炸机。这架奇异的飞行器将通过火箭助推进入距地面六十至一百英里的近地空间，以高超音速滑翔穿越大气层边缘，利用机翼产生的升力反复跳跃于大气层内外，像打水漂的石头一样延长航程直至跨越整个地球。森格尔计算出，银鸟的航程可达两万公里以上，能够抵达地球上任何一个角落。
这份报告只印制了一百份，分发给纳粹德国的政治和科学领袖。当1945年盟军攻入德国时，森格尔的研究落入了美国和苏联情报人员的手中。双方都意识到了这个构想的革命性意义：一种能够绕过任何防御系统、从太空发起攻击的武器。苏联领导人斯大林甚至曾派遣他的儿子瓦西里亲自寻找森格尔，试图将他带回莫斯科。但森格尔选择了留在欧洲，而银鸟的核心技术团队却在战后的混乱中悄然西渡。
沃尔特·多恩伯格是其中最关键的人物。这位曾经执掌佩内明德火箭研究中心的前纳粹将军，在战后来到美国，先是服务于美国空军，随后加入贝尔飞机公司。正是多恩伯格将森格尔的银鸟构想重新包装为助推滑翔（Boost-Glide）概念，并在1952年向美国空军提交了名为轰炸机导弹（BoMi）的计划书。多恩伯格的计算表明，虽然森格尔提出的在大气层边缘反复跳跃的飞行方式会对机体施加无法承受的热应力，但如果让飞行器以更高的速度进入近地轨道，它就可以在单次滑翔中覆盖相同的距离，最终像飞机一样降落在跑道上。
贝尔公司的BoMi计划在空军内部引发了激烈的讨论。到1956年，这个计划已经演化为三个相互关联的项目：火箭轰炸机（RoBo），一种高超音速战略轰炸系统；黄铜钟（Brass Bell），代号武器系统459L的高超音速侦察平台；以及高超音速武器研究发展系统（Hywards），一种用于验证关键技术的缩比试验飞行器。三个项目并行推进，各自瞄准不同的军事任务，但它们共享着相同的技术基础——三角翼滑翔飞行器、火箭助推发射、以及可控再入大气层的能力。
银鸟的设计概念图，展示了其独特的三角翼外形和火箭推进系统。这一设计最终演变为美国的Dyna-Soar项目。
卫星升空后的疯狂决策
1957年10月4日，苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星斯普特尼克一号。这个重达八十三点六公斤的金属球在夜空中划过，将整个美国推入了恐慌。四天后，美国空军航空研究与发展司令部做出了一个改变人类航天史走向的决定：将RoBo、Brass Bell和Hywards三个项目合并为一个统一的超级计划。这个计划被赋予了代号为武器系统464L，保密代号为戴纳-索尔（Dyna-Soar，意为动态翱翔），公开名称为高超音速战略武器系统。
Dyna-Soar的野心远超其前身的总和。根据空军的发展规划，这个项目将分三个阶段推进：第一阶段开发一架无人高超音速研究飞行器，验证再入大气层和控制技术；第二阶段研制有人驾驶的亚轨道侦察机，能够在单次弹道跳跃中覆盖全球；第三阶段打造完全作战化的轨道轰炸系统，能够从太空投掷核武器、拦截敌方卫星、执行战略侦察任务。按照最初的计划，第一阶段的无动力投放测试将在1963年开始，1964年进行动力飞行，1968年部署无人滑翔导弹，1974年实现完全作战能力。
1958年3月，九家美国航空航天公司提交了Dyna-Soar的投标方案。经过激烈的竞争，波音公司击败了贝尔-马丁团队，于1959年6月获得了滑翔机的主合同。这个决定对贝尔公司是一个沉重的打击——自1952年以来，他们已经在这个概念上投入了数百万美元自有资金，并完成了大量的设计研究。但空军认为波音更适合承担如此大规模的系统集成工作，尤其是考虑到波音正在为战略空军司令部生产B-52轰炸机和民兵洲际导弹。马丁公司虽然失去了滑翔机的合同，但他们的泰坦火箭被选为发射载具，这也算是一种安慰。
Dyna-Soar的滑翔机设计在波音手中经历了显著的演变。最初的方案布满了各种翼面和安定面，看起来像是一个科幻小说中的飞行器。到1960年3月，最终设计定型为一架优雅的三角翼飞行器：长度十点七七米，翼展六点三四米，高度二点六米。它的机翼后掠角高达七十二点四八度，下表面平坦，上机身逐渐收窄，尾部有一对小翼取代了传统的垂直尾翼。这种布局在高超音速飞行时能够提供零点八到一点九的升阻比，足以在再入大气层时产生三千一百五十公里的横向航程能力。这意味着，如果预定的爱德华兹空军基地着陆场因故无法使用，Dyna-Soar可以从阿拉斯加的朱诺一直滑翔到厄瓜多尔的塔拉罗，覆盖美国本土的任何一个机场。
艺术家描绘的X-20与助推器分离瞬间。这架从未真正飞行的航天飞机，其设计理念却在半个世纪后的X-37B身上得到了延续。
在材料科学的极限边缘舞蹈
Dyna-Soar面临的最大技术挑战是热防护。当飞行器以高超音速再入大气层时，其表面将经历极端的气动加热。根据计算，在最大横向航程再入条件下，飞行器鼻锥的温度将达到二千零一十摄氏度，机翼前缘一千五百五十摄氏度，机翼下表面一千三百四十摄氏度。没有任何传统材料能够在这种温度下长时间工作而不熔化或严重变形。
波音的工程师们最终选择了一种复杂的分层热防护方案。飞行器的主承力结构采用雷内41（René 41）超级合金桁架，这是一种镍基高温合金，能够在九百八十摄氏度下保持结构强度。为了应对更高的表面温度，机翼下表面覆盖了钼合金板材，这种难熔金属的熔点高达两千六百二十三摄氏度，能够在再入过程中承受极端热载荷。鼻锥则采用了石墨和氧化锆复合材料，石墨的高升华温度和氧化锆的隔热性能相结合，能够保护飞行器最前端的区域。
更令人惊叹的是Dyna-Soar的内部热管理设计。飞行器的内部舱室被包裹在"水墙"中，这是一种被动冷却系统，利用水的蒸发带走热量。这层水墙将九百八十摄氏度的外部结构温度降低到舱室壁面的九十摄氏度，使得内部压力壳可以采用常规铝合金制造。舱内的主动冷却系统进一步将最高温度降低到四十六摄氏度，为宇航员和电子设备提供安全的工作环境。
飞行员的座舱被加压到零点五个大气压，相当于海拔五千五百米的高度，气体成分为百分之四十三点五氧气和百分之五十六点五氮气。这个压力水平既能保证飞行员在紧急情况下使用普通航空面罩呼吸，又能减少舱壁的结构应力。设备舱则以纯氮气加压到零点七个大气压，防止火灾风险。
Dyna-Soar的制导系统同样是一项技术杰作。由明尼阿波利斯-霍尼韦尔调节器公司（后来的霍尼韦尔公司）开发的惯性制导系统，基于波马克-B导弹的惯性测量单元改进而来，后来又被用于半人马座火箭上面级。制导计算机与猎犬导弹使用的型号相同，这在当时是最先进的数字计算机之一。为了验证这套系统在极端条件下的性能，工程师们将其安装在改装的F-101B战斗机上进行空中测试，还在霍洛曼空军基地的高速滑撬上进行了地面试验。项目取消后，这套系统被安装在X-15研究机上，在实际的高空高速飞行中完成了验证。
飞行员在再入过程中将获得一种独特的"能量管理显示器"。这是一个基于阴极射线管的显示系统，上面覆盖着一系列透明叠层。随着再入过程的进行，制导计算机每隔三百米每秒速度变化就会切换一层叠层。显示屏上投射着两个光点：一个显示飞行器当前的攻角和倾斜角，另一个显示到达选定机场所需的飞行姿态。叠层上还印有一条线，指示飞行器的结构极限，确保飞行员不会过度操纵导致机体解体。这套系统能够存储多达十个机场的位置数据，为飞行员提供灵活的着陆选择。
艺术家笔下的Dyna-Soar再入大气层场景。其独特的三角翼外形和平底设计使其能够在高超音速下产生足够的升力，实现可控再入和精确着陆。
七名宇航员的秘密选拔
1960年4月，美国空军秘密选拔了七名宇航员加入Dyna-Soar项目。这份名单中包括尼尔·阿姆斯特朗，这位后来成为登月第一人的试飞员当时还是NASA的爱德华兹飞行研究中心的平民试飞员。同样来自NASA的还有比尔·达纳，他曾是X-15项目的核心飞行员。空军方面贡献了亨利·戈登、皮特·奈特、拉塞尔·罗杰斯和詹姆斯·伍德，以及来自NASA的平民试飞员米尔特·汤普森。
这七人在极度保密的情况下开始了Dyna-Soar的训练计划。到项目取消时，他们已经在模拟器中度过了超过八千小时的训练时间。模拟结果表明，Dyna-Soar在马赫1到马赫27的速度范围内具有良好到令人满意的纵向和横向操纵品质。但1962年夏天，阿姆斯特朗和达纳离开了项目，加入了NASA的第二批宇航员选拔。空军选择了阿尔伯特·克鲁斯接替他们的位置。1962年9月19日，Dyna-Soar的六名宇航员身份被公开，而两天前阿姆斯特朗刚刚被宣布为NASA新宇航员之一。
阿姆斯特朗在Dyna-Soar项目中的一项重要贡献是着陆方案验证。他使用一架改装的F5D天枪战斗机（Skylancer）进行了大量着陆模拟飞行，证明了即使前风挡的热屏蔽盖无法抛掉，飞行员也能依靠侧面窗口安全着陆。这项工作为Dyna-Soar的应急程序提供了关键的验证。
1961年8月，改装后的F5D天枪战斗机NASA 212号被用作X-20 Dyna-Soar的视野模拟器，用于验证着陆程序。尼尔·阿姆斯特朗正是使用这架飞机进行了关键的着陆测试。
发射器的迷宫
Dyna-Soar项目面临的另一个主要挑战是发射载具的选择。从项目开始到取消，这个问题从未得到过彻底解决，而是经历了一系列令人眼花缭乱的变化。
最初，空军指定使用泰坦I导弹作为第一阶段的亚轨道飞行测试载具。但泰坦I的推力不足以将五吨重的Dyna-Soar送入轨道。1959年11月，空军正式要求使用泰坦系列火箭，但究竟是哪一种泰坦却成了争议的焦点。波音公司倾向于使用宇宙神-半人马座组合，而马丁公司自然力推自己的泰坦系列。
到1961年1月，泰坦II被批准作为亚轨道飞行测试的载具。但Dyna-Soar的设计重量持续增长，从最初的三千六百公斤增加到四千五百公斤，最终达到五千一百六十五公斤的最大起飞重量。泰坦II已经无法满足轨道飞行的要求。空军开始考虑更强大的选择，包括NASA正在开发的土星I火箭。经过反复权衡，1961年12月28日，泰坦IIIC被正式选定。
泰坦IIIC是泰坦II的增强版本，增加了两台直径三米的固体火箭助推器。这个选择需要最少的Dyna-Soar设计更改，因为核心的泰坦II结构保持不变。更重要的是，泰坦IIIC包含了转移级（Transtage），这是一个可重复启动的上面级，能够为Dyna-Soar提供强大的轨道机动能力。
转移级的设计是Dyna-Soar作战能力的关键。在轨道上，Dyna-Soar将与转移级保持连接，这个上面级携带十点三吨的可存储推进剂（四氧化二氮和混肼-50），能够执行总冲超过每秒两千米的机动。如此巨大的轨道机动能力将使敌人难以预测Dyna-Soar的过顶路径和时间，这对于侦察、轰炸和卫星拦截任务都至关重要。
空军特别感兴趣的是"协同"轨道机动概念。Dyna-Soar可以先进入上层大气，利用其空气动力学能力改变轨道平面，然后由转移级重新加速入轨。这种方式可以将最大轨道平面改变角度从纯推进机动的十五点八度提高到二十点三度。在滑翔机与转移级之间的整流罩内还安装了一个固体推进剂应急火箭，改编自民兵导弹的第三级。这个火箭可以在发射过程中将滑翔机从助推器上弹射出去，或者在轨道上转移级故障时提供应急离轨能力。
在政治风暴中挣扎
Dyna-Soar从一开始就背负着身份认同的危机。它究竟是一架研究机，还是一种武器系统？这个问题在整个项目生命周期中反复被提出，而答案却随着政治风向不断变化。
艾森豪威尔政府对军方主导载人航天项目持怀疑态度。当NASA于1958年成立时，美国民用航天项目的领导权被明确授予了这个新机构。艾森豪威尔从未掩饰他不希望美国的早期太空探索由军方主导的立场。这导致Dyna-Soar在争取资金时处于不利地位，因为白宫不愿支持一个可能被视为军事化太空的计划。
肯尼迪政府上台后，局势并未明显改善。新任国防部长罗伯特·麦克纳马拉带来了系统分析的理念，要求每一个军事项目都必须证明其成本效益。Dyna-Soar面临的核心问题是：它能做什么现有系统做不到的事情？
洲际导弹已经能够以更低的成本和更高的可靠性将核武器投送到地球另一端。中情局的科罗纳间谍卫星虽然早期问题不断，但已经显示出能够提供战略侦察图像的潜力。洛克希德的A-12飞机（后来的SR-71黑鸟的前身）正在秘密开发中，能够在极高的高度执行有人侦察任务。Dyna-Soar的独特优势——能够被召回或重新瞄准、能够在敌境上空以较低高度飞行、能够快速提供侦察数据——似乎都不足以证明其高昂成本的合理性。
1962年，麦克纳马拉要求Dyna-Soar获得一个反映其实验性质的编号，于是它被命名为X-20。这个编号变更本意是为项目争取更多的研究资金，但实际上却进一步削弱了其作为作战系统的地位。
1963年1月19日，麦克纳马拉要求空军进行一项研究，比较Dyna-Soar和NASA正在开发的双子座飞船在军事应用方面的可行性。这是项目命运的决定性转折点。空军在报告中坚持认为，一架能够飞回爱德华兹空军基地的滑翔机比一架需要海军从海上打捞的降落伞式飞船更适合军事任务。但麦克纳马拉不为所动，他得出的结论是空军过于强调可控再入能力，却没有任何明确的轨道飞行目标。
最后一年的绝望挣扎
1963年是X-20项目的命运之年，也是技术进展最快的一年。1月，惯性制导系统开始在改装的F-101B战斗机上进行空中测试。3月26日，波音获得了三点五八亿美元的合同，用于设计、制造和测试X-20飞行器直到首次轨道飞行。6月，爱德华兹空军基地、霍洛曼空军基地和温多弗空军基地被选为主要着陆场。9月13日，空军发射了第一个ASSET（航空热弹性结构系统环境测试）载荷，这是一个代表X-20前鼻段的缩比模型，用于验证热屏蔽设计。9月30日，空军宣布在赖特-帕特森空军基地开发的新型宇航服将供X-20飞行员使用，这种宇航服能够提供更好的活动性和舒适度，支持长达三十六小时的任务。
但所有这些进展都无法阻止命运的齿轮。1963年12月10日，麦克纳马拉正式宣布取消X-20项目。同一天，空军宣布启动载人轨道实验室（MOL）计划，这是一个使用改进型双子座飞船的空间站项目。
麦克纳马拉后来在参议院作证时声称，他已经看不到X-20项目存在的理由，尤其是在军方尚未明确定义其轨道任务的情况下。他特别指出，X-20的潜在军事应用能力使肯尼迪政府与苏联关于相互卫星飞越的外交努力变得更加复杂。换言之，X-20太具有挑衅性了。
当取消令下达时，波音已经完成了百分之九十五以上的设计图纸，第一架飞行器距离最终组装只有一个月。项目已经花费了四点一亿美元，预算总成本为六点六亿美元。原定八个月后开始的B-52投放测试永远不会发生了。1966年的首次载人轨道飞行永远不会发生了。那些在模拟器中度过八千小时的宇航员们将永远不会驾驶这架他们已经烂熟于心的飞行器。
被埋葬的平行未来
如果X-20没有在1963年12月被取消，人类航天史可能会沿着一条完全不同的轨迹发展。波音的设计是健全的，大量研究已经验证了各种概念的可行性。按照计划，首次有人轨道飞行将在1966年进行，比苏联的暴风雪号航天飞机早了二十二年，比美国的航天飞机早了十五年。
如果X-20成功，美国空军将在1960年代末拥有可重复使用的空天运输能力。计划中的X-20X改型能够在飞行员后方增加四名乘客座位，成为空间站渡船。到1970年代初，一个完善的空天运输网络可能已经建立，连接地球表面与轨道空间站。航天飞机项目可能永远不会以1970年代的那种形式启动——或者它会以一个更小、更高效的设计出现，继承X-20已经验证的技术。
更重要的是，X-20代表了一种完全不同的航天哲学。与NASA的弹道式再入飞船不同，X-20强调可控再入和水平着陆。这种设计理念在半个世纪后的今天仍然具有生命力——SpaceX的龙飞船采用弹道式再入，但Sierra Nevada公司的追梦者航天飞机却继承了X-20的滑翔着陆传统。美国空军的X-37B无人航天飞机与X-20有着惊人的相似之处，它目前正在轨道上执行秘密任务，证明了有人滑翔再入飞行器的设计原则是完全可行的。
遗产的悄然延续
X-20项目虽然被取消了，但它并未完全消失。ASSET项目继续进行，验证了高升力再入飞行器的热屏蔽技术。马丁公司的X-23 PRIME和X-24A/HL-10研究机继续探索升力体和滑翔再入的概念。这些经验最终被整合进了航天飞机的设计中。
欧洲航天局的赫尔墨斯航天飞机项目与X-20有着表面的相似性，尽管它并非直接衍生自X-20的设计。苏联的BOR-4试验飞行器在设计理念上更接近X-20，用于验证暴风雪号航天飞机的热防护系统。
但最直接的继承者是美国空军的X-37B轨道试验飞行器。这架无人航天飞机于2010年首次发射，至今已在轨道上执行了多次长期任务。X-37B的尺寸与X-20相近，同样采用三角翼布局，同样需要火箭助推入轨，同样能够在跑道上水平着陆。它的存在证明了X-20的基本设计理念是正确的——只是需要等待合适的时机和技术成熟度。
冷酷的历史审判
回望X-20项目，其失败的根本原因是缺乏一个清晰而独特的任务定义。它能够执行多种任务，但每一项任务都有更低成本的替代方案。侦察任务可以由卫星完成；轰炸任务可以由洲际导弹完成；研究任务可以由NASA的飞船完成。Dyna-Soar试图成为所有人的万能钥匙，却最终无法说服任何人它的存在是必要的。
NASA选择发展弹道式再入飞船的决定也削弱了X-20的价值主张。如果NASA在1960年代初就选择发展可控再入飞船，X-20作为X-15的后续项目可能会获得更坚定的支持。但NASA专注于水星和双子座计划，将可控再入技术留给了空军单独探索，而这个任务对于当时的空军来说过于昂贵和复杂。
项目还受到了官僚政治的伤害。空军内部的不同派系对X-20的优先级有着不同的看法，有人更倾向于发展自己的载人航天能力，有人则认为应该将资源投入到更成熟的导弹和卫星项目中。肯尼迪政府内部对军方载人航天的敌意也是项目失败的重要因素。麦克纳马拉的系统分析方法强调了成本效益，而X-20无法在当时的计算框架下证明其价值。
然而，历史最终对X-20做出了一个复杂的评价。它被认为是航天飞机的直系祖先，是高超音速飞行研究的先驱，是美国军用航天能力发展的重要里程碑。那些在项目上工作过的工程师们后来分散到美国航空航天工业的各个角落，将他们学到的经验应用到后来的项目中。Dyna-Soar从未飞向太空，但它的精神却以另一种形式延续至今。
X-20的详细剖面图，展示了其独特的热防护系统布局和内部舱室结构。钼制底板和雷内41合金结构构成了其抵抗再入高温的核心防线。
当X-37B在轨道上执行它的秘密任务时，它承载着半个世纪前Dyna-Soar未能实现的梦想。那些曾经秘密选拔的宇航员们已经大多离开了人世，尼尔·阿姆斯特朗在月球上留下了人类的足迹，皮特·奈特创造了X-15的速度纪录，米尔特·汤普森继续研究升力体飞行器直到去世。X-20本身只留下了一些风洞模型、一堆图纸和几张黑白照片，静静地躺在博物馆的仓库里。
但每当一架空天飞机在跑道上降落，每当一个可重复使用的航天器完成它的任务，X-20的幽灵就会在卡纳维拉尔角的上空徘徊。它是那个被埋葬的平行未来，是那条人类从未走过的航天之路，是冷战铁幕下最孤独的雄鹰。
参考资料
-
Geiger, Clarence J. History of the X-20A Dyna-Soar. Vol. I: AFSC Historical Publications Series 63-50-I. Wright-Patterson AFB, Ohio: Aeronautical Systems Division Information Office, 1963.
-
Houchin, Roy F. U.S. Hypersonic Research and Development: The Rise and Fall of Dyna-Soar, 1944–1963. London: Routledge, 2006.
-
Godwin, Robert, ed. Dyna-Soar: Hypersonic Strategic Weapons System. Burlington, Ontario: Apogee Books, 2003.
-
Miller, Jay. The X-Planes: X-1 to X-45. Midland Publishing, 2001.
-
Heppenheimer, T.A. Facing the Heat Barrier: A History of Hypersonics. NASA History Division, 2007.
-
Sänger, Eugen and Bredt, Irene. A Rocket Drive for Long Range Bombers. 1944.
-
Launius, Roger D. and Jenkins, Dennis R. Coming Home: Reentry and Recovery from Space. NASA, 2012.
-
Bilstein, Roger E. Testing Aircraft, Exploring Space: An Illustrated History of NACA and NASA. Johns Hopkins University Press, 2003.
-
“History in Two: Dyna-Soar.” Air Force Materiel Command, 2019.
-
LePage, Andrew. “The Future That Never Came: The X-20 Dyna Soar Aerospace Plane.” Drew Ex Machina, 2016.