El 11 de diciembre de 2012 se lanzó el tercer prototipo de avión espacial estadounidense, tras dos intentos fallidos debidos a un problema de pérdida de combustible.
Este vuelo es el tercero del programa y el segundo del primer vehículo de prueba orbital (OTV 1). Frente a la expectación conseguida por el primer vuelo, éste no ha suscitado apenas interés en los medios de comunicación. Aparentemente podría estar desarrollando dos misiones, una probar el propio avión y la segunda probando las cargas secretas que lleva en su interior y que serán analizadas en tierra cuando finalice su misión. Según el director del programa X-37B, teniente coronel Tom McIntyre, el tercer vuelo no sólo ayudaría a la Fuerza Aérea a evaluar mejor y comprender mejor las características de rendimiento del vehículo, sino también a como el vehículo ha sido reacondicionado tras su primera misión, aprovechando la experiencia obtenida en la misma, clave para reutilizar vehículos orbitales. También señaló que el X-37B estaba diseñado para realizar misiones de 270 días, que podrían prolongarse en función de los objetivos conseguidos, del rendimiento del vehículo y de las condiciones de la zona de aterrizaje.
El primer vuelo del OTV 1 se realizó en 2010, habiéndose lanzado el 21 de abril, y estuvo en órbita 224 días, hasta el 3 de diciembre, convirtiéndose en el primer vehículo no tripulado que regresó del espacio y aterrizó de forma autónoma.
El segundo vehículo de prueba orbital, el prototipo OTV 2, fue lanzado el 5 de marzo de 2011 y permaneció en el espacio hasta el 16 de junio de 2012, tras 469, a pesar de que inicialmente estaba previsto que permaneciese en el espacio 270 días.
La misión fue clasificada al igual que la carga útil que lleva y para el jefe del Mando del Espacio de la Fuerza Aérea, general William Shelton, la misión fue un éxito espectacular. Cuando había superado los 270 días en órbita, la portavoz de la Fuerza Aérea, major Tracy Bunko, afirmó que: "Los experimentos en órbita están continuando. Aunque no podemos predecir cuándo terminará, estamos aprendiendo diariamente cosas nuevas sobre el vehículo, lo que hace que la misión sea un proceso muy dinámico... Habíamos planeado inicialmente una misión de nueve meses, pero continuaremos ampliándola si las circunstancias lo permiten. Lo que nos proporcionará oportunidades adicionales para realizar experimentos y nos permitirá obtener el máximo valor de la misión." De hecho la duración de 469 días y en esta tercera misión se han superado los 365 días.
Dado el carácter clasificado de la misión y la falta de información sobre las mismas y sobre los equipos de los vuelos del X-37B, se han realizado múltiples hipótesis sobre la misma, desde la realización de misiones de espionajes sobre el programa espacial chino a la mejora del concepto del X-37B para vuelos humanos y a que podría estar diseñado para destruir satélites de potenciales naciones enemigas de Estados Unidos. En el primer vuelo, el X-37B estuvo siendo seguido por observadores terrestres que señalaron que los controladores realizaban cada dos días maniobras para mantenerlo en la órbita preestablecida, una forma de control característica de los satélites de inteligencia.
El subsecretario adjunto de la Fuerza Aérea de programas espaciales, Gary Payton, afirmó que el avión tiene como misión principal la de ser un demostrador tecnológico y una plataforma para experimentos espaciales.
El X-37B se parece al Space Shuttle, aunque es bastante más pequeño, y tiene como mejoras respecto al Shuttle las placas de cerámica del escudo térmico, más resistente; el sistema de control de vuelo, electromecánico en lugar de actuadores hidráulicos; y está equipado con un panel solar desplegable, en lugar de un células de combustible criogénicas, lo que le permite permanecer en órbita durante meses, mientras que el Space Shuttle solo podía permanecer en el espacio unas dos semanas y media.
El X-37B, que fue lanzado por la NASA en 1999 y posteriormente continuado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, DARPA, forma parte de un programa de la Fuerza Aérea estadounidense sobre cuyas misiones no se ha informado, salvo que es un programa experimental de pruebas para demostrar tecnologías de una plataforma espacial, no tripulada, de pruebas, fiable y reutilizable para la Fuerza Aérea. Los objetivos de la misma incluyen realizar experimentos en el espacio, estudiar la reducción de riesgos de las tecnologías de vehículos espaciales reutilizables y desarrollar conceptos para dichas tecnologías, que podrían ser clave en futuras misiones espaciales, además es un banco de pruebas de tecnologías avanzadas de materiales, de propulsión y operativas.
La órbita del X-37B tiene un periastro de 323 km y un apoastro de 339 km y vuela a más de 28.200 km/h.
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