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从首架X-37B飞行器在2010年成功完成了太空之旅，到第2架X-37B飞行器无限期延长飞行任务，美国空军在近两年时间里对X-37B飞行器在轨期间所实施的任务一直秘而不宣，只是强调旨在为发展一种可重复使用的无人驾驶空天飞行器测试一些新材料和新技术，更是进一步引发了外界对这一项目的诸多猜测，特别是潜在军事用途正在引起世界各国的密切关注。
莫衷一是
在X-37B飞行器的发射升空的前后，美国空军官员透露，这种飞行器是为了试验新的太空技术，并强调“这是一项秘密使命”。据称，X-37B飞行器只处于“试验阶段”，但其中蕴含的技术可以用来“研究和发展具有更重要意义的东西”。目前，外界只是初步了解了X-37B飞行器的技术特点，但是对于它的任务细节则一无所知，特别是美国空军对于改变现有局面的一些关键技术避而不谈，更是吊足了人们的“胃口”，
为此，世界各国媒体纷纷做出各种推测。一是美国军方在太空部署了多种成本高昂的军用卫星，借助于X-37B飞行器可以对这些设备进行维修、调整和升级。二是X-37B飞行器的机动性强，可以随意侦察别国秘密，不用担心被击落。三是在同样的技术条件下，X-37B飞行器也可以捕获别国部署在太空的间谍卫星、侦察设备或其他装备，足以让敌国的太空计划陷入停滞。
与此形成对比的是，国内一些媒体在解读过程中有些过犹不及，主观地将X-37B飞行器渲染成为一种“太空战斗机”、甚至称之为“太空轰炸机”，似乎来自太空的打击转瞬即至。从推进系统的角度来讲，X-37B飞行器并不是真正意义上的空天飞机，只是具备了空天飞机从太空自主返回地面的能力，入轨仍然沿用了航天飞机的助推升空方式，目前尚不具备快速打击地面目标的能力。
至于部署太空“舰队”的能力似乎有些凭空想象。X-37B飞行器在着陆时必须长距离滑行，极易成为敌方防空系统的打击对象，而这一软肋有可能使得美国空军花费重金获得几架太空战斗机的优势变得无足轻重。同样，由于存在运载能力有限、成本高和易受攻击等缺陷，用X-37B飞行器运载导弹或其他武器也非常不切实际。
因此，当一些媒体纷纷将X-37B飞行器演绎为全球敏捷打击的利器时，未免显得过于偏颇。客观来说，X-37B飞行器依然还是一种空间技术验证平台，主要是为美国航天战略目标发展服务。而在同年5月26日实施首次发射试验的X-51A验证机才有可能发展成为全球敏捷打击的急先锋。
从运行过程来看，X-37B飞行器长期在低地球轨道飞行，将其称为“空间飞行器”更为准确，而从其未来的任务角色来讲，X-37B飞行器具有很强的轨道机动能力，因此称之为“轨道机动运载器”也比较恰当。特别需要关注的是，X-37B飞行器凭借着多项先进技术，能够从近地轨道延伸到临近空间，反之亦然，因此具备了军事应用潜力。
目前，X-37B飞行器还只是一种轨道试验平台，需要上百次的发射试飞来完成各项试验任务，因此现在有关这项计划得出结论还为时过早。但可以肯定的是，美国空军正在稳步地将任务领域从蓝色天空拓展到黑色太空，而这源于20年前起步的探索与研究。
来龙去脉
20世纪90年代初，世界航空航天大国都加紧争夺空天资源，纷纷研制与发展各种新型飞行器，过去功能单一的空间飞行器已经不能满足日益复杂多样的空天任务需求。为了更好地开发与利用空天资源，这就要求未来飞行器应具有多任务适应能力，即飞行器不仅要能执行太空任务，还要能执行大气层内的任务。因此，人们就构想出了一种既能在大气层内飞行，又能在大气层外运行、且无需驾驶员操纵的新型飞行器，通常称之为“空天无人飞行器”。
它集成了航空器和航天器的设计思想，是航空技术与航天技术紧密结合的产物，可以说代表了航空航天技术发展的最高水平。然而，外界首先容易感到困惑的是，各种媒体在报道X-37B项目时分别提到了空间机动飞行器（SMV）、X-40A验证机和轨道试验飞行器（OTV）等相关项目，它们之间到底存在什么联系？这里做一个简单梳理，以便了解X-37B飞行器的来龙去脉。
从90年代中期开始，波音公司承担了美国空军研究实验室（AFRL）提出的SMV项目，旨在研制一种由航天飞机运载、在太空施放并且可回收的无人飞行器，其任务是在太空施放小卫星、遥控监测在轨卫星和执行在轨侦察任务。据波音公司介绍，这是一种可以在空间轨道上停留一年的小型飞行器，通过改变轨道倾角和轨道高度实现战术优势，并且可以更换有效载荷来适应多种任务需求。
根据美国空军的设想，SMV能够快速变换轨道倾角或轨道高度，具备很强的战术能力：执行对地侦察任务时，它可提供比目前侦察卫星更快的反应能力；执行空间控制任务时，它可利用多种传感器近距离观察可疑的空间目标，摧毁敌对卫星；执行通信中继任务时，它还可以短时间内充当低地球轨道星座的替代卫星。
几乎在同一时间，NASA首次公布“探路者”（Future-X）项目，目的是把发射0.454千克（1磅）有效载荷进入太空的成本从当时的10000美元降低到1000美元以下。针对这一要求，马歇尔空间飞行中心首先提出一项X-37计划，并负责领导和协调X-37计划的研究工作。整个研制团队包括位于加州芒廷维尤市的阿姆斯研究中心、佛罗里达州肯尼迪航天中心、马里兰州格林贝尔特市戈达德航天飞行中心、弗吉尼亚州汉普顿市兰利研究中心，以及位于加州爱德华兹空军基地的德莱顿飞行研究中心和美国空军飞行试验中心。
几易其名
X-37计划试图通过研制一种试验飞行器，作为机体、推进和操纵等40多项技术的风险降低验证平台，从而使得空间运输成本大大降低。计划启动之初，NASA曾经设想制造2架飞行器，一架称之为进场和着陆飞行器（ALTV），另一架称之为轨道飞行器，分别用于完成不同阶段的验证任务。
两项计划虽然分属于军事和民用领域，但所发展的关键技术可谓殊途同归。波音公司敏锐地看到了SMV项目所发展的技术在商用可重复使用空间飞行器市场的应用潜力，于是在1997年底正式公开了为SMV项目研制的一种缩比90%的综合技术试验平台（ITTB），即X-40A验证机。其后，NASA与美国空军经过协商，决定将X-40A验证机作为X-37计划的亚音速气动试验平台，替代ALTV，从而节省了部分资金。
1998年8月11日，X-40A验证机的投放试验在霍洛曼空军基地进行。它由一架UH-60直升机携载到2750米的高度后进行投放，在综合惯性导航/全球定位系统的控制下，自由滑翔了90秒，近乎完美地着陆在22号跑道上。在顺利完成首次滑行试飞后，美国空军认为自主滑行试验已经达到了预期目标，因此决定不再进行其余4次投放试验，最后将X-40A验证机移交给NASA。其后3年间，NASA利用X-40A验证机先后实施了低速/低空试验，验证了飞行动力学，扩大了飞行包线。
此后，美国空军因为预算问题退出了X-37计划，NASA也由于各种原因多次推迟研制进度。2004年9月，NASA决定将X-37计划移交给美国国防部预研局（DARPA），由后者继续发展一种长时间续航、可重复使用的X-37A全尺寸空间飞行器。
2006年9月，DARPA通过成功地实施了一系列系留飞行和自由飞试验，完成了X-37计划中ALTV部分的测试任务。尽管DARPA并未继续制造NASA提出的X-37轨道飞行器，但是这一设计方案成为美国空军X-37B轨道试验飞行器计划的起点。同年11月，美国空军突然对外宣布，决定支持X-37计划的研制和试验工作，并划拨了专项资金。顺理成章，DARPA又将X-37计划转交给美国空军，由美国空军快速响应能力办公室（RCO）负责管理一种全新轨道试验飞行器的研制与试飞工作，简称为OTV项目。在经历了多次反复之后，X-37B项目作为一个延续项目正式启动。
根据合同，波音公司鬼怪工厂将X-37B飞行器设计成为一种由火箭发射到低地球轨道的空天飞行器，可在这一高度执行长时间的空间技术实验和测试。完成预定任务后，X-37B飞行器可按照地面发出的返回指令，自主地再入大气层、下降和在跑道上水平着陆。美国空军在介绍X-37B飞行器的任务时，强调这是一种非作战系统，主要验证一种可重复使用的无人驾驶空间试验平台，目标是在实施空间试验、降低技术风险的基础上发展一种作战概念。
设计特点
对于X-37B飞行器，媒体更多地关注于它的空间能力和潜在用途，在一定程度上忽略了其在总体设计方面的一些特点。当“阿斯特拉5”501型火箭矗立在发射场的时候，人们只能看到火箭顶部直径达5米的整流罩，根本无法亲眼目睹里面的X-37B飞行器。
作为最新型的再入大气层飞行器，X-37B飞行器在外形尺寸和重量上要比航天飞机小得多，机长只有8.9米，机高为2.9米、翼展为4.5米，发射重量为4990千克。为了顺利返回到地面，它在气动设计上具备了飞机的主要特征，与刚刚退役的航天飞机大同小异。
X-37B飞行器采用了一个更加圆钝的机头，两侧部位和上方分别设计有机动变轨推进器，也称之为反作用控制系统（RCS），用于改变飞行轨迹。机身前段的内部装有航空电子设备和控制系统，后部装有喷气燃料箱和动力装置。
与航天飞机相类似，X-37B飞行器的机身中段设计有一个顶开式有效载荷舱。按照当初NASA的设计，载荷舱的长度为 2.13米，宽度为1.22米，能够容纳重达227千克的有效载荷。随着美国空军负责管理这项计划，波音公司鬼怪工厂是否会根据军事用途需要，改进载荷舱的尺寸，目前尚不得知。
机翼采用了细长边条翼与短小三角翼组合而成的双三角翼，后缘设计有全翼展的襟副翼。值得注意的是，X-37B飞行器在机翼前缘采用了一种强化单体纤维增强抗氧化剂复合材料（TUFROC），具有显著的抗氧化损伤的特性。与航天飞机在机翼前缘采用的碳碳复合材料相比，TUFROC不易氧化，表面材料更厚，因此传热过程更长一些。而且，这种新材料的重量较轻，能够使X-37B飞行器携带更多的有效载荷。
机身后段的两侧设计有机动变轨推进器，内部装有一个推进剂箱、一台火箭发动机和控制面操纵系统。
与航天飞机只有一个垂直安定面不同，X-37B飞行器采用了两个较短的外倾式安定面，将方向舵和升降舵的功能集于一身，因此称之为方向升降舵。这一设计在确保方向力矩的情况下，有效地降低了机体高度，便于使这个飞行器装入到“阿斯特拉5”火箭的整流罩内。
在X-37B飞行器以高速、大迎角再入大气层的过程中，方向升降舵减少了机动变轨推进器在操纵配平和控制时所需的推进剂，为在后机身上方设计一块减速板提供了空间。减速板只是在下滑、进场和着陆前，用于控制飞行器的滑行过程。
外界容易忽视的是，X-37B飞行器还在机身后部设计有一块燃气舵面。在轨道飞行中，它与机身腹部保持一体，在变轨过程中可以根据控制指令改变角度，相应地产生俯仰力矩，及时地改变飞行器的迎角，减少变轨系统所消耗的能量。
从X-37A项目到X-37B项目，飞行器在设计过程中优化了变轨动力系统。最初，NASA的研制人员考虑到过氧化氢具有密度大、易储存、可经受在轨长期停留考验等因素，为X-37A飞行器选择了过氧化氢和JP-10煤油作为AR2-3火箭发动机的推进剂，可以较好地满足太空飞行的安全性要求。AR2-3火箭发动机是一种由罗克达因公司生产的推力可调、单推力室的火箭，主要用于短时间加速飞行，改变在轨飞行速度，而且在完成轨道飞行任务后，推动X-37A飞行器脱离轨道，进入大气层。
随着NASA将X-37A项目转交给美国空军，鬼怪工厂在研制X-37B飞行器过程中，为了降低了研制风险，采用了一台R-4D发动机，作为姿态控制发动机。由此，X-37B飞行器放弃了使用无毒易储的过氧化氢和JP-8煤油，转而采用更加成熟的四氧化氮/肼燃料。正是借助于R-4D火箭发动机和RCS系统，X-37B飞行器具备了空间轨道机动能力。它可以利用主发动机的短暂工作，实现大幅度变轨，此后还可以借助RCS系统精确调整轨道位置。
测试项目
当首架X-37B飞行器发射升空并到达预定轨道后，美国空军空间司令部的第3空间试验中队负责控制遥测、指挥和控制。美国空军表示，X-37B飞行器可以根据不同任务的需要，在低地球轨道持续飞行2～270天，但并未透露相关的轨道运行参数，而且对于其有效载荷和具体试验项目严格保密。随着第一架X-37B飞行器在2010年12月3日顺利返回地面，外界最为关心的是，美国空军利用它在太空执行什么试验任务。
从所承担的任务来看，首架X-37B飞行器通过在轨飞行优先实施了轨道机动能力、临近空间超音速飞行再入能力等试验项目，力求突破一些技术，发展成为一种可重复使用的、有自主飞行能力的轨道转移飞行器，从而降低出入太空的成本，为美国航天战略目标的发展服务。
X-37B飞行器的首要目的是检查飞行器系统和设计部件，其次强调更加先进的传感器技术，特别是后一能力有可能将更重要的事情带入到后续任务中。美国空军RCO负责X-37B计划的经理特洛伊·吉斯中校表示，飞行还成功地试验了飞行器快速开启载荷舱门、展开太阳能电池板的能力。
3副太阳能板分别安装在机身前段两侧和机身中段的载荷舱内，通过机械臂伸出而展开，在整个空间任务期间提供电源。载荷舱的舱门内侧安装有嵌入式散热板，可以将热量散发到太空中。从工作程序来看，X-37B飞行器进入预定轨道后，将陆续展开3副砷化镓太阳能板，为锂离子电池组充电。与航天飞机使用燃料电池不同，它采用了小型太阳能电池和锂离子电池组作为在轨飞行时推进的动力，持续为电子设备和机电作动器提供电力，使在轨飞行时间大幅度增加，最长可达9个月。
在OTV-2发射升空后，吉斯称此次任务的目的之一是检查采用了新颖设计的太阳帆系统的工作性能。为此，英国《新科学家》杂志在网站上发表分析文章，从波音公司曾经申请的专利中推测了X-37B飞行器的一些技术细节。早在2003年6月，波音公司申请了一项太阳帆快速折叠和装载的专利技术，即把太阳帆安装在载荷舱之内，就可以不再需要固定可折叠太阳帆的大型插销，而且太阳帆的总体积仅为0.2立方米，不会过多占用载荷舱。如果X-37B飞行器采用了这项技术，那么它就能随时收起太阳帆，然后点燃推进器，迅速改变飞行轨道，从而更加神秘莫测。
按照美国空军的说法，X-37B计划将验证小型可重复使用航天器方案的可行性，通过测试一些空间新技术，直接支持国防部有关新型卫星系统的技术风险降低工作。可见，X-37B飞行器将作为一个“在轨实验室”，营造一种空间试验环境，验证未来军用新技术和新部件，并将卫星传感器、子系统、各种部件和相关技术高效地转移到其他空间项目中。特别重要的是，X-37B飞行器的可重复使用能力使美国空军在其返回后可以全面检查各种硬件，以发现和认识这些技术在空间长期工作后的状况。
美国空军负责空间计划的副部长助理加里·佩顿对外界表示，X-37B飞行器在轨测试的新技术“比航天飞机的技术先进一代”。这些技术包括先进的导航和控制方式、石英陶瓷热防护系统、航空电子设备、高温结构与密封、可重复使用的保形隔热材料和轻型机电飞行控制系统。此外，X-37B轨道飞行器将验证自主轨道飞行、再入和着陆。
对此，美国一些空间专家认为，实际情况肯定要复杂得多。从性能上看，X-37B飞行器具有明显的军事用途，可以用于验证非合作式在轨交会对接技术，即在太空进行捕捉卫星的试验。同时，它还能测试卫星变轨与规避技术。因此，X-37B飞行器可以认为是承担了美国空军一部分太空战任务的航天器。
莫衷一是
在X-37B飞行器的发射升空的前后，美国空军官员透露，这种飞行器是为了试验新的太空技术，并强调“这是一项秘密使命”。据称，X-37B飞行器只处于“试验阶段”，但其中蕴含的技术可以用来“研究和发展具有更重要意义的东西”。目前，外界只是初步了解了X-37B飞行器的技术特点，但是对于它的任务细节则一无所知，特别是美国空军对于改变现有局面的一些关键技术避而不谈，更是吊足了人们的“胃口”，
为此，世界各国媒体纷纷做出各种推测。一是美国军方在太空部署了多种成本高昂的军用卫星，借助于X-37B飞行器可以对这些设备进行维修、调整和升级。二是X-37B飞行器的机动性强，可以随意侦察别国秘密，不用担心被击落。三是在同样的技术条件下，X-37B飞行器也可以捕获别国部署在太空的间谍卫星、侦察设备或其他装备，足以让敌国的太空计划陷入停滞。
与此形成对比的是，国内一些媒体在解读过程中有些过犹不及，主观地将X-37B飞行器渲染成为一种“太空战斗机”、甚至称之为“太空轰炸机”，似乎来自太空的打击转瞬即至。从推进系统的角度来讲，X-37B飞行器并不是真正意义上的空天飞机，只是具备了空天飞机从太空自主返回地面的能力，入轨仍然沿用了航天飞机的助推升空方式，目前尚不具备快速打击地面目标的能力。
至于部署太空“舰队”的能力似乎有些凭空想象。X-37B飞行器在着陆时必须长距离滑行，极易成为敌方防空系统的打击对象，而这一软肋有可能使得美国空军花费重金获得几架太空战斗机的优势变得无足轻重。同样，由于存在运载能力有限、成本高和易受攻击等缺陷，用X-37B飞行器运载导弹或其他武器也非常不切实际。
因此，当一些媒体纷纷将X-37B飞行器演绎为全球敏捷打击的利器时，未免显得过于偏颇。客观来说，X-37B飞行器依然还是一种空间技术验证平台，主要是为美国航天战略目标发展服务。而在同年5月26日实施首次发射试验的X-51A验证机才有可能发展成为全球敏捷打击的急先锋。
从运行过程来看，X-37B飞行器长期在低地球轨道飞行，将其称为“空间飞行器”更为准确，而从其未来的任务角色来讲，X-37B飞行器具有很强的轨道机动能力，因此称之为“轨道机动运载器”也比较恰当。特别需要关注的是，X-37B飞行器凭借着多项先进技术，能够从近地轨道延伸到临近空间，反之亦然，因此具备了军事应用潜力。
目前，X-37B飞行器还只是一种轨道试验平台，需要上百次的发射试飞来完成各项试验任务，因此现在有关这项计划得出结论还为时过早。但可以肯定的是，美国空军正在稳步地将任务领域从蓝色天空拓展到黑色太空，而这源于20年前起步的探索与研究。
来龙去脉
20世纪90年代初，世界航空航天大国都加紧争夺空天资源，纷纷研制与发展各种新型飞行器，过去功能单一的空间飞行器已经不能满足日益复杂多样的空天任务需求。为了更好地开发与利用空天资源，这就要求未来飞行器应具有多任务适应能力，即飞行器不仅要能执行太空任务，还要能执行大气层内的任务。因此，人们就构想出了一种既能在大气层内飞行，又能在大气层外运行、且无需驾驶员操纵的新型飞行器，通常称之为“空天无人飞行器”。
它集成了航空器和航天器的设计思想，是航空技术与航天技术紧密结合的产物，可以说代表了航空航天技术发展的最高水平。然而，外界首先容易感到困惑的是，各种媒体在报道X-37B项目时分别提到了空间机动飞行器（SMV）、X-40A验证机和轨道试验飞行器（OTV）等相关项目，它们之间到底存在什么联系？这里做一个简单梳理，以便了解X-37B飞行器的来龙去脉。
从90年代中期开始，波音公司承担了美国空军研究实验室（AFRL）提出的SMV项目，旨在研制一种由航天飞机运载、在太空施放并且可回收的无人飞行器，其任务是在太空施放小卫星、遥控监测在轨卫星和执行在轨侦察任务。据波音公司介绍，这是一种可以在空间轨道上停留一年的小型飞行器，通过改变轨道倾角和轨道高度实现战术优势，并且可以更换有效载荷来适应多种任务需求。
根据美国空军的设想，SMV能够快速变换轨道倾角或轨道高度，具备很强的战术能力：执行对地侦察任务时，它可提供比目前侦察卫星更快的反应能力；执行空间控制任务时，它可利用多种传感器近距离观察可疑的空间目标，摧毁敌对卫星；执行通信中继任务时，它还可以短时间内充当低地球轨道星座的替代卫星。
几乎在同一时间，NASA首次公布“探路者”（Future-X）项目，目的是把发射0.454千克（1磅）有效载荷进入太空的成本从当时的10000美元降低到1000美元以下。针对这一要求，马歇尔空间飞行中心首先提出一项X-37计划，并负责领导和协调X-37计划的研究工作。整个研制团队包括位于加州芒廷维尤市的阿姆斯研究中心、佛罗里达州肯尼迪航天中心、马里兰州格林贝尔特市戈达德航天飞行中心、弗吉尼亚州汉普顿市兰利研究中心，以及位于加州爱德华兹空军基地的德莱顿飞行研究中心和美国空军飞行试验中心。
几易其名
X-37计划试图通过研制一种试验飞行器，作为机体、推进和操纵等40多项技术的风险降低验证平台，从而使得空间运输成本大大降低。计划启动之初，NASA曾经设想制造2架飞行器，一架称之为进场和着陆飞行器（ALTV），另一架称之为轨道飞行器，分别用于完成不同阶段的验证任务。
两项计划虽然分属于军事和民用领域，但所发展的关键技术可谓殊途同归。波音公司敏锐地看到了SMV项目所发展的技术在商用可重复使用空间飞行器市场的应用潜力，于是在1997年底正式公开了为SMV项目研制的一种缩比90%的综合技术试验平台（ITTB），即X-40A验证机。其后，NASA与美国空军经过协商，决定将X-40A验证机作为X-37计划的亚音速气动试验平台，替代ALTV，从而节省了部分资金。
1998年8月11日，X-40A验证机的投放试验在霍洛曼空军基地进行。它由一架UH-60直升机携载到2750米的高度后进行投放，在综合惯性导航/全球定位系统的控制下，自由滑翔了90秒，近乎完美地着陆在22号跑道上。在顺利完成首次滑行试飞后，美国空军认为自主滑行试验已经达到了预期目标，因此决定不再进行其余4次投放试验，最后将X-40A验证机移交给NASA。其后3年间，NASA利用X-40A验证机先后实施了低速/低空试验，验证了飞行动力学，扩大了飞行包线。
此后，美国空军因为预算问题退出了X-37计划，NASA也由于各种原因多次推迟研制进度。2004年9月，NASA决定将X-37计划移交给美国国防部预研局（DARPA），由后者继续发展一种长时间续航、可重复使用的X-37A全尺寸空间飞行器。
2006年9月，DARPA通过成功地实施了一系列系留飞行和自由飞试验，完成了X-37计划中ALTV部分的测试任务。尽管DARPA并未继续制造NASA提出的X-37轨道飞行器，但是这一设计方案成为美国空军X-37B轨道试验飞行器计划的起点。同年11月，美国空军突然对外宣布，决定支持X-37计划的研制和试验工作，并划拨了专项资金。顺理成章，DARPA又将X-37计划转交给美国空军，由美国空军快速响应能力办公室（RCO）负责管理一种全新轨道试验飞行器的研制与试飞工作，简称为OTV项目。在经历了多次反复之后，X-37B项目作为一个延续项目正式启动。
根据合同，波音公司鬼怪工厂将X-37B飞行器设计成为一种由火箭发射到低地球轨道的空天飞行器，可在这一高度执行长时间的空间技术实验和测试。完成预定任务后，X-37B飞行器可按照地面发出的返回指令，自主地再入大气层、下降和在跑道上水平着陆。美国空军在介绍X-37B飞行器的任务时，强调这是一种非作战系统，主要验证一种可重复使用的无人驾驶空间试验平台，目标是在实施空间试验、降低技术风险的基础上发展一种作战概念。
设计特点
对于X-37B飞行器，媒体更多地关注于它的空间能力和潜在用途，在一定程度上忽略了其在总体设计方面的一些特点。当“阿斯特拉5”501型火箭矗立在发射场的时候，人们只能看到火箭顶部直径达5米的整流罩，根本无法亲眼目睹里面的X-37B飞行器。
作为最新型的再入大气层飞行器，X-37B飞行器在外形尺寸和重量上要比航天飞机小得多，机长只有8.9米，机高为2.9米、翼展为4.5米，发射重量为4990千克。为了顺利返回到地面，它在气动设计上具备了飞机的主要特征，与刚刚退役的航天飞机大同小异。
X-37B飞行器采用了一个更加圆钝的机头，两侧部位和上方分别设计有机动变轨推进器，也称之为反作用控制系统（RCS），用于改变飞行轨迹。机身前段的内部装有航空电子设备和控制系统，后部装有喷气燃料箱和动力装置。
与航天飞机相类似，X-37B飞行器的机身中段设计有一个顶开式有效载荷舱。按照当初NASA的设计，载荷舱的长度为 2.13米，宽度为1.22米，能够容纳重达227千克的有效载荷。随着美国空军负责管理这项计划，波音公司鬼怪工厂是否会根据军事用途需要，改进载荷舱的尺寸，目前尚不得知。
机翼采用了细长边条翼与短小三角翼组合而成的双三角翼，后缘设计有全翼展的襟副翼。值得注意的是，X-37B飞行器在机翼前缘采用了一种强化单体纤维增强抗氧化剂复合材料（TUFROC），具有显著的抗氧化损伤的特性。与航天飞机在机翼前缘采用的碳碳复合材料相比，TUFROC不易氧化，表面材料更厚，因此传热过程更长一些。而且，这种新材料的重量较轻，能够使X-37B飞行器携带更多的有效载荷。
机身后段的两侧设计有机动变轨推进器，内部装有一个推进剂箱、一台火箭发动机和控制面操纵系统。
与航天飞机只有一个垂直安定面不同，X-37B飞行器采用了两个较短的外倾式安定面，将方向舵和升降舵的功能集于一身，因此称之为方向升降舵。这一设计在确保方向力矩的情况下，有效地降低了机体高度，便于使这个飞行器装入到“阿斯特拉5”火箭的整流罩内。
在X-37B飞行器以高速、大迎角再入大气层的过程中，方向升降舵减少了机动变轨推进器在操纵配平和控制时所需的推进剂，为在后机身上方设计一块减速板提供了空间。减速板只是在下滑、进场和着陆前，用于控制飞行器的滑行过程。
外界容易忽视的是，X-37B飞行器还在机身后部设计有一块燃气舵面。在轨道飞行中，它与机身腹部保持一体，在变轨过程中可以根据控制指令改变角度，相应地产生俯仰力矩，及时地改变飞行器的迎角，减少变轨系统所消耗的能量。
从X-37A项目到X-37B项目，飞行器在设计过程中优化了变轨动力系统。最初，NASA的研制人员考虑到过氧化氢具有密度大、易储存、可经受在轨长期停留考验等因素，为X-37A飞行器选择了过氧化氢和JP-10煤油作为AR2-3火箭发动机的推进剂，可以较好地满足太空飞行的安全性要求。AR2-3火箭发动机是一种由罗克达因公司生产的推力可调、单推力室的火箭，主要用于短时间加速飞行，改变在轨飞行速度，而且在完成轨道飞行任务后，推动X-37A飞行器脱离轨道，进入大气层。
随着NASA将X-37A项目转交给美国空军，鬼怪工厂在研制X-37B飞行器过程中，为了降低了研制风险，采用了一台R-4D发动机，作为姿态控制发动机。由此，X-37B飞行器放弃了使用无毒易储的过氧化氢和JP-8煤油，转而采用更加成熟的四氧化氮/肼燃料。正是借助于R-4D火箭发动机和RCS系统，X-37B飞行器具备了空间轨道机动能力。它可以利用主发动机的短暂工作，实现大幅度变轨，此后还可以借助RCS系统精确调整轨道位置。
测试项目
当首架X-37B飞行器发射升空并到达预定轨道后，美国空军空间司令部的第3空间试验中队负责控制遥测、指挥和控制。美国空军表示，X-37B飞行器可以根据不同任务的需要，在低地球轨道持续飞行2～270天，但并未透露相关的轨道运行参数，而且对于其有效载荷和具体试验项目严格保密。随着第一架X-37B飞行器在2010年12月3日顺利返回地面，外界最为关心的是，美国空军利用它在太空执行什么试验任务。
从所承担的任务来看，首架X-37B飞行器通过在轨飞行优先实施了轨道机动能力、临近空间超音速飞行再入能力等试验项目，力求突破一些技术，发展成为一种可重复使用的、有自主飞行能力的轨道转移飞行器，从而降低出入太空的成本，为美国航天战略目标的发展服务。
X-37B飞行器的首要目的是检查飞行器系统和设计部件，其次强调更加先进的传感器技术，特别是后一能力有可能将更重要的事情带入到后续任务中。美国空军RCO负责X-37B计划的经理特洛伊·吉斯中校表示，飞行还成功地试验了飞行器快速开启载荷舱门、展开太阳能电池板的能力。
3副太阳能板分别安装在机身前段两侧和机身中段的载荷舱内，通过机械臂伸出而展开，在整个空间任务期间提供电源。载荷舱的舱门内侧安装有嵌入式散热板，可以将热量散发到太空中。从工作程序来看，X-37B飞行器进入预定轨道后，将陆续展开3副砷化镓太阳能板，为锂离子电池组充电。与航天飞机使用燃料电池不同，它采用了小型太阳能电池和锂离子电池组作为在轨飞行时推进的动力，持续为电子设备和机电作动器提供电力，使在轨飞行时间大幅度增加，最长可达9个月。
在OTV-2发射升空后，吉斯称此次任务的目的之一是检查采用了新颖设计的太阳帆系统的工作性能。为此，英国《新科学家》杂志在网站上发表分析文章，从波音公司曾经申请的专利中推测了X-37B飞行器的一些技术细节。早在2003年6月，波音公司申请了一项太阳帆快速折叠和装载的专利技术，即把太阳帆安装在载荷舱之内，就可以不再需要固定可折叠太阳帆的大型插销，而且太阳帆的总体积仅为0.2立方米，不会过多占用载荷舱。如果X-37B飞行器采用了这项技术，那么它就能随时收起太阳帆，然后点燃推进器，迅速改变飞行轨道，从而更加神秘莫测。
按照美国空军的说法，X-37B计划将验证小型可重复使用航天器方案的可行性，通过测试一些空间新技术，直接支持国防部有关新型卫星系统的技术风险降低工作。可见，X-37B飞行器将作为一个“在轨实验室”，营造一种空间试验环境，验证未来军用新技术和新部件，并将卫星传感器、子系统、各种部件和相关技术高效地转移到其他空间项目中。特别重要的是，X-37B飞行器的可重复使用能力使美国空军在其返回后可以全面检查各种硬件，以发现和认识这些技术在空间长期工作后的状况。
美国空军负责空间计划的副部长助理加里·佩顿对外界表示，X-37B飞行器在轨测试的新技术“比航天飞机的技术先进一代”。这些技术包括先进的导航和控制方式、石英陶瓷热防护系统、航空电子设备、高温结构与密封、可重复使用的保形隔热材料和轻型机电飞行控制系统。此外，X-37B轨道飞行器将验证自主轨道飞行、再入和着陆。
对此，美国一些空间专家认为，实际情况肯定要复杂得多。从性能上看，X-37B飞行器具有明显的军事用途，可以用于验证非合作式在轨交会对接技术，即在太空进行捕捉卫星的试验。同时，它还能测试卫星变轨与规避技术。因此，X-37B飞行器可以认为是承担了美国空军一部分太空战任务的航天器。