杂志汇太空探索

世界航天发展动向与影响

作者:□ 方勇
2016年,世界主要国家着眼未来空间安全挑战,积极布局调整空间发展战略,创新发展航天装备与技术,商业航天应用领域进一步拓展,深空探测取得新突破。

美国大西洋空间再平衡战略

印度可重复使用运载器技术验证机

“猎鹰”9号实现首次海上回收主要国家积极调整空间发展战略

(一)美国谋划调整空间安全战略

随着美国内外部环境和空间安全观的转变,美国正在酝酿调整空间安全战略。

一是强化“空间威慑”战略指导下的“体系弹性”建设。美国国防部认为,随着中俄反卫星能力的不断增强,美国空间系统面临更多威胁。美国负责空间政策的副助理国防部长道格拉斯·洛韦罗表示,在慑止空间战争方面,美国更需要依赖防御手段,而不是进攻手段。美国将重点加强空间体系“弹性”建设,以提高空间系统的抗毁性。美国大西洋理事会发布的《面向新国家空间安全战略:战略再平衡时机来临》报告认为,基于当前空间战略环境以及美国空间发展目标,美国应推动空间“战略再平衡”,从外交与技术手段两方面入手,发展“主动防御”空间安全战略。

二是调整空间威慑战略。为应对空间安全的新变化,美国空间威慑思想正在从强调进攻的“硬”威慑手段,转向提高空间系统弹性等“软”威慑手段。洛韦罗表示,与报复性打击相比,更好的空间威慑方法是确保对手无法从空间攻击获益,并提高对空间系统发起攻击的政治难度。1月,美国智库新美国安全中心发布《从庇护所到战场:美国空间防御与威慑战略框架》报告,认为美国要实现可靠、有效的空间威慑,需采取“有限空间战”战略,即美国需制定限制对手实施空间战,并能使美国有效利用空间作战规则,发展具有威慑力的作战能力以执行这些规则,同时还要获得潜在对手对这些有利于美国限制规则的认同。

(二)俄罗斯力求恢复传统航天大国领先地位

2016年3月,俄罗斯政府审议通过《2016-2025年俄联邦航天规划》(草案),根据规划,未来十年俄罗斯将为航天活动拨款14060亿卢布,并视经济情况,或于2022年后再补充1150亿卢布,意图发挥其在空间技术领域的传统优势,实现俄罗斯航天的再度崛起。

(三)日本积极布局未来空间军事技术能力发展

2016年8月,日本防卫省发布首份《防卫技术战略》和《2016年防卫技术中长期展望》文件,规划了未来一段时期日本防卫技术和武器装备发展的方向和重点,在空间领域明确了“情报搜集”、“情报共享”、“稳定利用”三项核心军事能力,强调“提高卫星抗毁性、确保在发生各种事态时可持续发挥作用”,并将卫星搭载型红外传感器技术、太空监视技术、机载空中发射技术、提高任务效果技术列为未来军事航天技术领域优先发展方向。

航天装备与技术发展取得新突破

(一)可重复使用运载器技术多方案并行发展

组合动力、升力式水平返回两级入轨运载器是目前研究热点。美国空军研究实验室发布基于英国“佩刀”组合发动机的两种水平起降两级入轨空天飞行器概念方案。方案1为部分可重复使用两级入轨飞行器。包含可重复使用的第一级(即下面级)和内置一次性使用的第二级(即上面级),能够将2.25吨载荷送入183千米高的圆轨道。方案2为完全可重复使用两级入轨飞行器,其中第一级总体布局与方案1第一级相似,采用2台“佩刀”发动机,使用液氢液氧燃料。围绕可重复使用空天飞行器研制,美国着眼近期和远期,已开展了基于火箭动力、基于“涡轮基组合循环发动机”、基于“火箭基组合循环发动机”的多种方案预研。基于“佩刀”发动机的新路线有望成为既有技术布局的竞争者,加速美国可重复使用空天飞行器的创新发展。

2016年5月和8月,印度分别进行了“可重复使用运载器技术验证机”(RLV-TD)首次飞行试验和超燃冲压发动机首次带飞点火试验。这两次试验都是印度为其未来空天运输系统事先规划的研究试验,试验成功将为印度未来可重复使用空天运输系统发展奠定重要技术基础。

火箭动力垂直起降可重复使用运载器技术日趋成熟。美国太空探索技术公司“猎鹰”9火箭继2015年首次实现陆上一子级回收后,2016年多次成功实现海上平台一子级回收。美国蓝源公司利用回收的“新谢泼德”亚轨道运载火箭再次完成火箭一子级地面垂直回收试验,实现了全球首枚液体火箭的重复使用。太空探索技术公司和蓝源公司一系列运载火箭垂直回收试验成功,标志着美国垂直起降可重复使用运载火箭趋于成熟,也为后续研制一子级回收重复使用运载火箭奠定基础。

美国陆军小卫星(二)卫星系统性能不断提升

1.小卫星军事应用步伐加快

美国计划2017年第一季度发射“提高军事作战效能的空间系统”(SeeMe)星座首颗卫星。SeeMe星座将由24颗纳卫星构成,地面部队能够在提出需求90分钟内,通过智能手机或手持设备获取高分辨率侦察卫星图像。美国陆军将开展第三次微小卫星战术通信能力试验,通过部署由16颗微小卫星组成的“陆军全球动中通卫星通信”星座,验证UHF和Ka波段通信能力,实现更高频率通信和更快数据传输速率。目前,军用小卫星仍主要以技术验证为主,一旦实现大规模装备化、业务化应用,将提升战术单元实时战场态势感知和偏远地区通信能力。

2.通信卫星技术发展取得新进展

卫星激光通信技术实用化取得新突破。欧洲“数据通信高速公路”项目首颗数据中继卫星EDRS-A卫星发射,并开展与“哨兵-1A”卫星的激光通信试验。标志着欧洲已率先实现星间激光通信技术的业务化应用,拉开激光通信空间应用的序幕。欧洲空间局计划2018年前完成“欧洲数据中继系统”建设,形成以激光数据中继卫星和载荷为骨干的天基信息网,覆盖欧洲全境及周边地区,实现卫星、空中平台观测数据的近实时传输,大幅提升欧洲危机响应和处理能力。

美军通信卫星加快升级换代。2016年6月,美国海军发射“移动用户目标系统”(MUOS)第五颗卫星,组成由4颗工作星和1颗备份星组网的星座,标志着新一代军用移动通信卫星系统完成部署。该系统是美军新一代窄带战术通信卫星系统,主要满足移动通信需求,为舰艇、飞机等空中平台以及地面机动部队提供作战服务,将显著改善和提高作战人员的机动通信能力。2016年12月,美国发射第八颗“宽带全球卫星通信”系统卫星(WGS-8)。该卫星采用升级的数字化载荷,带宽比之前的WGS卫星增加45%,将极大提升美军高速率宽带通信能力。

3.导航卫星系统加快升级换代

印度发射第七颗导航卫星IRNSS-1G,完成“区域导航卫星系统”(IRNSS)星座部署。IRNSS卫星设计寿命10年,净重600千克,发射质量1425千克。导航信号载波包括L5(1176.45 MHz)和S(2492.028 MHz)两个频段,可为印度境内及周边1500千米区域提供优于10米位置精度的精确导航定位服务。印度抢在欧洲“伽利略”系统具备初始运行能力之前,完成IRNSS系统部署,将使印度成为继美国、俄罗斯和中国之后,全球第四个拥有自主卫星导航系统的国家。IRNSS将使印度摆脱对美俄卫星导航系统的依赖性,提高自主导航能力,进一步增强其军事能力。

俄罗斯首颗“格罗纳斯”-K1导航卫星开始提供导航服务,标志着俄第三代导航卫星正式服役。“格罗纳斯”-K卫星除使用原来的L1和L2频段频分多址(FDMA)信号外,还新增首个码分多址(CDMA)民用信号L3OC,系统兼容互操作性和信号精度进一步提升。RSGS项目构想图

“朱诺”木星探测器(三)攻防并重发展控制空间能力

发展实时空间态势感知能力。美国国防高级研究计划局正在通过“空间监视望远镜”、“轨道瞭望”和“标记”等项目发展实时空间态势感知能力,为空间作战做准备。2016年10月,该局向美空军交付“空间监视望远镜”(SST),标志着该项目已正式由研发阶段转入作战应用阶段。SST具备大视场和快速观测能力,将大幅缩小空间监测漏洞,对微小攻击平台监测能力进一步加强。该望远镜部署在澳大利亚后,将填补美军在南半球空间监视能力的空白,有效提高美军对亚太地区的空间态势感知能力。“轨道瞭望”采用大数据技术提高多源太空目标数据融合和处理能力,大幅提升美军对具有潜在危害的空间物体做出近实时决策的能力。“标记”项目将利用“轨道瞭望”项目提供的多来源数据,开发空间实时指挥和控制软件,提高未来空间作战的快速规划、评估和反应能力。

重点发展“弹性”空间体系结构以提升防御性空间控制能力。美国负责空间政策的副助理国防部长洛韦罗表示,为使卫星在面临攻击时更具弹性,美军将重点投资六个主要领域。①分解(Disaggregation)。分离具有不同目标的任务,即同一颗卫星上将不会同时部署核任务与常规任务载荷。②多样化(Diversity)。利用多样化系统实现同一目标,如使美国的装备能够同时使用GPS和欧洲“伽利略”导航系统。即使对手干扰GPS系统,美军仍然能使用盟国资产。③分散部署(Distribution)。将能力分散部署于多颗卫星,提高体系抗毁能力。如GPS单颗卫星受损后系统仍然保持运行。④欺骗(Deception)。使对手无法获悉哪些卫星携带哪些系统,或者其他误导对手的方法。⑤防护(Protection)。强化卫星以防御威胁,或者使卫星具备规避来袭威胁的方法。⑥扩散式部署(Proliferation)。部署多颗卫星执行同一任务,一颗卫星可执行完整任务,其他卫星则提供冗余和备份能力。其实质仍是强化“弹性”空间体系建设,提高空间系统体系抗毁能力。

储备进攻性空间对抗技术。与以往美军高层较少讨论空间控制不同,美国目前军事和情报部门已开始公开讨论空间控制问题。2016年3月,美国防部长卡特称,2017财年国防部将拨款20亿美元用于发展进攻性空间对抗能力。美国国防高级研究计划局开展“地球同步轨道卫星机器人服务”(RSGS)项目,重点验证在地球同步轨道或附近“服务卫星”安全、可靠、高效地进行逼近、检视和维修等在轨操作技术。目前,RSGS的两个机械臂已开始设计研制。RSGS项目可延长卫星使用寿命,降低卫星研制成本,同时具备物化为空间攻防装备的技术潜力。

私营企业积极参与深空探测活动

木星探测取得重大进展。2016年7月4日,美国“朱诺”木星探测器历经近5年飞行,成功抵达火星并进入木星轨道,总飞行距离达2.83109千米。2016年7月10日,美航宇局公布了“朱诺”传回的首张照片。按照美航宇局目前计划,“朱诺”将于2018年2月结束任务,届时将离轨并撞向卫星表面。“朱诺”于2011年8月5日发射,任务目标是研究木星的起源与演变,探测木星大气、引力场、磁场以及磁球层,调查木星上是否存在冰岩芯,确定木星上水的含量,并寻找氧气。“朱诺”是继美国“伽利略”木星探测器后的全球第二个木星探测器,将有助于人类加深对木星形成与演化的理解,并基于此加深对于整个太阳系诞生过程和机制的了解。

私营公司首次获准开展月球探测活动。8月4日,美联邦航空管理局宣布已批准美私企月球快车公司(Moon Express)开展机器人登陆月球的申请,这也是首家被批准进行登月的美国商业公司,标志着美国商业航天的应用领域已由从近地空间向深空拓展。月球快车公司计划2017年实现机器人登月,并进行月球资源勘测,2020年实现月球采样并返回地球。其最终目标是开发月球的自然资源并建立月球殖民地。配合政府支持,私企对月球开发将帮助美国占据月球资源开发有利位置,抢占月球资源最利于开发的地点,不仅可使美国在月球资源开发中获得最大的经济、政治与军事利益,并使后来者如中国和俄罗斯陷于被动,不利于月球资源开发。

 

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