美國(guó)洛馬公司航天技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用重點(diǎn)概述

· 文 |中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 張京男

美國(guó)洛馬公司航天技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用重點(diǎn)概述

· 文 |中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 張京男

美國(guó)洛克希德·馬?。ㄒ韵潞?jiǎn)稱“洛馬”）公司是目前世界第一大軍工企業(yè)，也是第一大宇航公司，不僅僅是在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面突出，而且在美國(guó)航天國(guó)防方面也具有不可超越的地位。因此借鑒其航天相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化情況有助于我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域探索新思路、新方向。

隨著美國(guó)國(guó)防、科技、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，洛馬公司也不斷地進(jìn)行資本運(yùn)作、調(diào)整戰(zhàn)略重心、搶占商業(yè)市場(chǎng)，從而在保持原有技術(shù)能力體系和傳統(tǒng)裝備的基礎(chǔ)上，完成技術(shù)與能力的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，促進(jìn)創(chuàng)新，打開新的市場(chǎng)。

多年以來，洛馬公司在航天領(lǐng)域的技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用也不斷發(fā)生一些變化，部分項(xiàng)目有望在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間加大投入力度，尋求轉(zhuǎn)化成果。

一、傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺(tái)面向商業(yè)市場(chǎng)

（一）A2100衛(wèi)星平臺(tái)

洛馬公司研制的A2100衛(wèi)星平臺(tái)用于美國(guó)大部分軍用衛(wèi)星，主要包括：美國(guó)空軍的天基紅外預(yù)警系統(tǒng)衛(wèi)星（SBIRS）、先進(jìn)極高頻通信衛(wèi)星（AEHF）、新一代全球?qū)Ш叫l(wèi)星GPS-3A，美國(guó)海軍的移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星（MUOS），美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的地球靜止氣象衛(wèi)星（GOES-R）等。

近年來經(jīng)過不斷改進(jìn)、引入大量商業(yè)化元素，并結(jié)合國(guó)際市場(chǎng)需求與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)了新型A2100衛(wèi)星平臺(tái)（見圖1），這些顯著的商業(yè)特質(zhì)包括：

增強(qiáng)各類型商業(yè)載荷適應(yīng)性，在衛(wèi)星平臺(tái)不作改動(dòng)的前提下滿足不同用戶需要在軌實(shí)現(xiàn)的功能，如光學(xué)載荷、雷達(dá)載荷等；

增強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)化整流罩的匹配性，從而適用于當(dāng)前全球不同型號(hào)火箭的發(fā)射，不受火箭整流罩及相關(guān)結(jié)構(gòu)的影響；

載荷與平臺(tái)相互獨(dú)立，載荷的設(shè)計(jì)與組裝按照統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，不受平臺(tái)結(jié)構(gòu)與電路等方面影響；

實(shí)現(xiàn)“肩并肩”雙星發(fā)射，兩顆衛(wèi)星并排搭載，一箭雙星，從而節(jié)省發(fā)射業(yè)務(wù)的總成本；

推進(jìn)全電推進(jìn)（霍爾電推進(jìn)）、全液推進(jìn)或混合式推進(jìn)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，從而徹底改變傳統(tǒng)衛(wèi)星動(dòng)力模式，提高衛(wèi)星部署的效費(fèi)比；

太陽帆板進(jìn)一步減重，太陽能轉(zhuǎn)化效率進(jìn)一步提升；

增加3D打印組件比重，從而節(jié)省制造時(shí)間與成本；

可在軌調(diào)整通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同頻段與任務(wù)的靈活切換；

通過優(yōu)化流程，降低制造成本；

通過優(yōu)化流程，縮減制造周期；

自籌資金，從項(xiàng)目投資角度進(jìn)行，不依賴于政府與軍方資助；

以客戶為中心，提供“交鑰匙”方案，提供完整的服務(wù)體系。

洛馬公司與阿拉伯衛(wèi)星通信組織（Arabsat）、沙特王國(guó)阿卜杜拉阿齊茲國(guó)王科技城（KACST）在2015年早期共同宣布開展Arabsat 6A衛(wèi)星（圖2）與Hellas-Sat-4/SaudiGeoSat-1衛(wèi)星（圖3）業(yè)務(wù)，可為中東、非洲、歐洲地區(qū)提供電視、互聯(lián)網(wǎng)、電話與安全通信服務(wù)。洛馬航天事業(yè)部商業(yè)太空業(yè)務(wù)部將通過此項(xiàng)目建造出更加智能化的衛(wèi)星。

這兩顆衛(wèi)星基于商業(yè)化改造后的A2100平臺(tái)，將搭載洛馬新型有效載荷，快速適應(yīng)各種通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在軌衛(wèi)星任務(wù)重新設(shè)定，動(dòng)態(tài)調(diào)整高峰地區(qū)的帶寬，從而增加運(yùn)營(yíng)收入，計(jì)劃于2018年發(fā)射。

（二）LM 900衛(wèi)星平臺(tái)

IKONOS衛(wèi)星逐漸演化為當(dāng)前的LM 900平臺(tái)（圖4）。IKONOS衛(wèi)星在1999年9月24日由美國(guó)“雅典娜”2火箭發(fā)射入軌，是世界上第一顆提供高分辨率衛(wèi)星影像的商業(yè)遙感衛(wèi)星。運(yùn)營(yíng)商是當(dāng)時(shí)的商業(yè)衛(wèi)星服務(wù)公司Space Imaging（現(xiàn)為DigitalGlobe公司）。

除了IKONOS衛(wèi)星，LM 900平臺(tái)與多個(gè)科研應(yīng)用的航天器平臺(tái)優(yōu)勢(shì)相近，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要來自IKONOS衛(wèi)星，航電系統(tǒng)與NASA MRO火星軌道器、GRAIL月球探測(cè)器、MAVEN火星探測(cè)器、OSIRIS-Rex小行星探測(cè)器等相近。

2016年11月11日，在美國(guó)范登堡空軍基地，宇宙神5號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射了WorldView-4商業(yè)遙感衛(wèi)星（圖5），在681km的軌道高度上運(yùn)行，設(shè)計(jì)壽命10年，運(yùn)營(yíng)商為美國(guó)DigitalGlobe公司。毫無疑問，WorldView-4衛(wèi)星是當(dāng)前全球最先進(jìn)的商業(yè)遙感衛(wèi)星，全色分辨率為31cm，由洛馬公司研制，使用的正是LM 900衛(wèi)星平臺(tái)。洛馬公司LM 900衛(wèi)星平臺(tái)經(jīng)過20年的進(jìn)化與開發(fā)，打造了世界頂級(jí)商業(yè)遙感衛(wèi)星，未來必將進(jìn)一步打開商業(yè)化市場(chǎng)，面向更廣泛的商業(yè)與民用市場(chǎng)。

二、重力梯度儀精準(zhǔn)測(cè)量地質(zhì)結(jié)構(gòu)

洛馬公司30年前就研制了世界上唯一一型移動(dòng)式重力梯度儀，它可通過測(cè)量地層密度的細(xì)微差異，生成地下或海底的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，其重力梯度數(shù)據(jù)對(duì)烴類沉積巖和礦石礦體指示尤為顯著，探測(cè)金屬礦藏、鉆石礦、鹽層，如圖6所示。

近10年來，洛馬公司大力開發(fā)商業(yè)應(yīng)用，由飛機(jī)、艦船和潛艇平臺(tái)搭載，服務(wù)于資源勘察和開采。目前，大約已有十幾套該產(chǎn)品由美國(guó)商業(yè)公司應(yīng)用于開采普通金屬和金伯利巖鉆石等。同時(shí)，在軍用領(lǐng)域也可探測(cè)各種地下工事，如圖7所示。

三、激光雷達(dá)測(cè)量大氣風(fēng)力數(shù)據(jù)

飛機(jī)起降都會(huì)產(chǎn)生尾流，會(huì)危害附近飛機(jī)的安全性帶來危害。洛馬公司開發(fā)了WindTracer系統(tǒng)（圖8）用于大氣環(huán)境研究的激光雷達(dá)技術(shù)，可應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)安全評(píng)估、風(fēng)力資源評(píng)估和氣象研究。

WindTracer最初于2002年部署在香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)，主要用來偵測(cè)風(fēng)情和飛機(jī)尾流，迄今為止為超過一百萬航班的安全飛行提供保障，成為香港、東京、大阪、倫敦、紐約、舊金山、拉斯維加斯等機(jī)場(chǎng)首選的激光雷達(dá)傳感器。

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）、歐洲航空安全組織（Eurocontrol）與迪拜航空導(dǎo)航服務(wù)中心較早采用了這一功能，改善機(jī)場(chǎng)航行，保證飛機(jī)與飛機(jī)之間、飛機(jī)與不穩(wěn)定氣流之間保持安全距離。FAA還將試圖以WindTracer為依據(jù)，制定相應(yīng)的飛行標(biāo)準(zhǔn)。

WindTracer系 統(tǒng) 最 佳 測(cè) 量 距 離 為300m～15km，最大測(cè)量距離為33km，測(cè)量風(fēng)速范圍為±40 m/s。另外，還有兩個(gè)開發(fā)分析工具。

WindOptimizer可部署在多個(gè)計(jì)算平臺(tái)，包括多觸點(diǎn)的操控中心、臺(tái)式機(jī)和移動(dòng)設(shè)備。該工具集成來自WindTracer激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)短期風(fēng)況作高精度預(yù)測(cè)，目前已經(jīng)通過多個(gè)項(xiàng)目論證，基本能對(duì)半個(gè)小時(shí)內(nèi)的風(fēng)況做準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

WindProspector也是集成WindTracer激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，為風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)商提供風(fēng)力資源評(píng)估，包括地形跟蹤風(fēng)地圖、垂直切變信息、時(shí)間序列測(cè)量、功率預(yù)測(cè)等。最終產(chǎn)品將會(huì)用于風(fēng)力渦輪機(jī)的選位與優(yōu)化，以預(yù)測(cè)未來農(nóng)場(chǎng)的性能，降低投資者借貸風(fēng)險(xiǎn)。

四、結(jié)語

以上項(xiàng)目均為洛馬公司當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的轉(zhuǎn)化應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目，其發(fā)展思路與具體思路更加面向全球商業(yè)客戶，面向投資回報(bào)率，面向經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)未來公司還會(huì)根據(jù)技術(shù)與市場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行不斷的調(diào)整，值得關(guān)注與借鑒。