2016年世界軍用航天裝備與技術(shù)發(fā)展綜述

吳勤

太空作為重要的戰(zhàn)略空間與戰(zhàn)略支援力量，是國家重大利益所在，已成為世界主要國家重要的建設(shè)領(lǐng)域。2016年，世界軍事航天持續(xù)發(fā)展，在各國合作競爭的戰(zhàn)略博弈下，一批更加可靠、更低成本、更優(yōu)性能、更多功能的航天裝備與技術(shù)相繼出現(xiàn)，推動軍事航天力量的加速演進(jìn)。

進(jìn)入空間能力開啟低價(jià)高效新篇章

進(jìn)入空間是開展空間軍事活動的基礎(chǔ)，是關(guān)鍵的軍事航天能力。2016年，世界主要航天國家繼續(xù)推進(jìn)新一代航天運(yùn)載火箭研制，探索實(shí)踐可重復(fù)使用運(yùn)載系統(tǒng)，在提升進(jìn)入空間能力的可靠性與效率，降低成本與風(fēng)險(xiǎn)等方面取得了重要進(jìn)展。

大力推進(jìn)新一代大中型運(yùn)載火箭發(fā)展。美國“航天發(fā)射系統(tǒng)”重型運(yùn)載運(yùn)載火箭的芯級發(fā)動機(jī)RS-25在斯坦尼斯航天中心完成了多次靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)；美國軌道ATK公司獲得美空軍支持，開展新型中-重型固體火箭研制，將與“獵鷹”-9“火神”等競爭美軍用衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。俄羅斯繼續(xù)推動“聯(lián)盟”和“安加拉”火箭逐步投入使用，并開展新型超重型運(yùn)載火箭的研制。歐空局批準(zhǔn)研制“阿里安-6”火箭，計(jì)劃2020年首飛。印度“極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭”成功實(shí)現(xiàn)了“一箭二十星”的發(fā)射，正在加快研制具有更強(qiáng)運(yùn)載能力的“地球同步軌道運(yùn)載火箭”MK-3。

多國掀起重復(fù)使用運(yùn)載器發(fā)展熱潮。美國藍(lán)色起源公司成功將回收的“新謝潑德”火箭再次發(fā)射并回收，驗(yàn)證了亞軌道可重復(fù)運(yùn)載技術(shù)；雖然9月1日的爆炸使“獵鷹”-9火箭發(fā)展遭受挫折，但年內(nèi)連續(xù)3次海上垂直回收試驗(yàn)的成功，為開發(fā)運(yùn)載火箭重復(fù)使用技術(shù)、降低進(jìn)入空間成本探索了一條創(chuàng)新之路；美國DARPA在研的“試驗(yàn)性太空飛機(jī)”項(xiàng)目進(jìn)入第二階段，將開展可重復(fù)使用一子級樣機(jī)的研制；美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟正在研究下一代“火神”運(yùn)載火箭的可重復(fù)使用能力，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)火箭上面級和第一級發(fā)動機(jī)的重復(fù)使用。俄羅斯宣布開展水平返回式可重復(fù)運(yùn)載火箭的研制，計(jì)劃將采用渦輪發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)組合的水平返回式第一級“貝加爾”首先應(yīng)用于“安加拉”火箭。法國政府組織有關(guān)專家開展了可重復(fù)使用運(yùn)載火箭及其發(fā)展前景的評估。印度“可重復(fù)使用運(yùn)載器技術(shù)驗(yàn)證機(jī)”完成了首次飛行試驗(yàn)，邁出了研發(fā)完全可重復(fù)使用飛行器的第一步。

先進(jìn)動力技術(shù)有望變革進(jìn)入空間能力。當(dāng)前傳統(tǒng)液體與固體火箭發(fā)動機(jī)基本上已達(dá)性能極限，提高空間不大。脈沖爆震火箭發(fā)動機(jī)、塞式火箭發(fā)動機(jī)等先進(jìn)動力技術(shù)取得了重要進(jìn)展，有望突破現(xiàn)有發(fā)動機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的性能，可使運(yùn)載火箭在大幅降低運(yùn)輸成本的情況下，提高運(yùn)載能力。2016年，俄羅斯建造了首臺脈沖爆震火箭發(fā)動機(jī)驗(yàn)證機(jī)，并成功進(jìn)行了系列測試。脈沖爆震火箭發(fā)動機(jī)是一種基于爆震燃燒的新型發(fā)動機(jī)，爆震波使可爆燃料的壓力、溫度迅速升高。這種發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、推重比高、耗油率低，具有重大應(yīng)用潛力。

利用空間能力步入升級換代新時(shí)期

軍用衛(wèi)星系統(tǒng)是戰(zhàn)場綜合信息系統(tǒng)的中樞，有效利用空間已成為形成一體化聯(lián)合作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。2016年，軍用衛(wèi)星繼續(xù)升級換代，偵察、導(dǎo)航、通信等領(lǐng)域衛(wèi)星及其應(yīng)用取得新進(jìn)展，多用途衛(wèi)星的快速發(fā)展模糊了軍用、民用之間的界限。激光通信、微縮干涉光學(xué)成像等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展突破了傳統(tǒng)衛(wèi)星功能限制，將對未來衛(wèi)星的研制與應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。

更多國家謀求天基偵察能力。國外成像偵察能力繼續(xù)擴(kuò)散，美、俄、歐等繼續(xù)研制與部署先進(jìn)的偵察衛(wèi)星，菲律賓、秘魯?shù)纫餐ㄟ^合作或者購買等方式尋求自主的天基偵察能力。美國國家偵察辦公室所屬的“先進(jìn)獵戶座”系列信號監(jiān)聽衛(wèi)星NROL-37和“未來成像體系”系列雷達(dá)成像衛(wèi)星NROL-45發(fā)射升空。俄羅斯發(fā)射了“獵豹”-M（Bars-M）光學(xué)測繪衛(wèi)星、“資源”-P3光學(xué)偵察衛(wèi)星以及GEO-IK-2兩用測地衛(wèi)星等，對地觀測能力進(jìn)一步增強(qiáng)；俄羅斯還開始了新一代雷達(dá)偵察衛(wèi)星的研制工作，首顆衛(wèi)星計(jì)劃2019年發(fā)射入軌。歐洲“哥白尼”計(jì)劃下的“哨兵”-3A監(jiān)測衛(wèi)星以及“哨兵”-1B雷達(dá)成像衛(wèi)星發(fā)射入軌，后續(xù)2顆光學(xué)衛(wèi)星“哨兵”-2C/2D也啟動了研制。印度發(fā)射了自行研制的“制圖衛(wèi)星”-2C光學(xué)成像衛(wèi)星，全色分辨率0.65米，多光譜分辨率2米。由歐洲空客公司研制分辨率為0.7米的秘魯首顆偵察監(jiān)視衛(wèi)星“秘魯衛(wèi)星”-1衛(wèi)星發(fā)射入軌。菲律賓實(shí)現(xiàn)了首顆國產(chǎn)對地觀測衛(wèi)星Diwata-1的入軌服役。沙特同美國數(shù)字地球公司合作，建造至少6顆小型光學(xué)對地觀測衛(wèi)星。

推進(jìn)通信衛(wèi)星的換代和部署。加快高吞吐量、高速率、抗干擾的先進(jìn)通信衛(wèi)星系統(tǒng)的研制與部署，有效滿足未來作戰(zhàn)的通信需要。美國發(fā)射了第5顆“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了該星座的完整部署，全面運(yùn)行后傳輸速度為原有系統(tǒng)10倍以上；美國家偵察局的新一代軍用數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的首星NROL-61發(fā)射入軌。加拿大國防部提出擬建設(shè)一個(gè)為北極地區(qū)提供24小時(shí)衛(wèi)星通信的星座。歐洲的大容量Ku波段“歐洲通信衛(wèi)星”9B成功發(fā)射，星上搭載了“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)”的首個(gè)數(shù)據(jù)中繼有效載荷。

完善導(dǎo)航衛(wèi)星體系建設(shè)運(yùn)行。美、俄、歐三大導(dǎo)航系統(tǒng)加快部署與升級，印度也在積極發(fā)展區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。美國完成了GPS 2F系列最后一顆衛(wèi)星的發(fā)射，繼續(xù)推進(jìn)GPS 3衛(wèi)星的研制與運(yùn)行控制系統(tǒng)的升級，加快采辦第二批GPS 3衛(wèi)星，計(jì)劃2018年發(fā)射GPS 3的首顆衛(wèi)星。俄羅斯發(fā)射了3顆“格羅納斯-M”衛(wèi)星，下一代“格羅納斯-K2”衛(wèi)星也將于2020年問世。歐洲發(fā)射了2顆“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星，系統(tǒng)在軌數(shù)量達(dá)到14顆。隨著年內(nèi)3顆衛(wèi)星的發(fā)射入軌，印度“區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星星座完成第一階段部署，區(qū)域自主導(dǎo)航能力大幅增強(qiáng)。

微小衛(wèi)星展示更多軍事潛力。小衛(wèi)星逐漸成為發(fā)展熱點(diǎn)，其突出優(yōu)勢受到軍方高度關(guān)注，有望在更大范圍與更深程度融入戰(zhàn)場作戰(zhàn)。根據(jù)歐洲資訊公司預(yù)測，未來10年，小衛(wèi)星將井噴式增長，發(fā)射數(shù)量超過3600顆，會引發(fā)航天領(lǐng)域的重大變革。美陸軍正在尋找利用微小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)成像和空間態(tài)勢感知的方法，DARPA重點(diǎn)支持“雷達(dá)網(wǎng)”項(xiàng)目，旨在突破小衛(wèi)星載荷技術(shù)瓶頸，降低發(fā)射成本。在偵察監(jiān)視領(lǐng)域，美國國家偵察局在地理空間情報(bào)會議上提出未來計(jì)劃加大利用立方體衛(wèi)星，并構(gòu)建新的地面控制體系；美國行星資源公司計(jì)劃建設(shè)“谷神星”系統(tǒng)，發(fā)射10顆小衛(wèi)星用于紅外和高光譜對地觀測。在通信領(lǐng)域，美陸軍正計(jì)劃發(fā)展由16顆小衛(wèi)星組成的“陸軍全球動中通衛(wèi)星通信”系統(tǒng)，該星座能覆蓋美國南方司令部、非洲司令部和部分太平洋司令部所轄?wèi)?zhàn)區(qū)，建成后可為特定地區(qū)提供持續(xù)通信服務(wù)；美歐多家公司繼續(xù)推進(jìn)利用微小衛(wèi)星構(gòu)建大型低軌通信衛(wèi)星星座的計(jì)劃，建成后將具有重要的軍事應(yīng)用價(jià)值。

先進(jìn)技術(shù)提升空間系統(tǒng)性能。在DARPA和NASA聯(lián)合投資下，美國洛·馬公司與加州大學(xué)聯(lián)合開展微縮干涉光學(xué)成像系統(tǒng)研究，利用大規(guī)模微型干涉儀組成的微縮陣列進(jìn)行干涉成像，有望上百倍降低傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)的尺寸和質(zhì)量，對于未來光學(xué)成像將產(chǎn)生深刻影響。美國科學(xué)家提出了圖像重構(gòu)技術(shù)，該技術(shù)可在不改變偵察衛(wèi)星硬件的前提下，利用單顆或多顆偵察衛(wèi)星對同一目標(biāo)的多張偵察圖像進(jìn)行在軌圖像后期處理與合成，理論上可將圖像分辨率提升5倍?？臻g激光通信具有傳輸速率高、安全性好等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、空中平臺大容量數(shù)據(jù)的近實(shí)時(shí)傳輸。歐洲發(fā)射了“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)”的首個(gè)數(shù)據(jù)中繼有效載荷，推動衛(wèi)星激光通信技術(shù)邁入實(shí)用化；DARPA啟動項(xiàng)目資助小企業(yè)研發(fā)衛(wèi)星間激光通信技術(shù)，為作戰(zhàn)人員提供更強(qiáng)的衛(wèi)星通信能力。

空間態(tài)勢感知形成天地一體新能力

空間態(tài)勢感知能力是洞察和掌控潛在對手空間活動意圖與動向、確保空間資產(chǎn)安全的關(guān)鍵，是進(jìn)行空間控制的基礎(chǔ)和前提。2016年，主要航天國家繼續(xù)推進(jìn)天地一體與覆蓋全軌道的空間態(tài)勢感知技術(shù)發(fā)展，“透明化”成為空間發(fā)展新走向。

研制與升級天地監(jiān)視系統(tǒng)。美國洛馬公司已經(jīng)在新澤西建立了一個(gè)小規(guī)?！疤栈h笆”雷達(dá)測試場，首次開始跟蹤空間目標(biāo)。美國空軍從DARPA接收了“空間監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡”（SST）的操控權(quán)，近期將該系統(tǒng)從白沙靶場遷往澳大利海軍基地。麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)研制的ORS-5空間監(jiān)視衛(wèi)星將于近期發(fā)射，提供地球同步軌道目標(biāo)監(jiān)視能力。歐空局授出合同，計(jì)劃在西班牙部署空間監(jiān)視雷達(dá)。

驗(yàn)證高機(jī)動空間監(jiān)視衛(wèi)星。美國空軍在年初的太空作戰(zhàn)模擬試驗(yàn)中使用“區(qū)域空間自動導(dǎo)航與制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)”（ANGLES）衛(wèi)星完成了一系列空間機(jī)動與抵近監(jiān)視任務(wù)。美國使用2014年發(fā)射的“地球同步軌道空間態(tài)勢感知項(xiàng)目”（GSSAP）衛(wèi)星抵近出現(xiàn)故障的“移動用戶目標(biāo)”-5衛(wèi)星，進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測；2016年8月，美國空軍發(fā)射了第3和第4顆GSSAP衛(wèi)星，GSSAP衛(wèi)星具備較強(qiáng)的機(jī)動變軌能力，可按需抵近地球同步軌道目標(biāo)，對目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)視。

關(guān)注多源數(shù)據(jù)融合與處理。DARPA啟動了提升空間態(tài)勢感知能力的“軌道瞭望”項(xiàng)目，該項(xiàng)目將通過集成美國政府、軍方、商業(yè)及國際合作伙伴等不同來源的空間目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，創(chuàng)建新型數(shù)據(jù)采集平臺和網(wǎng)絡(luò)，提供更清晰、更真實(shí)的空間態(tài)勢圖。2016年，“軌道瞭望”項(xiàng)目已經(jīng)完成了7家空間態(tài)勢感知數(shù)據(jù)提供商的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成，組建了全球最大的空間監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)體系。該項(xiàng)目建成后將使空間事件的提示與預(yù)警時(shí)間從幾周縮短到幾小時(shí)，使數(shù)據(jù)的精確性和經(jīng)濟(jì)可承受性實(shí)現(xiàn)指數(shù)級提高，為美軍空間態(tài)勢感知能力帶來革命性變化。

積極推進(jìn)國際與商業(yè)合作。至2016年12月，美國已與11個(gè)國家（英國、韓國、法國、加拿大、意大利、日本、以色列、澳大利亞、德國、西班牙、阿聯(lián)酋），以及兩個(gè)國際組織（歐洲航天局和歐洲氣象衛(wèi)星應(yīng)用組織）簽署了空間態(tài)勢感知共享協(xié)議，建立空間態(tài)勢感知數(shù)據(jù)分享聯(lián)盟。美軍還與50家衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)商、運(yùn)營商等簽署合作協(xié)議，將其獲得的空間目標(biāo)數(shù)據(jù)與衛(wèi)星運(yùn)營商通過遙測、跟蹤獲得的衛(wèi)星確切軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，提高空間目標(biāo)監(jiān)視能力。

空間控制技術(shù)進(jìn)入創(chuàng)新發(fā)展新階段

2016年，美歐等繼續(xù)探索在軌裝配、碎片清除等具備多種用途的空間先進(jìn)技術(shù)發(fā)展，這些技術(shù)的使用目的與界限模糊，其發(fā)展以及應(yīng)用前景引發(fā)了廣泛的猜測與憂慮，使得空間安全問題更加復(fù)雜多變。

積極探索空間自主裝配新概念。自主裝配是指由進(jìn)行自主服務(wù)的航天器在空間將不同的部件連接成航天器，該技術(shù)將大幅降低航天器成本，變革進(jìn)入和利用空間的能力，同時(shí)也具有重大的空間對抗應(yīng)用價(jià)值。美國開展了“蜻蜓”“空間光學(xué)孔徑自組裝”“空間裝配大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)”等一系列在軌裝配技術(shù)項(xiàng)目研究。美國NASA和加州理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)提出采用模塊化結(jié)構(gòu)、利用組裝機(jī)器人在太空中建造望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的概念。NASA計(jì)劃2017年舉辦技術(shù)挑戰(zhàn)賽，探索航天器模塊化、機(jī)器人裝配、空間組裝“太空拖船”等新技術(shù)。

穩(wěn)步推進(jìn)空間在軌服務(wù)項(xiàng)目。DARPA啟動了“靜止軌道衛(wèi)星機(jī)器人服務(wù)”（RSGS）項(xiàng)目，計(jì)劃在未來五年內(nèi)以公私合作方式發(fā)展地球同步軌道衛(wèi)星在軌檢查與維護(hù)技術(shù)，并進(jìn)行在軌演示驗(yàn)證。RSGS項(xiàng)目發(fā)展的軌道機(jī)動、機(jī)械臂等技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)全新的航天器操作方式?！暗聡谲壏?wù)任務(wù)”（DEOS）任務(wù)啟動10年以來，在多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，擬于2018年進(jìn)行在軌試驗(yàn)。該項(xiàng)目重點(diǎn)驗(yàn)證的燃料加注、故障維修等能力，以及使用的機(jī)械臂、交會對接、在軌捕獲等技術(shù)在空間對抗中具有一定應(yīng)用潛力。

歐盟空間碎片清除項(xiàng)目即將實(shí)施。歐盟“清除太空碎片”項(xiàng)目下用于清除太空碎片的試驗(yàn)裝置（魚叉、漁網(wǎng)和阻力帆）等在英國皇家學(xué)會科學(xué)展覽會上進(jìn)行了展示。該項(xiàng)目計(jì)劃2017年初發(fā)射，成為世界上首個(gè)測試空間垃圾捕獲系統(tǒng)的任務(wù)。

責(zé)任編輯：張傳良