發(fā)布首個國家太空戰(zhàn)略英國欲重振航天雄風(fēng)

文/趙榮

▲ 英國發(fā)布國家太空戰(zhàn)略

▲ 英國航天發(fā)射場預(yù)選地

英國政府于近期正式發(fā)布了期待已久的國家太空戰(zhàn)略（National space strategy），這也是英國首個國家太空戰(zhàn)略，宣布其將建設(shè)成為世界頂級太空經(jīng)濟體之一。該戰(zhàn)略提出了建設(shè)“銀河英國”的雄心壯志，將加大在太空領(lǐng)域的投資，統(tǒng)籌建設(shè)和發(fā)展軍、民、商太空力量，力圖恢復(fù)航天強國地位，以重振昔日航天榮光。

首個國家太空戰(zhàn)略

英國首個國家太空戰(zhàn)略旨在匯集英國在科技、國防、監(jiān)管和外交方面的優(yōu)勢，以追求宏大的國家太空愿景。該太空戰(zhàn)略確定了英國的五大目標(biāo)、四大關(guān)鍵支柱、十個重點領(lǐng)域，并將采取四個階段分步實施。

太空愿景

國家太空戰(zhàn)略中提出將英國建設(shè)成為一個航天強國，成為世界上最具創(chuàng)新性和吸引力的太空經(jīng)濟體之一。英國將保護和捍衛(wèi)本國在太空領(lǐng)域的利益，塑造太空環(huán)境，利用太空幫助應(yīng)對國內(nèi)外挑戰(zhàn)。英國將通過前沿領(lǐng)域研究，激勵下一代并保持英國在空間科學(xué)和技術(shù)方面的競爭優(yōu)勢。

五大目標(biāo)

國家太空戰(zhàn)略設(shè)定了英國的五大總體目標(biāo)，指導(dǎo)英國政府在未來幾年的工作重點，以實現(xiàn)英國的太空愿景，具體包括：發(fā)展和提升英國的太空經(jīng)濟；向全球推廣英國的太空價值觀；引領(lǐng)科技創(chuàng)新并激發(fā)國家科技活力；在太空中以及通過太空保護和捍衛(wèi)英國的國家利益；利用太空為英國公民和世界提供服務(wù)。

四大關(guān)鍵支柱

國家太空戰(zhàn)略提出了四大關(guān)鍵支柱來支持實現(xiàn)五大雄心目標(biāo)：一是釋放英國太空領(lǐng)域的增長，支持英國企業(yè)、研究人員和創(chuàng)新者發(fā)展太空行業(yè)并提升英國的太空經(jīng)濟；二是加強國際合作，包括與合作伙伴和盟友進行國際合作，以展示英國的全球領(lǐng)導(dǎo)力，并成為太空活動的首選國際合作伙伴；三是將英國發(fā)展成為科技超級大國，開展空間科學(xué)、探索和創(chuàng)新活動，主導(dǎo)重大太空任務(wù)，發(fā)展太空技術(shù)以應(yīng)對氣候變化等全球挑戰(zhàn)；四是發(fā)展彈性太空能力和服務(wù)，確保英國關(guān)鍵的國家基礎(chǔ)設(shè)施能夠依賴廣泛的彈性太空技術(shù)，并提供英國國防太空投資組合以加強英國在國內(nèi)外的安全。

十個重點領(lǐng)域

英國政府經(jīng)過戰(zhàn)略選擇，將集中資源用于優(yōu)先發(fā)展“最具影響力的關(guān)鍵領(lǐng)域”，為太空繁榮的未來奠定基礎(chǔ)，共梳理出了十個重點領(lǐng)域：搶占歐洲商業(yè)小衛(wèi)星發(fā)射市場；利用空間技術(shù)應(yīng)對氣候變化；釋放整個太空領(lǐng)域的創(chuàng)新；通過空間科學(xué)和探索拓展視野；發(fā)展世界級太空集群；引領(lǐng)全球，努力使太空發(fā)展更具可持續(xù)性；利用空間技術(shù)改善公共服務(wù)；交付英國國防太空資產(chǎn)組合；提升技能并激勵未來的太空工作人員；利用太空對交通系統(tǒng)進行改造和現(xiàn)代化。

四個實施階段

英國的國家太空戰(zhàn)略以運載火箭發(fā)射為例，劃分為4個階段進行實施。倒計時階段，政府在2021年底前發(fā)布國家太空戰(zhàn)略，進行政府綜合支出審查，制定未來太空活動預(yù)算，并制定政府的詳細計劃。點火階段，政府在2022年至2023年期間，將建立由支出審查資助的太空計劃以實現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)、建立新的太空關(guān)系、鞏固英國作為科學(xué)超級大國的領(lǐng)導(dǎo)地位，以及進行首次衛(wèi)星發(fā)射。推進階段，2023年至2030年期間，實施國家太空戰(zhàn)略帶來的益處將融入英國經(jīng)濟、社會和日常生活中，通過創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)精神和有針對性的政府支持，新技術(shù)和新市場的領(lǐng)導(dǎo)地位將出現(xiàn)。在軌階段，政府在2030年后將根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)和愿景評估太空進展情況，并重新評估國家太空戰(zhàn)略，確保英國適應(yīng)不斷變化的太空環(huán)境。英國將加強在太空經(jīng)濟領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，并重申對科技、創(chuàng)新和國防的承諾。

▲ 黑箭火箭發(fā)射

昔日的航天榮光

英國的航天歷史十分悠久，曾經(jīng)是一個航天強國，具備獨立發(fā)射衛(wèi)星的能力，是全球第六個獨立發(fā)射衛(wèi)星的國家。英國于1971年10月28日在澳大利亞伍默拉（Woomera）發(fā)射場，使用本國研制的黑箭（Black Arrow）運載火箭成功發(fā)射了一顆名為普洛斯彼羅（Prospero）的衛(wèi)星，使英國成為繼蘇聯(lián)、美國、法國、日本、中國之后第六個具備獨立發(fā)射衛(wèi)星能力的國家。

黑箭火箭由英國在黑騎士火箭的基礎(chǔ)上改進研發(fā)，是一種小型三級運載火箭，一、二級為液體燃料，三級為固體燃料，起飛質(zhì)量約18.2噸，全長約13米，直徑約2米，最大運載能力約135千克?！捌章逅贡肆_”衛(wèi)星是一顆英國的科學(xué)技術(shù)衛(wèi)星，由英國皇家飛機公司（RAE）研制，外形呈多面體，類似于南瓜形狀，質(zhì)量66千克，最大直徑為1.2米，高度為0.7米，入軌后運行在近地點531千米、遠地點1403千米、傾角82度的軌道上，主要用來進行太陽能電池、遙測和電力系統(tǒng)等通信衛(wèi)星所需技術(shù)的實驗，并攜帶微流星體探測器進行測量微流星體發(fā)生率的科學(xué)實驗。

▲ 普洛斯彼羅衛(wèi)星

▲ “追星者”公司的諾瓦-2火箭

▲ “云宵塔”空天飛機

運載火箭作為進入太空的基礎(chǔ)，是一個國家能自主利用太空的先決條件。英國作為老牌強國，獨立發(fā)射衛(wèi)星彰顯了其大國地位。當(dāng)時的英國在航天領(lǐng)域充滿了自豪和榮耀。但是，當(dāng)時英國的經(jīng)濟因英鎊危機出現(xiàn)下滑，不允許英國繼續(xù)在航天領(lǐng)域大干一場。英國只能在有所取舍的情況下，放棄了繼續(xù)獨立發(fā)展運載火箭，把有限的資金集中到發(fā)展衛(wèi)星上，衛(wèi)星發(fā)射則開始依托國外火箭。正是在這種無奈的情況下，黑箭火箭成了曇花一現(xiàn)，在第一次成功發(fā)射衛(wèi)星后就取消了后續(xù)發(fā)展。到目前為止，英國仍是唯一一個成功自主發(fā)射衛(wèi)星又主動放棄發(fā)射能力的國家。

蓬勃發(fā)展的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)

英國的航天力量在本國不溫不火的環(huán)境中緩慢發(fā)展了近半個世紀，進入21世紀后又迎來了新的曙光。英國政府制定了雄心勃勃的太空戰(zhàn)略，相繼出臺了航天工業(yè)法、國家太空戰(zhàn)略等政府指導(dǎo)性文件，采取多種舉措推動商業(yè)航天發(fā)展，力圖恢復(fù)航天強國地位，并使英國能夠完全實現(xiàn)在本土發(fā)射衛(wèi)星。目前，英國超過4.5萬人從事太空領(lǐng)域工作，每年的太空經(jīng)濟產(chǎn)值超過164億英鎊，約占全球太空經(jīng)濟總量的6%，英國提出了到2030年時要在全球太空經(jīng)濟總量中占10%份額的目標(biāo)。

運載火箭

自從“黑箭”之后，英國政府就一直沒有發(fā)展新的可用運載火箭，但英國也從未放棄擁有運載火箭的愿望。如今，英國政府及商業(yè)公司一方面在努力研發(fā)新型運載火箭，另一方面也在積極引進國外的運載火箭在英國本土進行發(fā)射。英國計劃2022年實現(xiàn)從本國進行首次太空發(fā)射，一旦成功，這也將開創(chuàng)在歐洲本土發(fā)射衛(wèi)星的先例。

1.自主研發(fā)的運載火箭

英國國內(nèi)公司目前正在研發(fā)的火箭主要為小型運載火箭，主要包括“首要”（Prime）火箭和Skyrora-XL火箭。英國公司從技術(shù)難度和商業(yè)需求角度考慮，主要瞄準(zhǔn)小衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)市場。這些研發(fā)中的小型運載火箭普遍采用時下最新的技術(shù)，包括復(fù)合材料、3D打印、環(huán)保燃料等。

Orbex太空公司正在研發(fā)Prime小型運載火箭。Prime火箭是一款先進、低碳、高性能的小型運載火箭?；鸺捎脙杉壗Y(jié)構(gòu)設(shè)計，起飛質(zhì)量約18噸，全長約17米，直徑約1.3米，能將150千克有效載荷送入500千米高的太陽同步軌道?；鸺捎昧舜罅康男路f設(shè)計，發(fā)動機采用3D打印并以生物丙烷和液氧作為燃料，并將回收火箭一級，計劃于2022年從蘇格蘭的薩瑟蘭太空中心執(zhí)行首次發(fā)射任務(wù)。公司稱已經(jīng)在蘇格蘭建立了一個火箭設(shè)計和制造工廠，并已簽署了多份發(fā)射合同。

▲ 運載器一號火箭

Skyrora公司正在研發(fā)Skyrora-XL運載火箭。Skyrora-XL火箭采用三級液體燃料火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計，起飛質(zhì)量約55.8噸，全長約22.7米，直徑約2.2米，能將315千克有效載荷送入低軌道，計劃于2022年末進行首次發(fā)射。Skyrora-XL火箭的一大設(shè)計特點是可采用移動發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射。運載火箭和航天器的測試及裝配大樓為可快速搭建的結(jié)構(gòu)，發(fā)射臺是一個組合式可移動裝置。火箭發(fā)射所需的配套單元都采用模塊化設(shè)計，可用12.2米規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱進行運輸。

“追星者”（Starchaser）公司是一家提供太空旅游和小衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)的公司，旨在為太空市場提供安全、可靠、負擔(dān)得起和可重復(fù)使用的運載工具。公司正在研發(fā)諾瓦-2（Nova-2）火箭，火箭長約12米，可將1名乘客送到太空邊緣再返回地球，進行太空旅游體驗。之后，公司再打算建造可載3人的可重復(fù)使用的火箭飛船“雷星”（Thunderstar）用于太空旅游。最后，再發(fā)展衛(wèi)星運載火箭。

B2Space公司旨在為小型和微型衛(wèi)星提供可靠、靈活和低成本的近地軌道發(fā)射服務(wù)，正在研發(fā)Rockoon發(fā)射裝置，將用氣球帶火箭到高空進行發(fā)射。目前基本處于概念研究階段，還沒有取得實質(zhì)性進展。

此外，英國還在積極研制云宵塔(Skylon）空天飛機，可實現(xiàn)單級入軌并重復(fù)使用，將顛覆現(xiàn)有進入太空的方式。目前英國正在研發(fā)“云宵塔”空天飛機所需的佩刀（SABRE）吸氣式火箭發(fā)動機。

2.國外引進的運載火箭

英國將引入國外發(fā)射的運載火箭主要包括運載器一號火箭、RS-1火箭和Zephyr火箭等。運載器一號火箭是維珍軌道公司研制的空射型小型運載火箭，目前只在美國發(fā)射?；鸺秊閮杉壗Y(jié)構(gòu)，全長約21米，直徑約1.8米，發(fā)射質(zhì)量約25.8噸，低軌道運載能力約500千克，太陽同步軌道運載能力約300千克。英國放開本土發(fā)射限制后，維珍軌道公司計劃于今年夏天在英國康沃爾航天港開展首次發(fā)射服務(wù)。

RS-1火箭是美國ABL太空系統(tǒng)公司正在研制中的小型運載火箭。火箭為兩級結(jié)構(gòu)，全長約26.8米，直徑約1.8米，最大發(fā)射質(zhì)量約68噸，低軌道運載能力約1350千克，太陽同步軌道運載能力約1000千克。RS-1火箭計劃于今年末在英國的SaxaVord航天港進行一箭多星發(fā)射任務(wù)。

▲ ABL太空系統(tǒng)公司的RS-1火箭

Zephyr火箭是法國風(fēng)險軌道系統(tǒng)（Venture Orbital Systems） 公 司正在研制中的小型運載火箭。火箭為兩級結(jié)構(gòu)，全長約15米，直徑約1.2米，低軌道運載能力約80千克，太陽同步軌道運載能力約70千克，計劃于2024年在英國進行首次發(fā)射任務(wù)。

航天發(fā)射場

英國在早期進行黑箭火箭發(fā)射時，因本土禁止發(fā)射火箭，火箭只能運到澳大利亞的伍默拉發(fā)射場進行發(fā)射。為了進軍商業(yè)火箭發(fā)射市場，2018年英國議會特地修訂航天工業(yè)法以允許在本土境內(nèi)發(fā)射火箭，并積極規(guī)劃和籌建本國的航天發(fā)射場，以填補英國蓬勃發(fā)展的太空產(chǎn)業(yè)鏈中的空白。

英國政府正在全國范圍內(nèi)尋找合適的地點，計劃建造多處航天發(fā)射場。英國政府經(jīng)過考慮，優(yōu)選批準(zhǔn)了兩個地點來建設(shè)本國的航天發(fā)射場，分別是薩瑟蘭（Sutherland）航天中心和康沃爾（Cornwall）航天港。此外，還有SaxaVord航天港（以前稱設(shè)得蘭航天中心）作為潛在發(fā)射場，剛獲得政府的批準(zhǔn)，將開工建設(shè)。薩瑟蘭航天中心位于英國蘇格蘭北部薩瑟蘭郡的海岸邊，主要用于垂直火箭發(fā)射，如Prime火箭、Skyrora-XL火箭等。薩瑟蘭航天中心位于英國靠北的高緯度地區(qū)，對發(fā)射小傾角和地球同步軌道衛(wèi)星不太有利，但適合向北發(fā)射極軌類衛(wèi)星，而且航區(qū)都在海上，安全性也高?？滴譅柡教旄畚挥谟⒏裉m西南部的紐基地區(qū)，主要進行空射式火箭的發(fā)射以及商業(yè)航天旅游?？滴譅柡教旄垡岩脒\載器一號火箭，最早將于2022年執(zhí)行首次發(fā)射任務(wù)。Sierra Space公司是第二家宣布計劃使用康沃爾航天港的公司，已與康沃爾航天港簽署了一份諒解備忘錄，將其作為“追夢者”航天飛機的備用返回著陸地，稱該航天港是一個合適且可行的返回地點。未來，英國將把康沃爾航天港打造成一個集衛(wèi)星研發(fā)和發(fā)射于一體的太空集群中心，并將建設(shè)一個空間技術(shù)中心，同時吸引學(xué)術(shù)界和中小企業(yè)進駐。規(guī)劃的設(shè)得蘭航天港位于設(shè)得蘭群島(Shetland Islands)的安斯特島，比薩瑟蘭航天中心還要靠北，也是發(fā)射極地軌道衛(wèi)星的理想地點。

▲ 一網(wǎng)衛(wèi)星

衛(wèi)星制造業(yè)

目前，英國國內(nèi)已經(jīng)形成了一定的航空航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在航空、航天、電子技術(shù)等方面有著較好的積累。特別是英國的航空產(chǎn)業(yè)處于歐洲乃至全球前列，從而也一定程度上間接帶動了航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展。衛(wèi)星制造是英國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，既有像英國宇航公司（BAE）這樣的大型綜合性軍工企業(yè)，又有像薩里衛(wèi)星技術(shù)有限公司（SSTL）這樣的專注性衛(wèi)星企業(yè)。此外，空客公司、泰雷茲阿萊尼亞宇航公司等著名公司在英國都有分部，從事航空航天領(lǐng)域工作。BAE公司是英國最大的航空航天企業(yè)，也是全球第三大防務(wù)公司，從事領(lǐng)域包括軍民用飛機、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、電子設(shè)備、武器系統(tǒng)等。SSTL公司是英國領(lǐng)先的小衛(wèi)星制造商，開創(chuàng)了領(lǐng)先的新衛(wèi)星技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)，在全球非常著名。公司于1985年正式成立，是由英國薩里大學(xué)組建的一家私營衛(wèi)星制造公司,專注于小衛(wèi)星領(lǐng)域發(fā)展，在小衛(wèi)星的設(shè)計、建造、測試和運營等方面處于全球領(lǐng)先地位，并與廣泛的國際客戶和伙伴合作。公司在成立后30多年來共為22個國家建造和發(fā)射了約70顆衛(wèi)星。目前，SSTL公司已并入空中客車公司，成為空中客車公司的全資子公司，使得SSTL公司能更好的發(fā)揮其增長潛力。

▲ O3b衛(wèi)星地面圖

▲ Orbex公司的Prime火箭概念圖

互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星

目前，全球互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星呈爆發(fā)式的發(fā)展。英國政府為互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座“一網(wǎng)”（OneWeb）的發(fā)展提供了資金支持，并擁有公司的否決權(quán)。一網(wǎng)公司成立于2012年，總部位于英國倫敦，制造衛(wèi)星的工廠位于美國。一網(wǎng)衛(wèi)星從2019年首次發(fā)射以來共發(fā)射了428顆，使英國在軌工作的衛(wèi)星數(shù)量達到約460顆，為全球第三。一網(wǎng)公司經(jīng)歷了2020年的破產(chǎn)和重組后，目前股東由英國政府、歐洲衛(wèi)星通信公司、日、印、韓等國投資財團組成，實力更加雄厚。一網(wǎng)星座是一個低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座，設(shè)計由648顆小衛(wèi)星組成，形成覆蓋全球的高速通信網(wǎng)絡(luò)，允許用戶隨時隨地聯(lián)網(wǎng)進行通信和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。一網(wǎng)衛(wèi)星由空客防務(wù)與航天公司研制，空客防務(wù)與航天公司和一網(wǎng)公司以各占50%比例創(chuàng)建了合資企業(yè)OneWeb Satelites來建造衛(wèi)星。衛(wèi)星設(shè)計壽命大于7年，質(zhì)量約147千克，采用電推進系統(tǒng)，星載Ku波段有效載荷，運行在高度1200千米、傾角87.4度的軌道上，每顆衛(wèi)星至少可支持8Gbps的數(shù)據(jù)速度。

▲ SSTL公司的航天器運行中心

此外，英國還建設(shè)了O3b通信衛(wèi)星星座。目前O3b星座運行有20顆衛(wèi)星，采用獨特的中地球軌道，運行軌道高度約8062千米、傾角約0度，主要為全球南北緯50度內(nèi)偏遠地區(qū)的用戶提供高速和低成本的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。衛(wèi)星質(zhì)量約700千克，星載Ka波段有效載荷，單星通信容量可達10Gbps的數(shù)據(jù)速度。O3b公司正在研發(fā)新一代O3b衛(wèi)星，單星質(zhì)量1700千克，星座規(guī)模將擴大到40顆衛(wèi)星，包括24顆0度傾角衛(wèi)星和16顆70度傾角衛(wèi)星，并將實現(xiàn)近全球通信覆蓋。首顆新一代O3b衛(wèi)星將于近一兩年內(nèi)發(fā)射。

全球各國對太空的依賴越來越大，英國政府制定了雄心勃勃的國家太空戰(zhàn)略，設(shè)定了未來十年的發(fā)展目標(biāo)，并以樂觀的態(tài)度期待英國在全球航天國家中扮演更加突出的角色。英國政府將利用在工業(yè)、科學(xué)技術(shù)和創(chuàng)新等方面引以為豪的傳統(tǒng)和優(yōu)勢，積極與工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和國際社會共同合作一起將英國建設(shè)成航天強國。特別是英國將在2022年重新?lián)碛凶灾靼l(fā)射衛(wèi)星的能力，將成為第一個從歐洲發(fā)射火箭進入軌道的國家，必將開啟英國航天發(fā)展的新篇章。