美軍地月空間活動發(fā)展研究

王帥（北京空間科技信息研究所）

1 地月空間的戰(zhàn)略意義及軍事應用潛力

已成人類活動新疆域，是有待開辟的第八大洲

“地月空間”（Cislunar Space）概念尚無準確定義，通常指的是以地球和月球引力為主導的區(qū)域，至少延伸至距地面40多萬千米處。相比于當前重點關注的地球同步軌道以內區(qū)域，地月空間的距離擴展了10倍以上，空間擴展了1000倍以上。

隨著人類技術的不斷進步，地月空間不再只是探索為主的“科研站”和“試驗場”，在月球建立人類永久存在有望在近期實現(xiàn)，經(jīng)濟活動和國家主權將延伸至地月空間，成為人類邁向“星際物種”的第一站。特別是由于月球的存在，地月空間具備近地空間沒有的實體特性，這導致地月空間更加類似于海洋，有可能成為國土的一種延伸，在國家經(jīng)濟、外交、國防等方面產(chǎn)生巨大影響。

經(jīng)濟層面，除了近地空間軌道和頻譜等資源的擴展之外，由于月球富含水冰及各類礦物資源，地月空間有望成為人類未來重要的資源地，地月經(jīng)濟圈將成為人類商業(yè)活動的新藍海，在支撐地球經(jīng)濟發(fā)展的同時釋放過剩的產(chǎn)能。

外交層面，基于解決人類共同問題和推動人類發(fā)展的名義，“同一片藍天”促成的應對氣候變化聯(lián)盟可能在地月空間得以復刻，地月空間新聯(lián)盟將為“人類空間活動”構建新的規(guī)則體系，顛覆或進一步鞏固當前的世界運行規(guī)則。

國防層面，經(jīng)濟和國家主權的擴張必將輔以國防力量的跟進，地月空間軍事力量的提升本身就是國家國防能力的擴展。并且作為未來戰(zhàn)場的一部分，地月空間的態(tài)勢感知、通導基礎設施以及后勤力量也將服務于未來的各類地面和太空戰(zhàn)爭。此外，地月空間活動牽引的技術發(fā)展也將服務于國家科技實力的提升。

空間廣闊、易守難攻，是攻防博弈的戰(zhàn)略高地

空間廣闊加上軌跡預報困難，導致地月空間航天器具有很強的隱蔽性。并且地月空間還存在著類似地球靜止軌道（GEO）一樣的高價值周期軌道，即拉格朗日點軌道。這些軌道因其具備高位優(yōu)勢、相對于地月位置不變、高勢能和弱穩(wěn)定的特性，適合于對地月空間進行持續(xù)監(jiān)測、部署天基信息支援設施、儲備武器裝備以實現(xiàn)地月空間全域打擊等?？稍诘卦驴臻g部署“核潛艦”（類似于深海中部署的核潛艇），進而形成新的域外核設施，構建新的天基戰(zhàn)略威懾。

地月之間存在著一系列關鍵通道，結合美國《阿爾忒彌斯協(xié)定》中推動的“安全區(qū)”概念，特殊地理位置的先占者將具備“交通要道”的部分控制權，可部署軍事要塞對區(qū)域進行控守和支援。美國“門戶”地月空間站擬采取的近直線暈軌道（DRHO）就是載人任務的最優(yōu)中轉軌道之一，能夠為地月空間的設施提供全方位的后勤保障服務。此外，依托于月球的資源，可以在月球表面建設大型觀測設施，形成對地球表面至月球空間的全域監(jiān)視能力。

地月拉格朗日點軌道及一些轉移軌道被美天軍視為空間域中的關鍵“地形” “交通線”和“后勤點”，被考慮用于擴展感知架構和作為后勤站點。已有人提出在地月空間拉格朗日點隱蔽部署“狼群”戰(zhàn)術航天器，由一個母艦攜帶多顆子星，可釋放子星對地月空間全域進行打擊。美國智庫戰(zhàn)略與國際研究中心就在2021年2月發(fā)布的《太空黑魔法防御：保護太空系統(tǒng)免遭太空對抗武器攻擊》報告中，設想中國的“鵲橋”中繼星釋放子衛(wèi)星，從地月拉格朗日L2點向地球同步軌道加速前進并進行打擊的場景。

2 美軍地月空間發(fā)展戰(zhàn)略

“重返月球”自20世紀初便被列為美國航天發(fā)展戰(zhàn)略的核心事項之一，長期以來，該國都以美國國家航空航天局（NASA）為主推動相關計劃和系統(tǒng)的發(fā)展。2019年新確立的“阿爾忒彌斯”計劃繼承了“星座計劃”核心系統(tǒng)，提出2024年登月、2028年建立月球基地的設想。隨后，國防部提出地月空間已經(jīng)與國家利益綁定，需要實施地月空間軍事活動以保護國家利益，進而開始推動地月空間相關活動的發(fā)展。在攻防尚處于概念和技術研究的階段，發(fā)展威懾能力是當前美軍關注的重點，主要涉及感知和威懾失效時的威脅減緩。

出臺頂層文件，明確地月空間戰(zhàn)略意義

天軍《太空頂層出版物：天權》（Space Capstone Publication: SPACE POWER）學說中多次提及地月空間，認為月球及其周圍的空間可能成為下一個軍事領域，必須為未來的發(fā)展做好準備?！短鞕唷分兄赋觯痪玫膶?，國家太空利益范圍有可能擴展到地月軌道區(qū)域甚至更遠。技術在持續(xù)向前發(fā)展，美國軍事太空力量必須要與其他國家權力工具保持同步發(fā)展，以保護、防御和維護國家的太空戰(zhàn)略利益?！短鞕唷穼ⅰ耙粭l軌道至另一條軌道的最小能量轉移軌道，從地心軌道向地月軌道或更遠區(qū)域的轉移軌道”都視為有價值的“交通線”，一些地月空間的特殊軌道被看作太空戰(zhàn)場的“關鍵地形”。

加強軍民合作，優(yōu)先發(fā)展態(tài)勢感知能力

2019年春季，時任太空發(fā)展局局長費雷德·肯尼迪（Fred Kennedy）透露，已將跟蹤月球空間的目標列為太空發(fā)展局的優(yōu)先事項。2019年3月，空軍航天司令部召開太空未來研討會，探討太空到2060年的作用，形成了《太空未來2060及其對美國戰(zhàn)略的影響》報告。報告提出保護地月空間資產(chǎn)，使用地月空間基礎設施監(jiān)測和控制太空活動并提供信息服務，在整個地月空間投射軍事力量，搶先其他國家壟斷關鍵后勤點（月球極地、拉格朗日點等）或關鍵資產(chǎn)（小行星、月球水冰等）用于軍事用途。報告還將深空勘測與跟蹤技術、地月操作（通信、導航、空間結構維修、裝配和制造）能力、地球軌道以遠的共享平臺和搭載載荷、地球軌道及以遠的可互操作航天器通信網(wǎng)絡等列為天軍發(fā)展領域。

2020年9月，NASA和美國天軍正式同意在太空政策、研究、技術以及行星保護等領域合作，新的諒解備忘錄取代了14年前NASA與美國空軍航天司令部之間簽署的協(xié)議。NASA正在將所有人利益推向更遠的太空，天軍則將確?！疤招袆幼杂伞?，以便NASA可以安全返回月球并實現(xiàn)載人火星探索。天軍提出，當航天器遭受攻擊時識別肇事者至關重要，而發(fā)生在太空的攻擊很難識別肇事者，NASA和天軍將共享數(shù)據(jù)以幫助解決這些問題。

出臺戰(zhàn)略規(guī)劃，瞄準未來進行能力儲備

美國國防部太空發(fā)展局已經(jīng)制定了長期規(guī)劃，開發(fā)監(jiān)視衛(wèi)星，以保持對地月空間的關注。2019年7月，美國防部太空發(fā)展局在其下一代“七層”太空體系中提出“威懾層”概念，該層的主要功能是提供地月空間范圍太空態(tài)勢感知和快速介入。威懾層的主要目標是針對航天國家在地月空間的探索和利用活動越來越頻繁，探索范圍不斷拓展的情況，構建對敵方攻擊太空資產(chǎn)具有威懾效果的能力。構想的體系包括地球軌道上的上百個太空態(tài)勢感知節(jié)點、地月拉格朗日點軌道的數(shù)個感知節(jié)點和3架先進地月空間機動飛行器。2020年2月，美國天軍太空和導彈系統(tǒng)中心（SMC）首席合作官迪安娜·瑞艾斯對外透露了天軍“主宰太空2030”規(guī)劃構想，提出在2030年及以遠階段，太空態(tài)勢感知、在軌服務和力量投送能力向GEO以遠的地月空間拓展，保持軍事力量存在，與國家太空活動和利益延伸相匹配。這一階段將實現(xiàn)深空“狼群”、深空飛行安全/環(huán)境監(jiān)測、深空在軌服務，支持地月空間民用系統(tǒng)運行，支持同步軌道以遠力量投送。2021年，美國空軍研究實驗室發(fā)布了《地月空間基礎》，描述了地月空間的動力學、觀測挑戰(zhàn)以及航天器運行軌跡等相關知識，旨在使讀者熟悉地月空間，目標讀者是開發(fā)計劃、能力、專業(yè)知識和作戰(zhàn)概念的軍事航天專業(yè)人員。

3 美軍地月空間發(fā)展舉措

目前，美軍在地月空間的主要發(fā)展舉措是由空軍研究實驗室（AFRL）推動地月空間態(tài)勢感知研究，由國防高級研究計劃局（DARPA）推動地月空間核動力航天器研究，聯(lián)合商業(yè)部門一起研究地月空間的潛在應用及所需技術，研究重點仍停留在概念和技術研究，目前尚未提出明確的裝備型號和項目。

開展概念研究，梳理太空域感知架構

空軍研究實驗室正重點推動地月空間太空域感知的前期研究，意圖首先梳理清楚地月空間太空域感知所需架構，即需要怎樣的天地基系統(tǒng)、天基系統(tǒng)的部署位置和敏感器類型、地面目標跟蹤和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。

空軍研究實驗室最初的研究重點在于了解當前的太空態(tài)勢感知架構如何擴展至地月空間，開展收集和管理月球情報的概念研究，從戰(zhàn)略角度發(fā)現(xiàn)當前的不足并提出相應的建議。2019年12月，美國“空軍小型企業(yè)創(chuàng)新計劃”發(fā)布公告，征集商業(yè)創(chuàng)新研究概念，以支持未來地月空間太空域感知的需求，以便獲得工具用于分析任務時能夠快速地對任務進行可視化和審查。之后，美國初創(chuàng)公司瑞亞太空活動公司（RSA）聯(lián)合澳大利亞感知航天公司（Saber Astronautics）獲得了一份價值5萬美元的研究合同，提議使用三維空間態(tài)勢感知門戶跟蹤目標和分析數(shù)據(jù)。

完成上述研究后，空軍研究實驗室于2020年10月宣布了名為“地月空間高速公路巡邏系統(tǒng)”（CHPS）的一項實驗，將研究地月空間太空域感知技術，克服地月空間監(jiān)視的困難?！暗卦驴臻g高速公路巡邏系統(tǒng)”項目即是解決地月空間監(jiān)測架構和技術的先驅項目?？哲娧芯繉嶒炇乙殉醪矫鞔_CHPS項目將建造用于監(jiān)測地月空間活動的航天器，并正在向工業(yè)界征求設計和研制航天器的方案。

“地月空間高速公路巡邏系統(tǒng)”

經(jīng)營軌道目標跟蹤業(yè)務的外空分析解決方案公司（ExoAnalytic Solutions）與空軍研究實驗室和太空發(fā)展局簽訂了合同，以展示跟蹤地月空間目標的能力，并找出進行地月空間監(jiān)視的天基架構的組件。該公司正在研究的問題之一是在哪里放置航天器，以及需要什么傳感器來監(jiān)視地月甚至更遠的空間。公司發(fā)展的觀測更暗目標的技術可以用于觀測更遠的月球軌道，預計還需要大量投資用于建設地月空間的通信和導航系統(tǒng)。

直觀上來講，地月空間的態(tài)勢感知是地球同步軌道以外空間的延伸，因此延續(xù)當前從地球“向外看”的思路是最為直接的，在地基設施受限于大氣等因素干擾的情況下，在近地空間部署星座對外進行監(jiān)測是最簡單的一種地月空間態(tài)勢感知架構。“七層體系”中的威懾層即考慮利用近地的小衛(wèi)星星座對地月空間進行監(jiān)測，一方面符合新體系低成本、分散和彈性的初衷，另一方面可與其他層有較好的融合。然而，由于月球反射太陽光線，導致以地球為頂點、月球周邊為基底的錐形區(qū)域無法從地球方向有效觀測。因此，美軍設想了在拉格朗日L1點和L2點軌道補充放置航天器的架構，這樣可以利用拉格朗日點的特性保持對地月之間空間的長期連續(xù)觀測，提供獨特的感知視角?；诋斍懊儡姷幕顒?，可以推測美國未來地月空間太空域感知架構將是在現(xiàn)有地基設施的基礎上，建設近地球軌道網(wǎng)絡進一步補強能力，同時在L1點、L2點、L4點等位置部署設施，補全觀測區(qū)域的同時對地月轉移通道實現(xiàn)增強觀測。

推動試驗項目，發(fā)展核動力推進技術

美國防部太空發(fā)展局在其“七層”太空體系的“威懾層”中首次提出要建造3架先進“地月空間機動飛行器”，旨在將太空威懾和太空軍事力量投射能力延伸至地月空間。目前雖尚無“地月空間機動飛行器”具體方案設計和規(guī)劃，但美軍已率先通過國防高級研究計劃局（DARPA）開展地月空間力量投射的重點技術驗證工作。

2020年2月，DARPA在2021財年預算申請中確定了“敏捷地月空間飛行火箭驗證”（DRACO）項目近2年的開發(fā)計劃，重點開發(fā)和演示驗證高豐度低濃縮鈾（HALEU）核熱推進（NTP）技術。DRACO項目將利用增材制造方法打印核熱推進燃料單元，從而優(yōu)化核熱推進系統(tǒng)反應堆設計，使其不再受傳統(tǒng)制造工藝的約束，并對增材制造打印鈾燃料單元進行首次驗證。DARPA期望該項目在完成演示驗證后，把相關技術轉移給美國天軍應用。盡管地月空間監(jiān)視不需要核推進，但具備核推進的航天器可以快速進入監(jiān)視目標的位置，同時能夠在更長的時間內保持活躍。DRACO計劃的兩個關鍵目標是：為各種任務提供靈活、敏捷的機動能力；及時對地月空間進行態(tài)勢感知。DRACO計劃的目標是在2025年發(fā)射由核熱推進驅動的低地球軌道航天器，DARPA認為這項技術將使航天器能夠快速遠距離機動，獲得類似于化學推進的高推重比，并接近電推進系統(tǒng)的高推進效率。DARPA表示，監(jiān)視地月空間需要“推進技術的飛躍”。敏捷航天器對于保持太空態(tài)勢感知至關重要，并且可以顯著減少廣闊地月空間中的運輸時間。

2021年4月，DARPA先后授予美國通用原子公司（General Atomics）以及洛馬公司和藍源公司DRACO項目合同，通用原子公司獲得了2200萬美元的合同，來設計用于太空推進的小型核反應堆；洛馬公司和藍源公司分別獲得了290萬美元和250萬美元的合同，用于開展航天器概念設計。DRACO計劃的第一階段將持續(xù)18個月，并將側重于通用原子公司的核反應堆以及核推進子系統(tǒng)概念；第二階段，藍源公司和洛馬公司將獨立開展航天器的概念設計。

廣泛征詢概念，瞄準未來新型技術

除了核推進以外，空軍研究實驗室還在支持其他的先進推進系統(tǒng)研發(fā)，包括電推進以及太陽能熱推進。此外，DARPA還在考慮發(fā)展月球大型設施。

DRACO計劃概念圖

空軍研究實驗室的快速創(chuàng)新中心（CRI）與天軍聯(lián)合開展“防御深空哨兵”（Defense Deep Space Sentinel）項目，將通過先進的電力推進和緊湊型電力系統(tǒng)技術展示小型衛(wèi)星的極端機動性，這些技術是各種深空任務的基礎，包括態(tài)勢感知、交會/近距離操作、空間服務、空間目標移除和回收等。

SCORPIUS航天器概念圖

2021年7月，瑞亞太空活動公司（RSA）宣布獲得美國空軍的“小型商業(yè)創(chuàng)新研究”合同，以探索太陽能熱推進系統(tǒng)，研究改進實現(xiàn)太陽能熱推進的路徑以及推進劑可儲存性和壽命。RSA公司提出了名為天蝎座（SCORPIUS）的太陽能熱推進航天器，作為解決未來地月空間系統(tǒng)推進問題的一種無核方案，將允許美國天軍在地月空間進行設備的運輸，促成巡邏地月拉格朗日點、在低地球軌道和地球同步軌道之間轉移衛(wèi)星、移除空間碎片等任務。SCORPIUS通過展開式太陽能反射器加熱鎢塊，進而蒸發(fā)推進劑以產(chǎn)生推力。反射器還能夠作為大面積通信天線，并為其他航天器子系統(tǒng)提供能源，在地月空間提供通信服務。SCORPIUS還將配備電推進發(fā)動機，在大推力/低比沖和小推力/高比沖模式之間自由切換，允許航天器在非緊急情況下節(jié)省燃料。

2021年2月，DARPA宣布了一個名為“新型軌道和月球制造、材料和高效率設計”的新項目，希望從航天工業(yè)部門了解在月球上制造大型結構的能力。DARPA的愿景是開發(fā)大型、精確和靈活結構的太空制造所需的材料、工藝和設計。DARPA還沒有發(fā)放合同的計劃，而是在進行市場研究。公告中并未說明為什么DARPA或國防部對月球系統(tǒng)感興趣。DARPA想了解的一些月球制造技術包括大型高精度機械結構、大型太陽能電池板、大型射頻反射器天線和分段紅外反射光學器件。

如果國防部需要在月球上建立基地，最大的問題將會是材料和設備的運輸。盡管當前航天發(fā)射變得更加普遍，但由于火箭對發(fā)射載荷的質量和體積限制，開發(fā)和部署大規(guī)模動態(tài)空間系統(tǒng)將仍受到限制。聲明中稱，太空制造將大大提高未來太空平臺的結構效率、尺寸、彈性和精度。制造可以利用從地球運送來的先進材料完成。DARPA還希望探索從月球表面原位開采資源的可能性，希望調查用于軌道和月球表面建造的新材料和制造技術，并探索新的高效設計。DARPA設想了一個分三個階段的計劃，每個階段持續(xù)約18個月。

聯(lián)合民商力量，制定地月空間發(fā)展路線

空軍研究實驗室正推動解決地月空間監(jiān)視、跟蹤、機動等難題，在此過程中積極向NASA、太空發(fā)展局、太空導彈系統(tǒng)中心尋求建議，還與其他政府部門以及商業(yè)公司等利益相關者共同合作。

2021年4月，空軍研究實驗室召開了一次地月空間利益相關者會議，旨在與政府航天機構共同協(xié)調圍繞地月空間能力的活動。這次會議包括來自國防部、NASA和情報界的人員。會議討論了支持未來軍事行動所需的研究和開發(fā)，這些活動將超越近地球軌道。會議還指出天軍目前在地月空間的最高優(yōu)先事項是建立通信和態(tài)勢感知能力。此外，還需要研究利用月球資源作為火箭推進燃料等關鍵技術，以及地月空間后勤能力。會議計劃為每個機構負責的技術領域制定更加全面的路線圖，并協(xié)調技術開發(fā)活動。

4 美軍發(fā)展地月空間意圖研判

美國對外宣稱國家利益已擴展至地月空間，需要實施相應活動以保護其利益。這符合未來遠景發(fā)展，但在近中期地月空間的利益體量仍相對較小。因此，除了對地月空間設施的保護之外，美軍推動發(fā)展地月空間更多地出于契合國家戰(zhàn)略、推動自身發(fā)展以及實現(xiàn)全面制天等目標。

美軍推動地月空間發(fā)展符合政治利益與訴求

和平利用空間的大背景下，月球已成中美航天力量直接對抗與競爭的核心舞臺。美國通過“阿爾忒彌斯”協(xié)定已構建了新的太空聯(lián)盟，與此同時，中俄國際科研站項目也在快速發(fā)展，中美在月球的活動已被美國視為一場新的太空競賽。為進一步搶占太空優(yōu)勢，美軍推動地月空間發(fā)展，符合美國頂層的國家航天戰(zhàn)略。通過宣揚應對所謂的“中國威脅”、保持對中國領先，也有助于美軍相關項目的立項與經(jīng)費支持。

發(fā)展地月空間有助于天軍擴展和實現(xiàn)自我價值

當前太空活動主要集中于近地空間，天基設施的主要作用為信息支援，太空作戰(zhàn)具有明顯的多域屬性，天地一體作戰(zhàn)是目前主要作戰(zhàn)形式。但隨著地月空間的開發(fā)與利用，新的戰(zhàn)場可能出現(xiàn)在月球及其周圍，地月空間可能打響獨立于地球的太空戰(zhàn)爭。且隨著地月空間基礎設施的不斷完備，可能出現(xiàn)完全的“天對天”作戰(zhàn)。地月空間或可為美國天軍提供一個獨立的戰(zhàn)場開展獨立太空作戰(zhàn)，以實現(xiàn)其三大頂層職能中的“提供獨立選項”，證實“軍事太空力量絕不僅是陸、海、空和網(wǎng)絡的支援力量”。

控制地月空間戰(zhàn)略要地是全面制天的關鍵要素

《天權》強調了太空域作為物理空間的特性，指出引力在太空域塑造出不可見的“地形”，識別、占領、利用和保護有價值的物理位置是所有作戰(zhàn)域軍事力量的一項關鍵任務。地月空間存在的特殊地理地形優(yōu)勢，有利于支持用戶、收集信息、保護其他資產(chǎn)或與對手交戰(zhàn)，在太空域中執(zhí)行任務和投射力量，以及軍事部隊的及時調整、補給和增援。正是基于這樣的考慮，美軍當前正在重點推動態(tài)勢感知和空間推進，以保障自由進出、控制關鍵交通線并占領關鍵地形。感知和自由行動相關基礎技術的發(fā)展，將促成美軍將近地裝備能力移植到地月空間。

5 小結

近年來，美國多項戰(zhàn)略和規(guī)劃文件已將地月空間視為新的作戰(zhàn)高地，并積極推進地月空間知識普及、關鍵技術探索和作戰(zhàn)場景設想。天軍在《天權》學說中指出地月空間可能成為下一個軍事作戰(zhàn)域，與NASA簽訂諒解備忘錄提出將確保地月空間及深空的行動自由，并在“七層”體系和“主宰太空2030”中規(guī)劃了地月空間活動。美軍正同步甚至超前于民用設施部署軍事力量，計劃首先發(fā)展作戰(zhàn)用指揮控制系統(tǒng)，再發(fā)展攻防體系，提出了首要發(fā)展地月空間態(tài)勢感知系統(tǒng)、通導基礎設施，在此基礎上發(fā)展后勤力量、軍力投送的思路?？哲娧芯繉嶒炇摇栏呒壯芯坑媱澗终苿拥卦驴臻g態(tài)勢感知、核動力飛行器等技術研究，并聯(lián)合民商機構共同制定地月空間發(fā)展路線。美軍正通過地月空間軍事航天活動推動其政治與經(jīng)費訴求、獨立作戰(zhàn)愿景以及全面制天目標等。