2018年世界航天裝備發展綜述

2018年世界航天裝備發展綜述

國防科技大學智庫國防科技與武器裝備發展戰略研究中心

遠望智庫武器裝備發展研究中心

2018年度，世界航天裝備繼續穩步發展，重點項目實現技術突破或達到重要節點。其中美俄歐日印等國家和地區發展最引人注目，呈現出美國繼續保持全面領先地位，俄羅斯大力推進航天裝備的現代化發展，歐日印等努力發展符合自身需求的航天裝備的特點。

美國空軍航天司令部今年9月表示擬向工業界征集“非政府太空態勢感知”方案，征集的方向是“戰術性太空態勢感知”，嘗試從商業傳感器網絡等來源獲取數據。另外，美空軍航天司令部今年也在開展市場調查，尋求可以每周7天，每天16小時，對“地基光電深空監視系統”（GEODSS）進行運行和維護的商業公司。

圖1 “太空籬笆”設計原理概念圖

今年6月，S波段“太空籬笆”主承包商洛馬公司在太平洋馬紹爾群島夸賈林環礁對S波段“太空籬笆”雷達進行集成，并在隨后測試運行。按照計劃，該項目將于2019年獲得初始運行能力，2022年具備全面運行能力，從而顯著提升美軍太空態勢感知能力。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）正在研制新型地基監視雷達，用于探測直徑10厘米的太空碎片，新型雷達將顯著增強向太空碎片發射的電波輸出，采用特殊信號處理技術，探測能力是現有雷達的200倍，日本準備在岡山縣和山口縣各部署一部。

圖2  施里弗演習地標志

美國空軍太空司令部1月26日宣布，位于科羅拉多州施里弗空軍基地的國家太空防御中心（NSDC）于1月8日開始不間斷運行。NSDC是美國首次把軍方和情報部門的資源真正整合到一起，以采集并共享美國衛星和配套基礎設施所面臨潛在威脅的數據。美空軍太空司令部于10月11日～10月19日在阿拉巴馬州的麥克斯韋空軍基地舉行“施里弗演習2018”（SW 18）太空戰演習，這也是美國自2001年以來舉行的第12次“施里弗”系列太空戰演習。5月21日，DARPA“交會和在軌服務行動聯盟”（CONFERS）項目團隊，在加利福尼亞州舉行了第一次籌建會議。會上明確了CONFERS業務范疇和近期工作重點，標志著DARPA主導的“衛星在軌服務”操作標準建立工作邁出實質一步。

今年4月，美國空軍向地球同步軌道發射“老鷹”（EAGLE）技術演示衛星。這顆衛星至少安裝有一顆名為麥克羅夫特（Mycroft）的可分離式衛星，以及4個用于太空態勢感知（SSA）和威脅探測技術的連接式有效載荷。麥克羅夫特衛星可在一個預定時間從EAG LE上分離，先抵達一個距EAGLE 35千米的位置，再重新與老鷹進行交會，以測試不同的交會傳感器。同時對軌道上其他衛星的數據進行搜集，并對相關的處理系統與成像平臺進行演示。8月，俄羅斯國防部公布在軌釋放了隨“宇宙-2519”衛星一起發射的一顆監測衛星，并進行了衛星機動控制、對地觀測、軌道通訊等測試，試驗了新的彈道估算系統和運行軟件。在完成測試后，監測衛星又再度返回“宇宙-2519”衛星，整個釋放和回收過程都是全自動完成。10月30日，歐洲“太空碎片移除”（RemoveDEBRIS）任務團隊繼9月16日成功開展世界首次太空環境下飛網抓捕立方星技術驗證后，又在地面程控指令下利用成像測距裝置完成對立方星DS-2相對運動軌跡的繪制，不僅驗證了成像測距裝置的適用性與硬件性能，初步驗證了太空目標運動跟蹤技術的可行性。

圖3  GPS III衛星空間運行效果圖

8月，美國下一代全球定位導航衛星GPS III的第一顆衛星運抵卡納維拉爾角發射場，即將年底由SpaceX新版獵鷹9號B5火箭發射。GPS III跟GPS II相比，提高3倍精度和8倍抗干擾能力，衛星壽命將延長至15年。另外，GPS III還增加了民用L1C信號，允許民用用戶增強與其他國際衛星系統的互操作性。

俄羅斯今年分兩次將兩顆GLONASS-M衛星發射入軌，使該衛星導航系統在軌衛星數量達到27顆。ESA于7月25日發射了歐洲“伽利略”衛星導航系統的第23～26顆工作衛星，使該系統在軌衛星數量達到26顆。印度今年4月將第9顆導航衛星INRSS-1I送入地球同步軌道，再次組成7星區域衛星導航星座。

圖4  “黑杰克”項目效果圖

美國國防高級研究計劃局（DARPA）今年5月開始對該局去年發起的稱為“黑杰克”（Blackjack）項目進行投標評審，目標是要建設一個具有較低“尺寸、重量、功耗及成本”的全球監視與通信低軌星座，未來任務范圍會擴展到諸如天基作戰管理等更復雜的任務。

圖5  總裝中的歐洲哨兵-3B衛星

歐洲今年4月成功發射海洋監視衛星“哨兵-3B”，這是哨兵家族發射的第7顆星?！吧诒奔易宓谝浑A段計劃“編制”為7顆衛星，組網后可對陸地和海洋全覆蓋，進行全天候和高精度的監測。

美國國家偵察辦公室（NRO）1月發射新型雷達衛星（代號為NROL-47）；俄羅斯3月和10月分別發射軍用偵察衛星（代號“宇宙”2525）和電子偵察衛星（代號“宇宙2528”）；日本今年2月和6月先后成功發射了其“情報收集衛星”系統（IGS）“光學６號”和“雷達6號”偵察衛星；印度1月發射“制圖星”2F遙感衛星。

圖6  日本H-2A-202型運載火箭6月12日在種子島航天中心發射“情報收集衛星（IGS）雷達6號”

圖7 美國先進極高頻衛星（AEHF）效果圖

10月，美國空軍成功發射第4顆“先進極高頻”（AEHF）軍事通信衛星（即AEHF-4），完成了該系統的全球覆蓋組網工作。

俄羅斯今年4月成功發射“福音 12L”軍用通信衛星（代號宇宙2526），該星是福音系列的第二顆衛星，設計壽命至少15年；日本今年4月成功發射第二顆軍用通信衛星 “煌１號”，7月投入運行，進一步推進組建軍用通信衛星網的進程；印度空間研究組織11月成功發射一顆通信衛星GSAT 29，首次攜帶光通信設備，是高通量通信衛星，設計壽命約10年，主要用于提高印度北部和東北部地區的通信服務能力。

圖8 印度通信衛星GSAT 29

圖9  GOES-16 與GOES-17 配合觀測效果圖

3月，美國最新一代的地球靜止氣象衛星GOES-S（即GOES-17）成功發射，該星與2016年11月發射的GOES-16 配合將能完整觀測到西半球大部分地區。GOES-S基于A2100A平臺，裝載有多種先進探測載荷，預計使用壽命為15年。

8月，ESA從圭亞那航天中心成功發射“風神”（ALADIN）衛星，是世界上第一顆全面監測全球風況的氣象衛星。

圖10 整流罩即將罩住美國SBIRS衛星

今年1月，美國空軍成功發射“天基紅外系統”（SBIRS）的第4顆靜地軌道衛星，代號SBIRS-GEO-4，完成初期SBIRS的空間段部署工作，基本形成預警能力。按照計劃，美國將部署8顆SBIRS衛星，第5顆及第6顆衛星將分別于2021年和2022年發射。不過，伴隨著SBIRS的部署展開，對該系統的非議也逐漸增多，主要集中在系統生存性不高和對高超音速飛行器跟蹤能力不足等。于是美國空軍在2019財年預算中，取消了對SBIRS第7顆和第8顆衛星的投資。今年8月，美空軍授出“下一代過頂持續紅外”（OPIR）計劃前3顆衛星研制合同，計劃在2023年發射其第一顆下一代OPIR衛星，比其最初替換SBIRS的計劃提前兩年，爭取實現到本世紀中期，提供預警衛星能在“競爭性環境”中生存的能力。

圖11  美國重型獵鷹火箭發射升空

2月，美國重型獵鷹火箭首飛成功，這是美國私立公司研發的目前世界現役推力最大的可重復利用火箭。該火箭采用多發動機組合，輕質箭體結構，其近地軌道運載能力達到63.8噸，地球同步軌道運載能力為26.7噸。俄羅斯今年啟動安加拉-A5火箭制造工作，火箭設計遵循模塊化、組合化、系列化的思想，采用高度標準化的通用火箭模塊及大量成熟技術，A5近地軌道運載能力可達24噸，地球同步軌道運載能力為7噸；研發中的A7火箭設計近地軌道運載能力為35噸，地球同步軌道運載能力為12.5噸。另外，俄羅斯航天國家集團公司獲準今年啟動超重型運載火箭的研發，計劃明年完成概念設計，該火箭設計能將80噸有效載荷送入月球軌道。ESA今年鑒于阿里安6火箭研制進展，確定為該火箭和P120C固體火箭發動機研發繼續注資，支持從阿里安5火箭過渡到具有全面運行能力的阿里安6。阿里安6火箭是歐洲新一代運載火箭，采用兩種配置，阿里安62配有2個P120C捆綁式助推器，地球同步軌道運載能力為5噸；阿里安64有4個助推器，地球同步軌道運載能力為10.5噸，P120C是有史以來建造的最大碳纖維固體推進劑助推器，阿里安62計劃2020年首飛。

圖12  俄羅斯安加拉火箭在研的幾種型號

圖13  Electron小火箭發射

美國維珍軌道公司今年獲得美國聯邦航空管理局（FAA）發放的許可證，獲準進行空射型火箭的首次空中發射，這意味著維珍公司距離實現商用火箭空中發射又前進了一步。另外，美國小型衛星發射公司Rocket Lab今年1月成功發射自制小型火箭Electron，并將3顆衛星送入軌道。11月12日，該公司利用其小型火箭Electron將歸屬多家公司的6顆衛星及一艘航天器送入預定軌道，完成了首次商業發射任務。由于采用了3D打印技術，該公司可望今后繼續降低火箭制造成本。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）今年發射了結構緊湊型運載火箭SS-520型，該火箭長9.54m，直徑0.52m，重2.6噸，使用普通電池和其它元件，最大程度降低了火箭的研究和發射成本，相關總費用不超過360萬美元。

圖14 日本小火箭SS-520型即將發射

來源：戰略前沿技術