美國航天軍民融合新動向

□ 黃志澄

今年兩會期間，中國高層宣布把軍民融合發展提升為一項國家戰略，以探索經濟建設和國防建設協調發展之路，加快形成全要素、多領域、高效益的軍民融合深度發展格局。

美國在軍民融合方面走在世界的前列。冷戰結束后，美國經濟發展遲緩，國防投入也隨之降低，但是國防軍工項目內含的經濟效益并沒有得到有效的利用，直至20世紀90年代后期，美國政府將發展經濟確定為新的國家安全戰略的重要內容，開始探討如何將軍工需求同民用技術相結合，以推動經濟發展。近年來，隨著國防經費的不斷削減，美國更強調要“利用民用經濟中發生的高新技術爆炸式增長，來實現國防科技的跨越式發展”。航天是軍民融合的重要領域。為此，在這里介紹美國航天在軍民融合方面的若干新動向，如開放市場、寄宿有效載荷、共享太空監測成果等，供讀者參考。

美空軍向SpaceX頒發認證

2015年5月26日，美國空軍向商業航天公司太空探索技術公司（SpaceX）頒發了認證，允許其進入美國軍用發射市場，發射軍事衛星和間諜衛星，以及執行和國防安全相關的太空任務。從此，由聯合發射聯盟公司(ULA)壟斷美國軍用衛星發射市場的格局，無疑將被打破。

ULA是由洛馬公司和波音公司在2006年組建的合資公司，旨在為政府執行航天器發射任務，客戶包括美國軍方和美國航宇局(NASA)，主要有“德爾它”2、“德爾它”4和“宇宙神”5等三套發射系統。ULA目前是美國空軍認定的唯一有資質發射軍用衛星的公司。

2013年年底，美國空軍授予了ULA一份為期5年，價值110億美元的改進型一次性運載火箭(EELV)的“批量采購”(Block Buy)合同，完成未來36次火箭發射任務。

2014年4月25，艾倫·馬斯克在SpaceX召開的新聞發布會上宣布，該公司正在向美國聯邦索賠法院提起訴訟，對上述合同提出異議。馬斯克聲稱，美國空軍當前的制度，阻止諸如SpaceX等公司競爭國家安全發射項目，而這些發射項目不應由一家服務提供商來壟斷。SpaceX的發射費用比ULA更為便宜，若與SpaceX簽訂合同，將會為納稅人每年節省10億美元。此外，他還對ULA的火箭中采用俄制發動機提出擔憂。馬斯克表示，SpaceX將要求美國空軍撤銷現有合同，認定SpaceX（及其他競爭對手）的資質，然后宣布為該合同舉行一個競標流程。

2015年1月，SpaceX在其官網發布聲明，聲稱它與空軍達成了和解，撤銷了針對空軍與ULA關于“批量采購”合同的起訴。空軍則表示將會與SpaceX合作，高效而妥當地完成認證程序。空軍指出，在兩年里，雙方為認證工作投入了超過6000萬美元和150名工作人員。作為獲得認證的供應商，最基本的資質認證是要求能把航天器3次成功地發射到相關軌道，其中至少有兩次發射是連續完成。實際上，SpaceX公司只在今年，才達到了這個標準。

對于這次SpaceX獲得美國空軍的認證，美國空軍部長黛博拉·詹姆斯發表聲明說，這對空軍和五角大樓來說，SpaceX的進入是一個重要的里程碑，SpaceX的火箭能夠有助于降低美軍的發射成本，讓美軍在航天領域更加游刃有余。

無疑，美國空軍這次決定在軍用衛星發射領域開放市場，在節省費用和促進技術進步方面，均可獲益。如美國參議院軍事委員會主席約翰·麥凱恩對此事表態稱，希望SpaceX的進入能拉低目前“高得沒譜”的火箭發射成本，并結束美軍對俄制RD-180發動機的依賴。ULA對此表態稱，已經做好在同等水平上進行競爭的準備。ULA為了應對來自SpaceX的競爭，從2014年10月開始，已采取的一系列降低發射成本的措施。此外，ULA在今年4月已宣布打造造價更低并采用美制發動機的“火神”（Vulcan）火箭。目前，ULA的“宇宙神”5火箭使用了俄制RD-180發動機。這一轉變除了成本考慮以外，也是形勢所趨，美國國會2014年通過了法案，規定從2019年開始，在國防發射領域，將棄用俄羅斯制造的火箭發動機，此舉被認為是對俄制裁的一部分。

對此，馬斯克則表示，空軍的決定是在國防航天發射領域里引入競爭的重要一步，感謝空軍的信任并期待合作愉快。在這次SpaceX 通過美國空軍的認證后，它和ULA的首次較量，將會出現在不久之后，屆時美國空軍將向兩家公司征求報價，以發射一顆GPSⅢ衛星。ULA的每次發射收費1.6億美元，而SpaceX的報價為1億美元，業界人士指出，引入SpaceX后，將迫使ULA降低價格。

實際上，SpaceX雖然通過自己的實力，進入這個2030年之前規模將達到700億美元之巨的市場，但面對要求十分嚴格的軍用發射任務，仍需面對諸多考驗。在過去8年的發射活動中，SpaceX的準時發射率低于ULA，特別是“獵鷹”9號火箭使用的“灰背隼”（Merlin）火箭發動機，其性能較低，較難滿足未來美國軍用衛星發展的要求。由于SpaceX與ULA的較量，未必每次都是贏家，這就迫使SpaceX只能繼續進行技術創新，才可能贏得更大市場份額。

寄宿載荷是航天軍民融合的新探索

近年來，美國空軍悄然地推進了“寄宿載荷解決方案（HoPS）”，在這方面美國既有經驗，也有教訓。

2014年7月10日該項目向14家公司授出“無限期不定量供貨”（IDIQ）合同。這14家公司包括了歐美主要衛星制造商和運營商，如波音、洛馬、空客、 阿里安、諾格、雷神、哈里斯、國際移動衛星組織（Inmarsat）、國際通信衛星組織、銥星(Iridium)、SES、SSL等。這14家公司已在2011組成“寄宿載荷聯盟”（HPA）。在這次的IDIQ合同中，也包括給波音等3家公司的項目，要求搭載對北美大部分地區進行大氣污染測量的“對流層污染排放監測”（TEMPO）載荷。在前一段時間內，美國空軍和聯盟在按照傳統商業慣例制定合同時，關于價格和技術標準，難于達成一致意見，經過近兩年的反復協商，雙方才終于達成了共識。

其實，美國軍方采用寄宿載荷由來已久。早在1976年美國海軍在休斯公司的商業衛星上就搭載過軍用通信載荷。美國航宇局的載荷也進行過多次搭載。但美國空軍第一次采用這個辦法，是在2011年9月由“阿里安”5火箭發射的SES-2通信衛星上，搭載了美國空軍的“商業搭載紅外有效載荷” （CHIRP ）。CHIRP是一種導彈預警實驗傳感器，以試驗美國空軍寬視場紅外凝視傳感器執行太空大范圍監視的能力。通過兩年的在軌試驗，獲得了大量目標和傳感器性能的數據，為今后的設計提供了重要依據，而據報道搭載費用只有2500萬美元。

美國空軍計劃用天基紅外系統（SBIRS），代替從1970年開始建設國防支援計劃衛星（DSP），但進展很不順利。天基紅外系統由兩部分組成，一是位于地球靜止軌道上的大型專用衛星，二是在高橢圓軌道的大型衛星上搭載相關載荷。2011年5月成功發射的SBIRS-GEO落后于原定計劃 9年。美國政府問責辦公室的報告指出，每顆衛星的成本高達30億美元。因此，為了用較少的錢完成SBIRS的傳感器的性能試驗，美國空軍積極實施了CHIRP計劃。搭載任務的圓滿完成，讓美國空軍增加了信心，準備繼續在商業衛星上搭載太空紅外傳感器、太空感知傳感器和太空環境傳感器，但對于在商業衛星上搭載軍用通信載荷，仍存在較大顧慮。他們認為軍用通信有效載荷，對于衛星質量和功率都有較高的需求，頻譜兼容問題也使其難于在一個單一的衛星平臺上分別適應軍事通信有效載荷和商業通信有效載荷。在這方面，澳大利亞國防軍卻利用寄宿有效載荷機會，將他們從波音公司購買的特高頻載荷安裝在了“國際通信衛星”22上。該衛星是波音根據合同為國際通信衛星公司建造的。澳大利亞當局表示特高頻載荷項目利用寄宿有效載荷的方案，與常規的專用衛星購買和發射方案相比，節省了約40%的成本。

掌管著美國的軍事太空系統的美國空軍航天和導彈系統中心發展計劃指揮部是HoPS的主管機構。2012年11月，美國空軍航天司令部司令威廉姆·L·謝爾頓上將在國家航天座談會上表示，某些新一代衛星群將會由更小、更便宜的衛星組成。部分國防載荷將由商業航天器搭載。美國SMC的指揮官艾倫·M·帕夫利科夫斯基中將也在會上說： “看一看我們現有的架構。我們已經沒有過去那么多錢……我們必須具有靈活性。我們必須能夠負擔得起。寄宿載荷使得我們有機會將航天系統合理化。寄宿載荷概念可能會與導彈預警、天氣預報、空間態勢感知和某些通信任務很好地結合起來。”

HoPS項目要求合同簽約方，能向美國空軍及其他美國政府組織，提供在商業衛星上寄宿政府有效載荷以完成目標任務的能力。HoPS的合同要求對方可以建成全功能的在軌寄宿有效載荷系統，并建成將有效載荷數據發送到政府終端用戶的地面集成系統的裝備和界面。在衛星工業中，多重有效載荷是常見的，例如將為完成不同特殊任務而設計的電子元件和傳感器包，安裝在同一航天器上，共享發射、推進和電力，并分擔成本。在商業衛星上寄宿有軍用有效載荷，由于不需要研制整星，不僅節省了成本，而且大大縮短了研制時間，更由于分散布置了軍用載荷，提高了美國空軍太空體系結構的抗毀性。在未來5年內，美國將發射80顆商業通信衛星，寄宿載荷機會很多，因此美國空軍準備向該項目投入近5億美元。因此，在商業航天器上寄宿軍方有效載荷，是一種將軍方需求融合到商業衛星任務中的創新方法。

軍方與商業公司合作進行太空監視

據美國《航空周刊》網站2015年6月7日報道，美國政府日漸形成一種共識，即太空資產，包括商業、民用和國防衛星，在軌道上已不再安全，美國空軍與六家頂級商業運營商，正在開展第一個全新的試驗項目，以期改善他們之間的數據交換。

為此，2015年夏季，在由加州范登堡空軍基地的聯合太空運行中心（Jspoc），將開展對 “商業整合單元”（ CIC）為期6個月的試用期運行。Jspoc是集成化態勢感知及指揮與控制中心，最終向美國戰略司令部提供報告。這個試點項目的目的，是更好地改善商業運營商和軍方之間的計算機接口。CIC將包括來自六大國防部商業供應商的人員和資源：這些公司包括數字地球公司、歐洲通信衛星公司、國際移動衛星通信系統公司、SES、國際通信衛星組織、銥星等。不過，其他商業運營商也將受益。CIC將作為聯合太空運行中心內部的行業代表與聯系中介。美國國防部衛星的主要供應商之一的國際通信衛星組織總裁西爾斯說，六個月的試點期間，最終商業運營商和軍方希望確定更好的技術，用以報告并跟蹤太空目標。長期以來，商業運營商一直呼吁加強與國防部及情報界的合作。CIC就是美國國防部希望改善其太空態勢感知的若干舉措之一。CIC將從聯合太空運行中心獲得信息技術支持，并占用運行中心計算機的存儲空間。

聯合太空運行中心宣布，現已跟蹤到軌道上23000個目標，隨著兩顆新的“地球同步軌道太空態勢感知計劃”（GSSAP）衛星提供情報之后，這一數字有望增加。GSSAP衛星將幫助美軍獲取太空態勢感知能力，幫助美軍應對電磁干擾，還能幫助其他商業衛星公司了解運行衛星存在的威脅。在試點階段，CIC每天將運行8個～12個小時。在突發事件中，參加者將隨叫隨到。最后，這個單元將實現24小時運作。在試點期間，參加者將建立那種“機到機”接口，以便軍事和商業用戶之間更好地共享數據。

運營商希望演練在各種太空場景下太空保護的運行概念和流程，從最引人注目的衛星碰撞或攻擊，到常規的電磁干擾。西爾斯問道：“我們如何利用干涉位置系統，并快速識別干擾可能來自何方？我們該如何描述它？你看到什么？我們看到什么？這是發生在其他系統之間嗎？那些數據有某種關聯嗎？”西爾斯說，CIC試點是一種與軍事和商業用戶的輸入有關的雙向數據交換。

目前應對大多數太空中的突發事件（如衛星碰撞）的常規流程已經就位。不過，有了CIC，處理衛星干擾事件的流程及過程將更加嚴格，通過向運營商提供更多與異常事件相關的數據，或將有助于確定是否有某些危險原因在起作用。通過試點項目，有望形成可供商業和國防運營商開展訓練的標準化流程。

自白宮批準在2016-2020財年為“太空防護”增加50億美元投資之后，開展CIC項目是空軍強調的若干舉措之一。空軍航天司令部司令約翰·海頓稱，實際上，其他項目也將受益于投資改善聯合太空運行中心任務系統，該系統可以讓指揮官在太空對異常事件做出反應，而不僅僅是觀察它們。美國空軍也有可能開展天基太空監視系統（SBSS）衛星的后繼項目，以收集更多數據，增加現有太空目標跟蹤目錄；還有可能采購更多GSSAP衛星。

卡特硅谷之行促進軍民融合

今年4月下旬，美國新上任的國防部長阿什頓·卡特，在其上任三個月后，就訪問了硅谷。物理學家出身、長期在美國國防部負責國防采購的他，在2013年12月離開國防部副部長的職位后，曾回到位于硅谷的斯坦福大學任教。顯然，他對硅谷并不陌生。

這次卡特重回硅谷，首先是作為今年的年度德雷爾講座的演講嘉賓。4月23日，他在斯坦福大學發表了題為《重新鏈接五角大樓：創新與網絡安全的新路徑》的演講。這個講座是為紀念斯坦福大學的著名量子電動力學家和軍控專家西德尼·德雷爾而設立的。卡特在演講中，首先回憶了自己在德雷爾領導的斯坦福線性加速器中心進行博士后研究的經歷 ，并說明也正是德雷爾的引導，才使他走進了國防安全領域。

卡特告訴聽眾，當他成為國防部長時，他的最重要的承諾之一就是在不斷變化的世界中保持美國的領先地位、保持競爭力、吸引新一代跟上技術發展的步伐，報效祖國。他說，就利用商業利益驅動的技術而言，國防部希望與產業界在各個方面建立合作伙伴關系。硅谷和整個技術界開發的產品，一直在推進經濟、社會、國防領域的轉型、進步和繁榮。這使許多事情變得更容易、更經濟、更安全。他接著表示，近年來，越來越明顯的是這些進步和技術，也給企業、政府、軍隊和個人帶來了一定程度的風險。我們如何減少技術帶來的風險而又同時發揮其益處呢？答案就是建立合作伙伴關系。

卡特說，國防部和政府機構的投資，曾在推動硅谷和斯坦福的技術創新上，發揮了重要作用。例如互聯網就是源于國防高級研究計劃局（DARPA）的推動，全球定位系統（GPS）最初就是一個防務項目；谷歌的搜索算法是由美國國家科學基金會資助的；蘋果公司集成到iPhone中的許多技術，都有美國政府和國防部的資助，美國國家科學基金會和美國中央情報局共同資助了多點觸控的開發者；蘋果操作系統iOS的Siri源于DARPA推動的人工智能和語音識別研究；谷歌的自動駕駛汽車源于DARPA的一個挑戰大賽。由此可見，美國國防部和其他聯邦機構點燃了火種，但硅谷高科技公司讓星火燎原，創造了超乎想象的應用。

卡特在這次演講中，關于后GPS的導航定位技術，對硅谷提出了特別的期望。他認為國防部會繼續支持GPS衛星的研制和發射，因為它不僅是軍用，而且也提供民用。但我們需要尋找軍用的不受干擾和不脆弱的另一種途徑。作為這個任務的重要組成部分，就是為了研制集成在芯片上的更小的慣性導航器件、更小更精確的加速度計和更精確的時鐘，必須發展微機電系統技術。這些技術目前已在智能手機上得到了應用，現在要把這些技術轉移到軍用上來，并讓它更精確。

為了利用硅谷的創新能力，卡特宣布了一個新倡議——“國防科技創新單元”-X（Defense Innovation Unit-X, DIUX）。這個倡議將探索新興的和突破性的技術，并與國防部建立直接的關系，一種新型伙伴關系。

卡特說：“我們最好的現役軍人和軍事人員、生活在這里的預備役人員，以及一些最優秀的技術人才，共同組成了這種伙伴關系。這個團隊將加強現有的關系，并建立新的關系，同時擔當國防部其他部門的當地互動節點。國防部將繼續在其他方向進行嘗試，把我們政府的最好技術引到產業界，然后再引回來。”這方面已經在實施的一個項目是“國防部長公司研究員”（Secretary of Defense Corporate Fellows）。每年將派遣約15名國防部人員到商業公司，如甲骨文、思科、聯邦快遞和其他公司工作。

卡特接著說，為了投資于最有前途的新興技術，美國國防部需要初創公司和小型企業的創造力和創新能力，因為初創公司是商業創新的前鋒。

卡特在演講的最后部分宣布了美國國防部新的網絡安全戰略，這方面國內媒體已有廣泛報道。除這次演講外，卡特為期3天的硅谷之行，還與很多科技公司高管會面，包括Facebook首席運營官雪莉·桑德伯格等，同時參加由風投機構主辦的協商會議。

對于卡特的硅谷之行，有美國媒體指出，美國近來一直擔心潛在對手正積極縮小與美國的技術差距，甚至可能趕超美國。因此，卡特的硅谷之行的目的旨在促進技術以更快、更廉價的方式投入國防應用。然而，五角大樓的入駐，也可能面臨科技公司和風險投資界的抵制，他們長期以來一直對美國國防部的官僚作風和變化無常的預算計劃感到擔憂。由此可見，美國的“軍民融合的深度發展”還有一段很長的路要走。

結束語

從上述美國航天軍民融合的新動向中，我們看到美國航天的軍民融合，已經從“以軍帶民”向“軍民一體化”和“寓軍于民”的方向轉變。為了實現軍民的深度融合，美國最大的困難是軍方和商業公司存在利益沖突，因此，其發展仍然面臨許多困難。我國航天發展在軍民融合方面已經有許多成果，但離深度融合還有相當距離，美國在這方面的經驗教訓，可為我們提供借鑒。