空中發射快速入軌技術
—美國用重型戰斗機發射衛星的計劃

唐耀 （北京航天情報與信息研究所）

空中發射快速入軌技術
—美國用重型戰斗機發射衛星的計劃

唐耀 （北京航天情報與信息研究所）

2015年2月上旬，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）公布的視頻顯示，一架F-15重型戰斗機在機腹中心攜帶一枚小型火箭升空。戰斗機加速到空中一定高度后，保持一定速度維持機身近垂直姿態，火箭脫離，然后火箭發動機點火、加速上升，飛向近地軌道。從視頻里看這是一種小型二級火箭，第一級的4個外置噴口位于火箭前部，距離火箭頭部不足火箭全長的1/3，第一級發動機結束工作后分離，以減輕質量 。第二級發動機將把小衛星送入近地軌道。這是美國防部高級研究計劃局正在執行的一項研究計劃的最新進展。該計劃簡稱為“空中發射輔助太空進入”(ALASA)。

整流罩分離，空射火箭的第二級火箭點火

空射小型火箭點火，其四個噴口位置位于前部

1　計劃簡介

“空中發射輔助太空進入”計劃于2011年12月啟動，費用1.45億美元，目的是改變小衛星的入軌方式，即從空中發射衛星，而不是從地面（或海上平臺）發射；在接到衛星發射通知后一天內完成發射，而不是數月；整個發射流程高度自動化，而不耗費大量人力。

該項目的第一階段是完成系統初步設計和演示可行性評估。2012年9月，國防部高級研究計劃局選擇洛馬公司牽頭承擔，組建了一個項目團隊，為期18個月，費用620萬美元。

目前該項目進入第二階段，國防部高級研究計劃局選擇波音公司作為主承包商，在這一階段將進行至少12次試射，每次發射45kg甚至質量更小的小型衛星進入低地球軌道，能夠在一天內發射入軌并回傳信號，每次發射成本100萬美元，2015年進行第一次發射。該項計劃的最終目標是能夠以100萬美元的單次發射成本將質量約45kg的衛星送入近地軌道。

“飛馬座”火箭進行空中發射

F-15發射導彈

2　實際意義

從空中發射軌道器的技術早已經存在并日趨成熟，發射平臺涵蓋重型戰斗機到大型運輸機的多型飛機。例如軌道科學公司“飛馬座”火箭發射器已經成功完成了40多次空中發射。載機把攜帶衛星的火箭帶入空中，然后點燃火箭，將其送入同溫層。不過，美國國防部高級研究計劃局的“空中發射輔助太空進入”計劃想要改進這些系統，使其不再需要人員參與—發射系統需要完全自主。此外，美國國防部高級研究計劃局還指出：“空中發射輔助太空進入”尋求的發射器在準備發射前無需反復維修，也無需特殊集成。

根據對“空中發射輔助太空進入”計劃的目標（能夠以100萬美元的單次發射成本發射約45kg重的衛星）的分析，各國專家認為，這或許將為低成本小型衛星的廣泛應用鋪平道路，總費用或降低數十倍；同時，該火箭在更換載荷后，亦能執行反衛星任務。“空中發射輔助太空進入”項目讓人聯想到20世紀80年代美國利用F-15完成的動能反衛星試驗，顯然，把這種空中發射火箭的載荷由小衛星改為一種攔截器，它就能成為一種快速響應的低成本反衛星武器，這一點也需要引起全世界足夠的警惕。下面先回顧一下20世紀80年代美國利用F-15完成的動能反衛星試驗情況。

美國于1978年正式批準空軍“空中發射微型制天武器”研制計劃，并要求80年代中期拿出提供實戰使用的制天武器系統。美國空軍選擇沃特公司為主承包商，開始研制用F-15戰斗機在空中發射的ASM-135制天導彈。原計劃空中發射導彈進行12次空中發射試驗，到1986年已進行了5次。1985年9月，美國空中發射制天導彈在其第3次發射中成功地進行了實際打靶，擊毀了一顆廢棄的太陽γ射線研究衛星。反衛星試驗后不久，美國國會重申禁止試驗反衛星系統，這迫使美國空軍不得不取消了以后的發展試驗與導彈采購，使該項武器采購與裝備計劃無疾而終。

無獨有偶，俄羅斯也有類似的“樹冠”項目，而且2013年年底，俄羅斯總統普京批準重啟“樹冠”項目。“樹冠”項目包括打擊力量和偵察力量，打擊力量由改裝的3架米格-31戰斗機組成，配備了76M6型“接觸”導彈，可用于摧毀敵方衛星。 俄羅斯和哈薩克斯坦還利用冷戰時期空基反衛星計劃的研究成果，聯合實施了一項“伊希姆”計劃，目的是用米格-31發射運載火箭將小型航天器送到預定軌道，該計劃具備摧毀敵方衛星的能力，可以向200～800km高度的軌道發射小于200kg的衛星群。

“空中發射輔助太空進入”項目棄用傳統的地基衛星發射方式，轉向空中發射，依賴能從跑道起飛、在空中懸停、并以預定軌道發射衛星的噴氣式飛機。按照設想，“空中發射輔助太空進入”從跑道起飛后，飛行在7620m高空，這樣發射器可以飛越絕大部分大氣后開始發射。這種發射方式為空間發射運載器增加了起始速度推力，允許設計者設計更大、更有效的火箭噴嘴。

基于噴氣式飛機的衛星發射系統意味著美國軍隊能夠從任何常規機場快速部署衛星，而不需依賴昂貴且易損壞的陸地發射臺。既節省了數月的準備時間，又能避免因天氣、自然災害甚至敵人攻擊而造成的延遲。空中發射還無需擔心發射方位受到地理條件限制，衛星最終定位地點有更大靈活性。

在可能出現的太空戰中，為預防目前衛星網絡喪失能力或能力下降，還必須進行衛星替換。當美國衛星被別國衛星殺傷武器擊落時，美國國防部高級研究計劃局希望發射器能在24h內隨時隨地將新衛星（可能是空軍近期采用的一次性廉價小衛星）送入軌道。

美國軍隊已經表現出了對擁有快速發射衛星入軌能力的興趣。空軍嘗試著創造靈活的軌道間諜，包括X-37B軌道試驗飛行器，目前X-37B正進行第4次試驗飛行。X-37B有望使美國空軍能夠不受固定發射臺地理條件限制，把新衛星或衛星備份送入任何軌道。

從太空返回地面的X-37B

3　思考與總結

從美國的情況來看，只要采用先進的推進系統和先進的輕小型載荷，僅利用重型戰斗機平臺就可以通過發射輕小型運載火箭將小衛星送入低地球軌道。重型戰斗機發射輕小型運載器作為一種高機動靈活性、快速響應的發射技術已經成熟。其實，為實現這項目標，美國幾十年來技術上一脈相承、堅持不懈地發展空中發射小型火箭技術，分期取得了下述顯著成效：

1）第一階段的空中發射小型火箭技術應用，是發展空中發射彈道導彈技術，并研制實用的系列化空中發射靶彈支持美國的反導攔截試驗；

2）第二階段的空中發射小型火箭技術應用，是20世紀80年代重點突破空基制天技術，研制空基制天導彈并開展試飛，于20世紀80年代中期（1985年）成功攔截了廢棄衛星；

3）第三階段的空中發射小型火箭技術應用，是最新發展的戰斗機空中發射小衛星入軌技術，研制了空基發射的輕小型運載火箭，即將形成低地球軌道乃至中地球軌道的快速入軌與空間攻防、空間控制能力。

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