國外航天裝備與技術 重大動向分析

李云 陳萱 （中國航天系統科學與工程研究院）

空間態勢感知的主要任務是為太空攻防提供基礎和保障，它包括探測跟蹤和識別太空目標、監測太空環境、進行太空威脅告警和為太空攻擊提供目標信息。為了強化太空控制能力，美國近期高度重視空間態勢感知的能力建設，不但將空間態勢感知提升為獨立的太空任務領域，而且加快裝備建設，提升指揮與控制能力，強化國際合作，多條腿走路，快速提升能力。2014年，美軍多顆高軌空間態勢感知衛星入軌，并繼續研發立方體衛星與通用傳感器技術，發展一體化指揮與控制能力，普遍加強與盟國的空間態勢感知數據共享與能力共建，新型地基太空監視系統建造工作取得了實質性進展。

1 進入空間裝備與技術重大進展分析

重大進展

（1）美歐再掀重復使用運載器發展熱潮，繼續推進多項發展計劃

2014年10月，美國X－37B完成第3次飛行試驗，在軌運行674天后安全著陸，在軌時間遠遠超過前兩次。X－37B是世界上第1種重復使用垂直起飛、水平著陸，可執行在軌任務的無人軍用空間機動飛行器。3次飛行驗證表明，X－37B可長期在軌運行與變軌機動，但其載荷艙載重能力僅為227～270kg。據觀測，此次飛行沒有頻繁變軌，軌道高度主要保持在350～410km，活動范圍覆蓋美國大陸、中東與亞洲地區，該高度范圍是偵察衛星活動的理想高度。2015年, X－37B已開始進行第4次飛行試驗。

2014年7月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）負責的試驗型太空飛機－1項目開始進行初始設計，研制該飛機第1級飛回式重復使用火箭，計劃2018年首飛，驗證飛行速度為10Ma的帶翼飛機。其外形尚未最后確定。

試驗型太空飛機－1采用垂直發射升空，將一次性上面級投放至亞軌道后返回，上面級可把1800kg的有效載荷送入軌道。試驗型太空飛機－1設計每年發射10次以上。

美國試驗型太空飛機－1概念圖之一

美國“追夢者”在跑道上完成滑翔測試

2014年9月，美國“追夢者”商用載人航天飛機完成關鍵高速風洞試驗，以及“追夢者”與宇宙神－5運載火箭系統集成。“追夢者”為美國航空航天局（NASA）支持的可重復使用運載器項目，采用了20世紀70年代美國航空航天局蘭利研究中心研發的航天飛機再入滑翔驗證機HL－20升力體外形結構?！白穳粽摺痹O計搭載7名航天員，垂直起飛，水平著陸，計劃2016年首飛。

2015年2月11日，歐洲航天局“過渡性試驗飛行器”由“織女星”火箭發射升空，在約348km高度與火箭分離，然后繼續爬升到413km高度后彈道式再入返回。它在亞軌道飛行共持續100min，最后在降落傘輔助下濺落在太平洋上，標志著“過渡性試驗飛行器”任務圓滿完成。該項目是于2004年啟動的技術驗證項目，旨在為歐洲發展新一代載人空間飛行器進行驗證并獲取寶貴的再入飛行關鍵技術。此前,“過渡性試驗飛行器”已在低空進行了滑翔飛行試驗。

2014年1月與10月，英國與美國合作發展的商用太空船－2亞軌道載人重復使用飛行器進行了第3、4次發動機飛行試驗。第3次試驗獲得成功，太空船－2由白騎士－2載機運送到13.9km高度后與載機分離，隨后太空船－2固液混合火箭發動機點火并持續工作20s，飛行高度為21.6km，最大飛行速度為1.43Ma。但在第4次試驗中，太空船－2采用的新的固液混合火箭發動機慘遭爆炸而失敗。太空船－2于2009年12月完成研制,是美國航空航天局“飛行機會”計劃對商用重復使用運載器的資助項目。

歐洲航天局“過渡型試驗飛行器”工作示意圖

（2）俄羅斯新一代“安加拉”運載火箭與印度采用國產低溫發動機的“地球同步軌道衛星運載火箭”首射成功

2014年7月和12月，俄羅斯先后成功進行了輕型“安加拉”運載火箭亞軌道飛行試驗和大型“安加拉”運載火箭首發，使“安加拉”有望于2015年獲得5.4t的地球同步轉移軌道運載能力?！鞍布永笔嵌砹_斯新一代無毒無污染運載火箭系列，將取代除“聯盟”系列之外所有現役運載火箭。“安加拉”采用模塊化、系列化、通用化設計理念，一共發展了4個系列多種型號，近地軌道運載能力2～35t，地球同步軌道運載能力2.4～12.5t。

2014年1月，印度利用“地球同步軌道衛星運載火箭”將1980kg的通信衛星送入預定軌道，這是印度國產低溫發動機首次發射成功，印度自此成為繼美國、俄羅斯、中國、法國、日本之后世界上第6個掌握低溫火箭發動機技術的國家。低溫火箭發動機技術還可用于發展洲際彈道導彈，所以多年來美俄一直限制向印度出口該技術，印度獨立自主研制了20年，終于獲得成功。

影響分析

（1）美歐重復使用運載器近年來呈現加速發展的趨勢，2025年有望初步實用化，將推進空間作戰飛行器實戰化發展

21世紀以來，重復使用運載器又迎來了新的發展熱潮。2001年12月，美國空軍作戰條令提出發展空間作戰飛行器與空間機動飛行器。X－37B的3次試驗獲得成功，預示著美軍將首先擁有技術相對成熟、采用火箭推進的空間機動飛行器。美國國防部一位高級官員曾非常露骨的表示，X－37B將成為“空海一體戰”構想的關鍵組成部分，能夠很好地把美軍?？樟α柯摻悠饋?。美國空軍航天司令部司令謝爾頓在2012年3月的一次會議上表示，目前兩架不夠，需要形成X－37B飛行編隊。據分析，空間機動飛行器的應急偵察監視能力、空間操作能力與空間監視能力在3次試驗中均獲得驗證。

空間作戰飛行器的相關技術驗證飛行器X－33/34在2001年下馬后，美國軍方和政府均沒有發展技術型號驗證項目。但由美國航空航天局通過扶植太空旅游用途發展的重復使用運載飛行器，同樣也是軍方獲取空間作戰飛行器技術的一條重要途徑。按照目前商用載人航天飛機的發展情況，初步判斷，在2025年左右由火箭推進、兩級起降的中型重復使用運載飛行器有望初步實用化。

（2）俄羅斯與印度新型運載火箭試驗成功，是俄羅斯航天復興計劃邁出的重要步驟，是印度自主發展洲際彈道導彈又一技術突破

俄羅斯高度重視新一代運載火箭“安加拉”的發展，1995年專門頒布了《關于研制“安加拉”火箭》的總統令，將其列為國家級重要任務。但俄羅斯多年資金嚴重短缺，使該系列火箭發展速度遠遠落后于美歐，經過20年才得以首射?！鞍布永毕盗羞\載火箭對俄羅斯意義重大，其運載能力覆蓋范圍寬，可從俄羅斯境內向不同的地球軌道發射各種類型的衛星，而且從研制到發射一律在俄羅斯國土上進行，不需要依賴原蘇聯加盟共和國?！鞍布永被鸺晒κ咨錈o疑是俄羅斯航天復興計劃的重要里程碑。

印度低溫發動機試驗成功與其說是獲得了地球同步軌道運載能力，不如說是其取得了朝思暮想自主研制洲際彈道導彈的突破性進展。首射成功，標志著印度成為掌握洲際彈道導彈核心技術的國家。

2 利用空間裝備與技術重大進展分析

重大進展

（1）大容量、高保密性激光通信和量子通信等衛星應用創新技術取得重要進展

美國X－37B返回地面

美國利用新型激光通信裝置成功從“國際空間站”向地球傳送高清晰度視頻，成功完成一種可能根本性改變未來太空通信的技術演示

2014年4月-9月，美國“月球大氣與塵埃環境探測器”和“國際空間站”的“激光通信科學光學有效載荷”先后與地面站建立激光通信鏈路，傳輸速率分別達到80Mbit/s和50Mbit/s。前者可在8min內傳輸完一盤完整的DVD電影，后者可在3.5s內將175Mbit高清視頻成功傳回地面（利用射頻通信需耗時10min多）。隨后，美國出臺全球首個采用激光通信的衛星系統方案，欲構建由12顆衛星組成的中軌道星座，傳輸速率預計達到200Gbit/s,比射頻鏈路幾乎提高100倍。

2014年6月，意大利開展自由空間量子通信試驗，向太空發射了一批處于4個不同量子態光子信號，接收到5顆衛星反射回來的連貫的量子態光子信號。此次試驗最遠傳輸距離達2600km，創造了新的空間傳輸量子信息記錄。早在2009年，意大利與奧地利就利用馬特拉激光測距天文臺向在1500km遠的日本衛星發射并接受衛星返回的量子態光子信號。上述試驗表明，空間和地球之間可以構建安全信息傳輸量子通道，可進一步構建高保密性與超大容量衛星通信網絡。

（2）微小衛星技術呈井噴式發展，尤其是微納衛星技術迅速成熟且應用范圍不斷擴大

截止2014年10月，全球各類小衛星發射數量達到151顆，再創紀錄，占同期入軌衛星總數的68%。其中，微小衛星20顆，微衛星22顆，納衛星107顆，皮衛星2顆。其中，業務型小衛星達到94顆，占已發射小衛星總數的63%。

美國“鴿群”納衛星

2014年1-7月，美國成功發射67顆質量5千克級、分辨率3～5m的光學成像衛星，組成迄今世界上最大的對地觀測衛星星座“鴿群”。“鴿群”主要收集赤道南北緯52°區域圖像，并可覆蓋世界大部分地區，還能有針對性地獲取目標區域圖像。未來一年，星座衛星數量將達到100顆左右，實現每天24h對全球地面目標實時成像。

影響分析

（1）衛星激光通信和量子通信等技術創新，著眼于未來支持美軍一體化聯合作戰

衛星激光通信是承載超大容量信息，又具有高保密性的優選途徑，美軍自2003年就著手發展軍用衛星激光通信技術，目的是在2020年前獲得超過100 Gbit/s衛星激光通信能力，滿足美軍2020年聯合作戰對網絡快速聯通，以及對任務指令、戰術光學與雷達圖像傳輸時間小于1s等實時打擊目標的需求。此次衛星激光通信成功試驗是美軍發展該技術的一個重要里程碑，預計2020年業務化激光通信衛星能夠研制成功?？臻g量子通信是超大容量、高保密信息傳輸的一條新途徑，目前還處于探索階段。

（2）微小衛星高速發展將完全改變衛星使用模式，戰術化常規使用是創新的根本目的

當前，微小衛星進入高速發展的時代，且技術日漸成熟。隨著驗證不斷取得成果，業務星廣泛投入使用，微小衛星應用顯現出更大的空間。徹底改變以往衛星只是作為戰略使用的局面，將戰場戰術支持常態化。微小衛星不僅解決了如“麥管看世界”等大衛星應用的瓶頸，而且能快捷地投入戰場，支持基層官兵在瞬息萬變的復雜戰場態勢下，開展微小戰術衛星應急偵察與隨機聯通戰場網絡的戰術使用，以奪取作戰先機。隨著批產能力形成，快速發射時間間隔進一步縮短，快捷部署數十顆甚至更大數量衛星星座及其對戰區“按需”支持將成為常態，從而使衛星成為普通軍需品，深刻變革衛星在局部戰爭中的應用模式。

3 控制空間裝備與技術重大進展分析

重大進展

（1）美國繼續修補空間態勢感知系統覆蓋漏洞,歐洲邁出構建空間監視體系又一關鍵步驟

2014年，美國將地基空間監視C波段機械跟蹤地面雷達AN/FPQ－14遷移至澳大利亞西部。C波段雷達主要監視低地球軌道目標，包括衛星與導彈。該雷達每天跟蹤200個目標，跟蹤距離最遠達11000km，是美國在南半球部署的第一個低地球軌道空間監視傳感器，以彌補美國在東南半球發射目標的跟蹤漏洞。

美國“星歷可精調的天基望遠鏡”驗證星結構圖

2014年1月，美國“星歷可精調的天基望遠鏡”進行有效載荷地面試驗，對空間目標進行定位?！靶菤v可精調的天基望遠鏡”于2010年5月啟動，是美國國家偵察局（NRO）空間態勢感知納衛星項目，進行空間監視和空間碰撞預警。2012年與2013年分別發射了1顆驗證星，最終將構建由18顆太陽同步軌道3U立方體納衛星組成的業務星座。該系統全面運行后，將搜索整個空間，及時探測深空微小目標，從而對相對距離小于300km、相對速度不大于3km/s的空間目標成像；定位精度預計可從目前的1000m提高到100m，虛警次數由大約10次/天降低到1次/10天。將低軌與深空盲區縮小到最低限度。

2014年1月，歐洲“空間監視與跟蹤系統”雷達樣機進行試驗，觀測到“天鵝座”貨運飛船以及“環境衛星”等多顆衛星的再入翻轉現象，邁出了歐洲構建空間監視體系又一關鍵步驟。該雷達樣機可探測到地球低軌道1米級物體，未來業務型雷達將探測到10厘米級物體。

（2）美國地球同步軌道部署具有在軌操作能力的空間態勢感知衛星，并繼續在“國際空間站”開展在軌操作試驗

美國試驗衛星系統-10示意圖

2014年7月，美國將2顆“地球同步軌道空間態勢感知計劃”衛星和1顆“局部空間自主導航與制導試驗”衛星送入地球同步軌道。前者是2006－2009年進行在地球同步軌道進行操作技術驗證的“微衛星工程試驗系統”衛星的業務星，干質量600kg；后者是2003－2005年地球低軌道進行操作技術驗證的試驗衛星系統－10、11的同步軌道升級型，質量約70kg。“地球同步軌道空間態勢感知計劃”和“局部空間自主導航與制導試驗”衛星均為采用高級自主接近尋的技術的在軌操作飛行器，均能夠進行追蹤、逼近和監測操作。不同的是，前者是雙星抵近目標后通過微弱電子信號進行偵察；后者則是單星近距離接近目標并繞飛。

（3）俄羅斯重啟蘇聯時期的“樹冠”反衛星項目，研制新型空間態勢感知裝備和反衛星裝備

2014年1月，俄羅斯宣布重啟“樹冠”反衛星項目，進行現代化改進并開始試驗?！皹涔凇毕到y是蘇聯上世紀發展項目，包括偵察監視設施和打擊裝備兩部分。前者主要通過光學望遠鏡、射頻雷達和激光雷達對空間目標進行監視；后者包括可摧毀敵方衛星的戰斗機和導彈。

影響分析

（1）美國努力實現天地傳感器無縫覆蓋空間目標；歐洲則努力提高空間目標的監視精度

當前，美國空間態勢感知系統在地球低軌道與深空仍存在盲區，構建無盲區、精確識別與定位深空微小目標和低虛警率空間態勢感知系統是美國的當務之急。美國在澳大利亞西部部署的C波段雷達與未來18顆“星歷可精調的天基望遠鏡”納衛星星座，是努力實現天地傳感器無縫覆蓋整個空間的重要步驟。美國國防部曾在2008年空軍年會上指出，“鑒于許多國家都能夠進入空間，國防部必須跟蹤空間發生的每件事”；歐洲驗證“空間監視與跟蹤系統”雷達，在原來僅有光學天基空間監視系統的基礎上又邁出一大步。

（2）美國在軌操作技術更加成熟，可熟練運用檢視、干擾、捕獲與殺傷等各種空間對抗手段；俄羅斯重啟反衛星項目意在懾阻

美國從低地球軌道的試驗衛星系統－10、11到地球同步軌道的“局部空間自主導航與制導試驗”等衛星，驗證了逼近、繞飛與監視等在軌操作技術；從地球同步軌道試驗型“微衛星工程試驗系統”到同步軌道業務型“地球同步軌道空間態勢感知計劃”衛星，驗證了逼近、交會與檢視等在軌操作技術，表明美國高低軌在軌操作技術日漸成熟，未來可對在軌目標實施檢視、干擾、捕獲與殺傷等各種對抗作業，而且小衛星不易被探測、隱蔽強，攻擊突然性強，是最具威脅的空間裝備。

俄羅斯“樹冠”反衛星項目實際上屬于俄空天防御系統的一個組成部分。但俄羅斯面臨西方國家對其戰略空間的進一步打壓，尤其是在美俄關系惡化對峙的風口浪尖上公布該項目的存在，顯然意在懾阻。

4 結束語

分析表明，世界主要國家在航天領域技術創新取得了不同程度的新進展。其中美國在進入空間、利用空間與控制空間全面開展的技術創新較為顯著。其重復使用運載飛行器、激光通信與量子通信，以及微小衛星等技術取得的突破性進展，是美軍著眼未來與強大對手作戰，確保其在太空戰略制高點保持絕對優勢的重要準備。