洛馬公司2015年航天防務領域的開發與拓展

張京男 （中國運載火箭技術研究院研究發展中心）

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洛馬公司2015年航天防務領域的開發與拓展

Research Report on 2015 Lockheed Martin Aerospace & Defense Development and Expansion

張京男 （中國運載火箭技術研究院研究發展中心）

2015年，洛馬公司（LM）在航天防務領域取得的進展主要體現在運載火箭、戰略導彈、軍用衛星、反導系統以及新技術開發、民用產業開發、戰略合作等方面，相關裝備的發展對美國航天防務能力發揮著重大作用，是美國國防建設的戰略基石。

1 火箭發射情況

目前，洛馬公司研制并運營宇宙神－5（Atlas－5）和“雅典娜”（Athena）火箭。2015年，宇宙神－5火箭共發射9次，均取得成功。其中，軍用發射6次，科學探測1次，商業發射1次（為墨西哥政府發射通信衛星），空間站貨運任務1次。“雅典娜”火箭2015年發射次數為0次。

續 表

與宇宙神－5火箭對接的美制墨西哥莫雷洛斯－3衛星

2 航天器情況

“移動用戶目標系統”軍用衛星

洛馬公司于2015年9月2日用宇宙神－5火箭發射了移動用戶目標系統－4衛星，進入地球同步軌道，軌道高37586km，隨后開始與地面的海軍航天器控制站進行通信。11月30日完成在軌測試，海軍正式接收該衛星。2016年一季度，移動用戶目標系統－4將進行軌道調整，準備在軌運行驗收工作。（詳情請看本刊2015年第11期）

GPS地面控制段升級

2013年，美國空軍太空與導彈系統中心授予洛馬公司GPS入侵保護增強（GIPR）工程改造合同，2015年已對GPS主控制站與備用主控制站完成改造和部署，包括系統設計、硬件采購、軟件開發、網絡架構設計與技術歸檔。該工程不但有助于保護數據，還解決了設備陳舊問題，通過新興供應商的硬件與操作系統增強GPS的可維護性。

目前，GPS軍用、民用、商用客戶每天可超過10億，而改造將在硬件與軟件方面同時提升，應對快速發展的網絡威脅。

取得美國一項商業發射合同

2015年8月，洛馬公司獲得美國第二大衛星廣播電視運營商回聲星通信公司（EchoStar）的衛星商業發射合同，計劃在2016年下半年用宇宙神－5火箭發射回聲星通信公司的XIX通信衛星。XIX衛星又被稱作朱比特－2（Jupiter-2）衛星，是美國勞拉空間系統公司（SSL）研制的Ka頻段衛星，用于北美高速衛星互聯網服務。

開拓沙特商業衛星

洛馬公司與阿拉伯衛星通信組織（ARABSAT）、沙特王國阿卜杜拉阿齊茲國王科技城（KACST）在2015年共同宣布聯合研制阿拉伯通信衛星-6A（Arabsat－6A）與希臘衛星－4/沙特阿拉伯地球靜止軌道衛星－1（Hellas Sat－4/ SaudiGEOSat－1），可為中東、非洲、歐洲地區提供電視、互聯網、電話與安全通信服務。洛馬公司航天事業部商業太空業務部取得了這2顆衛星的研制合同，將基于A2100平臺改造，搭載洛馬公司新型有效載荷，快速適應各種通信網絡，實現在軌衛星任務重新設定，動態調整高峰地區的帶寬，從而增加運營收入，衛星計劃于2018年發射。

根據合作協議，洛馬公司還將與阿齊茲國王科技城、沙特技術投資與開發公司（TAQNIA）航天分公司在沙特合作進行其他衛星的設計、制造與集成。洛馬公司與沙特技術投資與開發公司航天分公司在沙特合資成立了有限責任公司，培養航天人才，開發太空設施，阿齊茲國王科技城作為研發機構，輸出相關技術。

“獵戶座”飛船

2014年進行過首次不載人飛行的“獵戶座”（Orion）乘員艙運抵洛馬公司航天事業部，進行乘員艙的凈化工作，并繼續進行飛行后部分組件的分析工作。同時還在評估一項直接場聲學（DFA）試驗技術，測定能否產生足夠的能量，模擬“獵戶座”在由“航天發射系統”（SLS）發射與上升過程中將承受的聲音載荷。環繞飛船四周放置特制的高能擴音器，通過特定算法控制到達飛船的能量，計劃2016年初得出試驗結論。如果試驗能夠準確模擬“航天發射系統”上升時的聲學載荷，它將評估“獵戶座”在下一次任務中承受這種載荷的能力。

2015年9月，洛馬公司與NASA工程人員利用摩擦攪拌焊接技術成功完成了第2艘“獵戶座”飛船艙道與前部艙壁的焊接。艙道用于對接時航天員爬行進出，而前部艙壁會在再入時承受極限載荷。

在首次飛行的“獵戶座”探索飛行測試-1 （EFT－1）制造完畢后，洛馬公司意識到焊接段數量的減少會降低整個飛船質量，原因在于焊接部位質量較大，因此此次制造的第2艘飛船（探索飛行測試－1）將采用7個大的部段連接，替代探索飛行測試－1上的18個焊接段，但焊接難度會加大。為驗證新設計的可行性，洛馬公司在火星“探路者”（Pathfinder）飛船上進行測試，驗證性能。

“獵戶座”飛船關鍵設計評審（CDR）從2015 年8月開始，到10月已完成大部分工作，成熟度滿足全尺寸制造、組裝、集成與試驗，滿足了NASA的性能要求。這也標志著“獵戶座”設計工作已基本完成，只在有新需求的時候才會進行變更。

2016年初，焊接工作完畢，并進行“歐洲服務艙”（ESM）的關鍵設計評審，“獵戶座”乘員艙壓力容器會運送至NASA肯尼迪航天中心的檢驗工廠，進行最后的組裝、集成與試驗。“獵戶座”第一次飛行任務將飛往月球大幅值逆行軌道，這一距離在以往載人任務中從未達到過。該任務歷時約20天，驗證“獵戶座”飛船與“航天發射系統”的載人深空探測設計安全性。

“奧西里斯-雷克斯”小行星采樣探測器

2015年10月，洛馬公司完成了NASA的“奧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex，又名“起源光譜釋義資源識別安全風化層探測器”）小行星探測器組裝，開始進行一系列嚴酷的環境試驗，包括熱真空、振動模擬、極端溫度、發射聲學、分離與展開沖擊、振動、電磁干擾與兼容等。

“奧西里斯-雷克斯”將在2016年5月從洛馬公司的工廠運送至NASA肯尼迪航天中心，進行發射前準備，并在2016年9月發射，飛往距離地球最近的伯努（Bennu）小行星，帶回至少60g樣品供研究。目前，“奧西里斯-雷克斯”按計劃時間和預算進行研制，并稍有富余。

“奧西里斯-雷克斯”是NASA“新疆域”（New Frontier）計劃下的第3個項目，將用于執行美國首個小行星采樣返回任務。NASA戈達德航天中心負責管理整個任務，首席研究員來自亞利桑那州大學。洛馬公司航天系統事業部建造飛船并執行發射飛行任務。

組裝中的美國“奧西里斯-雷克斯”小行星探測器

“洞察”火星著陸器

美國“洞察”著陸器太陽電池翼進行展開測試

2 0 1 5年1 2月，洛馬公司研制的“洞察”（Insight）火星著陸器由空軍用運輸機運往范登堡空軍基地，原計劃于2016年3月搭載宇宙神－5火箭發射，但由于探測器上地震儀的高敏感度探測器未能真空密封，NASA宣布取消發射計劃。發射計劃取消后，下一次有利的發射時間是2018年5月。

“洞察”著陸器主要作用是探測火星深層結構，研究“行星如何形成”這一重大問題，弄清太陽系行星巖石結構形成過程。“洞察”著陸器上將搭載法國國家空間研究中心（CNES）研制的地震檢波器。

“洞察”著陸器由洛馬公司與美國NASA噴氣推進實驗室（JPL）共同設計，基于2008年完成火星著陸的“鳳凰”（Phoenix）著陸器，質量626kg。此次火星任務由噴氣推進實驗室領導，法國國家空間研究中心與德國航空航天中心（DLR）分別提供科學儀器作為有效載荷，任務周期2年。

3 新技術開發

小衛星冷卻技術功率增強3倍

2015年，洛馬公司研究人員開發出了高功率微型低溫冷卻系統，其功率密度是傳統產品的3倍。太空中的精密電子元件及傳感器需要低溫冷卻技術才能夠運行，該技術的改進能夠讓空間傳感器長期保持低溫運行，使紅外光電設備溫度可降至－195℃，而且其壽命超過10年，同時還可減輕太空艙負重。該系統質量不到0.45kg，不及同級別產品質量的50%，這對同類小型產品沖擊較大。該系統是目前工業界最高功率密度的冷卻系統，每千克功率超過150W，而大部分航天級產品為30～60W，未來對太空、海軍艦艇、航空飛行器技術發展具有重大意義。

“太空籬笆”項目開始建造數字化相控陣雷達

2015年9月，洛馬公司“太空籬笆”（Space Fence）項目技術成熟度通過美國空軍關鍵設計評審，標志著設計階段結束，開始在西太平洋夸賈林環礁建造世界上最大的數字化相控陣雷達與設施，包括大型數字雷達與一站式方案工廠，計劃在2018年進行初始運行。按照項目設計評審要求，需要每天進行150萬次探測、跟蹤、分類在軌目標，預測天基碰撞。3天的設計評審交付了21000頁設計文檔，并進行了8天的設計演練。

在項目設計過程中，洛馬公司使用了最新的整體式微波集成電路技術，包括氮化鎵（GaN）半導體材料。氮化鎵為主動式相控陣雷達提供了顯著優勢，包括高功率密度、高效率和高可靠性。洛馬公司采用了成熟的商業級產品與商業技術降低成本，與美國國防部發布的“最佳購買力3.0”國家戰略保持一致。

4 總結分析

運載火箭、軍用衛星、深空探測器等美國航天防務重大工程成效卓著

宇宙神－5火箭2015年成功發射9次，與歷年相比，完成任務較多，且以重大軍事任務為主。“移動用戶目標系統”作為海軍等移動作戰使用的重要通信能力，其交付進度緊鑼密鼓。同時，在國際商業衛星市場上，通過動態調整高峰地區帶寬等新能力打開與沙特合作空間。深空探測器主要關注深空載人航行、小行星采樣與火星登陸。以上工程，除“洞察”火星著陸器測試出現故障外，其他均表現優異，成效卓著。

新技術與新改造的科技含量高，并依賴基礎科學

研發的低溫冷卻系統在功率密度、外形尺寸方面的優勢都幾倍于傳統產品，從基礎技術層面滿足航天與其他相關防務產品的低溫要求。在巨額合同支持下，通過引入氮化鎵材料，大幅提升雷達性能的數字指標和一體化作戰效能。機載激光受大氣湍流影響，但通過氣動與流場控制技術，避免了激光被大氣漫射。可以看出，洛馬公司新技術的開發與改進，極其重視對電磁波、材料、光學等基礎科學與原理的解析，而航天防務裝備與能力也迫切需要從更基礎的層面進行開發，從而實現系統級能力的根本性轉變。

將航空航天能力向商業級民用領域轉化

洛馬公司2015年繼續大力拓展民用領域，其中的智能化技術、高空飛艇、太陽能技術、信息技術等均為航空航天領域經常集成或應用的技術，并且均可找到對應的裝備與大型系統。通過代工生產商代工、直接收購或技術轉移等方式，洛馬公司可將系統設計、技術集成等核心能力應用在更廣泛的商業級民用領域，實現軍用轉民用，創造理想的經濟價值。

5 結束語

2015年，洛馬公司航天與防務發展取得了多項重大突破與進展，而相關民用產業與戰略合作是公司有效拓展與長遠發展的重要補充，未來的發展動態也必將對相關的軍用與民用產業帶來重大影響。