美國洛馬公司航天技術轉化應用重點概述

· 文 |中國航天系統科學與工程研究院 張京男

美國洛馬公司航天技術轉化應用重點概述

· 文 |中國航天系統科學與工程研究院 張京男

美國洛克希德·馬丁（以下簡稱“洛馬”）公司是目前世界第一大軍工企業，也是第一大宇航公司，不僅僅是在經濟指標方面突出，而且在美國航天國防方面也具有不可超越的地位。因此借鑒其航天相關技術轉化情況有助于我國相關領域探索新思路、新方向。

隨著美國國防、科技、經濟形勢的變化，洛馬公司也不斷地進行資本運作、調整戰略重心、搶占商業市場，從而在保持原有技術能力體系和傳統裝備的基礎上，完成技術與能力的轉化應用，促進創新，打開新的市場。

多年以來，洛馬公司在航天領域的技術轉化應用也不斷發生一些變化，部分項目有望在未來很長一段時間加大投入力度，尋求轉化成果。

一、傳統衛星平臺面向商業市場

（一）A2100衛星平臺

洛馬公司研制的A2100衛星平臺用于美國大部分軍用衛星，主要包括：美國空軍的天基紅外預警系統衛星（SBIRS）、先進極高頻通信衛星（AEHF）、新一代全球導航衛星GPS-3A，美國海軍的移動用戶目標系統衛星（MUOS），美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的地球靜止氣象衛星（GOES-R）等。

近年來經過不斷改進、引入大量商業化元素，并結合國際市場需求與技術發展趨勢，開發了新型A2100衛星平臺（見圖1），這些顯著的商業特質包括：

增強各類型商業載荷適應性，在衛星平臺不作改動的前提下滿足不同用戶需要在軌實現的功能，如光學載荷、雷達載荷等；

增強與標準化整流罩的匹配性，從而適用于當前全球不同型號火箭的發射，不受火箭整流罩及相關結構的影響；

載荷與平臺相互獨立，載荷的設計與組裝按照統一接口標準，不受平臺結構與電路等方面影響；

實現“肩并肩”雙星發射，兩顆衛星并排搭載，一箭雙星，從而節省發射業務的總成本；

推進全電推進（霍爾電推進）、全液推進或混合式推進等先進技術實現，從而徹底改變傳統衛星動力模式，提高衛星部署的效費比；

太陽帆板進一步減重，太陽能轉化效率進一步提升；

增加3D打印組件比重，從而節省制造時間與成本；

可在軌調整通信網絡，實現不同頻段與任務的靈活切換；

通過優化流程，降低制造成本；

通過優化流程，縮減制造周期；

自籌資金，從項目投資角度進行，不依賴于政府與軍方資助；

以客戶為中心，提供“交鑰匙”方案，提供完整的服務體系。

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年早期共同宣布開展Arabsat 6A衛星（圖2）與Hellas-Sat-4/SaudiGeoSat-1衛星（圖3）業務，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。洛馬航天事業部商業太空業務部將通過此項目建造出更加智能化的衛星。

這兩顆衛星基于商業化改造后的A2100平臺，將搭載洛馬新型有效載荷，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，計劃于2018年發射。

（二）LM 900衛星平臺

IKONOS衛星逐漸演化為當前的LM 900平臺（圖4）。IKONOS衛星在1999年9月24日由美國“雅典娜”2火箭發射入軌，是世界上第一顆提供高分辨率衛星影像的商業遙感衛星。運營商是當時的商業衛星服務公司Space Imaging（現為DigitalGlobe公司）。

除了IKONOS衛星，LM 900平臺與多個科研應用的航天器平臺優勢相近，其中結構設計主要來自IKONOS衛星，航電系統與NASA MRO火星軌道器、GRAIL月球探測器、MAVEN火星探測器、OSIRIS-Rex小行星探測器等相近。

2016年11月11日，在美國范登堡空軍基地，宇宙神5號運載火箭成功發射了WorldView-4商業遙感衛星（圖5），在681km的軌道高度上運行，設計壽命10年，運營商為美國DigitalGlobe公司。毫無疑問，WorldView-4衛星是當前全球最先進的商業遙感衛星，全色分辨率為31cm，由洛馬公司研制，使用的正是LM 900衛星平臺。洛馬公司LM 900衛星平臺經過20年的進化與開發，打造了世界頂級商業遙感衛星，未來必將進一步打開商業化市場，面向更廣泛的商業與民用市場。

二、重力梯度儀精準測量地質結構

洛馬公司30年前就研制了世界上唯一一型移動式重力梯度儀，它可通過測量地層密度的細微差異，生成地下或海底的地質結構信息，其重力梯度數據對烴類沉積巖和礦石礦體指示尤為顯著，探測金屬礦藏、鉆石礦、鹽層，如圖6所示。

近10年來，洛馬公司大力開發商業應用，由飛機、艦船和潛艇平臺搭載，服務于資源勘察和開采。目前，大約已有十幾套該產品由美國商業公司應用于開采普通金屬和金伯利巖鉆石等。同時，在軍用領域也可探測各種地下工事，如圖7所示。

三、激光雷達測量大氣風力數據

飛機起降都會產生尾流，會危害附近飛機的安全性帶來危害。洛馬公司開發了WindTracer系統（圖8）用于大氣環境研究的激光雷達技術，可應用于機場安全評估、風力資源評估和氣象研究。

WindTracer最初于2002年部署在香港國際機場，主要用來偵測風情和飛機尾流，迄今為止為超過一百萬航班的安全飛行提供保障，成為香港、東京、大阪、倫敦、紐約、舊金山、拉斯維加斯等機場首選的激光雷達傳感器。

美國聯邦航空管理局（FAA）、歐洲航空安全組織（Eurocontrol）與迪拜航空導航服務中心較早采用了這一功能，改善機場航行，保證飛機與飛機之間、飛機與不穩定氣流之間保持安全距離。FAA還將試圖以WindTracer為依據，制定相應的飛行標準。

WindTracer系 統 最 佳 測 量 距 離 為300m～15km，最大測量距離為33km，測量風速范圍為±40 m/s。另外，還有兩個開發分析工具。

WindOptimizer可部署在多個計算平臺，包括多觸點的操控中心、臺式機和移動設備。該工具集成來自WindTracer激光雷達的實時數據，對短期風況作高精度預測，目前已經通過多個項目論證，基本能對半個小時內的風況做準確預測。

WindProspector也是集成WindTracer激光雷達數據，為風電場開發商提供風力資源評估，包括地形跟蹤風地圖、垂直切變信息、時間序列測量、功率預測等。最終產品將會用于風力渦輪機的選位與優化，以預測未來農場的性能，降低投資者借貸風險。

四、結語

以上項目均為洛馬公司當前重點發展的轉化應用開發項目，其發展思路與具體思路更加面向全球商業客戶，面向投資回報率，面向經濟效益，同時未來公司還會根據技術與市場態勢進行不斷的調整，值得關注與借鑒。