美國國防高級研究計劃局2019財年航天預算分析

孫棕檀 劉博 （中國航天系統科學與工程研究院）

2018年2月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）發布2019財年“研究、開發、試驗與評估”（RDT&E）預算申請，對2017－2019年間的預算情況進行了總結和規劃。預算內容顯示，2019財年DARPA航天項目預算額相比2018財年略有增加，為歷年最高水平，同時新增了2個項目。預算額與項目內容的變化，反映出DARPA加大核心戰略領域投資，持續推動重點航天技術項目發展，其在軍事航天前沿領域的布局上也出現了若干新動向。

1 DARPA 2019財年航天預算概況

近5年，DARPA航天預算主要來自應用技術研究中的“空間項目與技術”和“傳感器技術”2個項目。2019財年，DARPA航天預算達到了2.76億美元的歷史最高位，涉及的9個航天子項目分布在進入空間、利用空間、空間態勢感知、空間對抗4個領域，各領域經費投入較均勻，并首次出現了經費破億美元的項目。

航天預算額再創新高，航天預算占比維持在中等水平

DARPA 2019財年預算涉及的航天子項目與所屬領域

預算文件顯示，雖然2016財年受“空中發射輔助進入太空”（ALASA）、“太空監視望遠鏡”（SST）等項目中止或即將結束的影響，DARPA航天預算曾出現短暫下滑，但總體上DARPA航天預算在近幾年來穩步增長，已從2015財年的1.73億美元增至2019財年的2.76億美元，5年內漲幅接近60%。2018財年與2019財年航天預算額走高，與幾個重點航天項目進入系統集成階段、經費大幅增加有關。

DARPA航天預算在總預算中的占比逐步穩定在8%左右。考慮到應用技術研究經費僅占DARPA總預算的40%，DARPA航天預算在應用技術研究經費中的占比可達20%左右，維持在中等位置，凸顯了DARPA將航天領域視為優先事項的意圖。

航天各領域經費投入趨于均衡，單個項目申請經費首次過億

DARPA 2019財年航天預算中涉及的航天子項目共有9個，除“先進航天技術概念”（Advanced Space Technology Concepts） 項目外，其余8個子項目均分布在進入空間、利用空間、空間態勢感知和空間對抗4個領域。這延續了DARPA在軍事航天各領域分布投資與注重均衡發展的特點，以往個別領域（如利用空間領域）投資過少的情況得到了改變。

值得注意的是，DARPA 2019財年航天預算中，為“靜止軌道衛星機器人服務”申請的項目經費超過1億美元。這是DARPA首次出現申請經費破億美元的航天項目。從近2年該項目經費批復額高于申請額來推測，該項目2019財年的最終經費很有可能超過1億美元。這反映了DARPA以加大投資力度的方式確保重點航天技術項目的發展，推動相關能力的形成。

2 DARPA航天各領域發展動向

通過DARPA 2019財年航天預算可以看出，其在進入空間、利用空間、空間態勢感知和空間對抗4個領域均出現了新的發展動向，推動項目進展與技術研發。

進入空間領域

在進入空間領域，DARPA面向微小衛星快速發展需求，采用創新舉措持續研發快速、低成本進入空間技術。從2011財年起，DARPA陸續推出“空中發射輔助進入太空”和“試驗性航天飛機”項目，旨在實現運載器的快速、機動、低成本進入空間，提高現有航天力量的戰時響應性，這是美軍自21世紀以來運載器技術研發思路的延續。同時，當前微小衛星軍事應用價值日益凸顯，但星座部署和組網受大中型運載火箭及發射方式的限制，DARPA在2019財年適時地設立了“太空彈性快速響應發射”新項目，以推動微小衛星專用小型運載火箭發展，滿足彈性空間力量部署和快速響應發射需求。

“空中發射輔助進入太空”項目計劃利用改進的F－15戰斗機在7500m高空發射新型火箭，專門服務微小衛星等小型載荷發射，每次發射成本不超100萬美元，任務時間不超24h，打破固定發射場地域與方向限制，實現12h內轉場再次發射。該項目在2015年開展了2次新型火箭推進劑試驗，均發生爆炸，DARPA取消了技術樣機研制與原定于2016年的空射試驗。該項目雖已中止，但相關經驗和階段成果為后續項目的設立與開展提供了思路和技術基礎。

DARPA進入空間領域近10年項目變更（深色底紋為研制期）

“試驗性航天飛機”項目計劃設計、制造與驗證馬赫數10的帶翼飛機，將一次性上面級投放至亞軌道后水平著陸返回，由上面級將有效載荷送入軌道。項目旨在對發射成本降至1/10、10天內10次飛行、每隔24h快速響應發射進行飛行驗證，提供一種快速、低成本進入空間的方式，進而提升戰時響應性，鞏固國家安全。DARPA已授予波音公司該項目第2和第3階段合同，項目經費批復額較2018財年申請額有所增加。2018和2019年，波音公司將重點開展推進系統進行集成，并在10天地面測試中完成10次發動機點火試車工作。

“試驗性航天飛機”項目歷年經費情況（單位：萬美元）

“太空彈性快速響應發射”項目又名“發射挑戰賽”，是DARPA 2019財年的新增項目，經費預算500萬美元。參賽者在無法提前預知載荷配置、目標軌道、發射場地等信息的情況下，利用自研小型運載火箭在短時間內連續2次將有效載荷發射入軌。DARPA將選出可滿足快速響應未知載荷發射任務需求的小型運載火箭，向獲勝者提供美國政府載荷發射合同。通過挑戰賽的創新形式，既可充分借助新興商業航天運輸企業力量促進小型火箭技術發展，又可帶動微小衛星大規模應用，滿足軍方未來發射需求。

利用空間領域

在利用空間領域，DARPA利用小型化與商業搭載手段提升對地通信監視能力，積極嘗試新型光學成像系統技術方案。為確保作戰中持久監視與信息覆蓋，DARPA探索構建低成本微小衛星星座技術，提升對地通信與監視能力。在“太空增強作戰效能”（SeeMe）項目基礎上，DARPA采取了2種技術手段：一是發展適用于微小衛星的通信與遙感載荷；二是探索利用先進的商業衛星平臺技術，縮短技術研發周期，降低有效載荷與發射成本。此外，DARPA還積極嘗試新型光學成像系統技術方案。

DARPA曾于2011財年設立“太空增強作戰效能”項目，旨在構建微小衛星星座實現低成本快速發射入軌，直接向作戰人員提供即要即得的衛星圖像信息。但或因蓬勃發展的商業微小衛星同樣具備完成類似任務的潛力，該項目被取消。2016財年設立的“雷達網”項目著重研究輕質空間可展開天線結構技術，以實現無線電通信和遙感載荷的小型化、低功率化和大帶寬化，2019年DARPA將對演示系統進行集成和測試。同于2016財年設立的“小衛星傳感器”項目將開發驗證包括光電/紅外傳感器和星間通信器件在內的微小衛星載荷技術，計劃于2019年發射1顆試驗衛星進行在軌演示驗證。

“黑杰克”項目體現了DARPA利用先進商業衛星平臺技術研發低成本微小衛星星座的思路。該項目旨在研發具有較低“尺寸、重量、功耗及成本”（SWaP-C）特征的低軌軍事通信與監視衛星，利用現代化商業衛星技術，具有經濟可承受性。2018年4月，DARPA發布了“黑杰克”項目跨部門公告（BAA）。2019年該項目將進入低成本、可更換有效載荷與商業衛星平臺的研發階段。

“雷達網”項目歷年經費情況（單位：萬美元）

“小衛星傳感器”項目歷年經費情況（單位：萬美元）

為推動高分辨率光學成像系統發展，DARPA積極嘗試了多種新型光學成像系統技術方案。例如，曾于2015財年設立了“太空光學孔徑設備自組裝”（OASIS）項目，旨在演示驗證利用多次發射的多個小型模塊化載荷部件組裝大口徑（＞5m）光學系統可行性。這是DARPA繼2010年提出發展薄膜衍射成像系統的“莫爾紋”(MOIRE)項目后，為實現超大口徑光學系統的又一次探索。2019財年新設立的“平面成像儀”項目，將探索利用光子集成電路與計算干涉技術，構建一種新型光學成像系統，代替由光學單元線性排列而成、采用傳統光學折反射原理的成像系統，可將傳統光學成像系統的尺寸和質量降低一個數量級，計劃于2019年完成探測器與光子集成電路集成工作。

空間態勢感知領域

在空間態勢感知領域，DARPA從注重監視裝備研發，逐步向重視數據應用與作戰能力建設轉變。為解決美軍空間態勢感知系統存在的低軌與高軌探測盲區，DARPA于2004財年設立“太空監視望遠鏡”項目，旨在構建無盲區、精確識別與定位深空微小目標的空間態勢感知系統。2011財年設立的“太空領域感知”（SDA）項目則希望通過對分布式空間目標態勢感知數據的收集、處理、融合，進一步強化美軍空間態勢感知能力。完成“太空監視望遠鏡”項目轉移和“太空領域感知”項目演示驗證后，DARPA于2016財年設立“標志”項目，瞄準太空作戰管理與指控平臺建設，開始研發空間態勢感知工具。

“太空監視望遠鏡”項目已正式移交給空軍，向澳大利亞遷移。該項目研制的先進地基光學系統探測靈敏度和覆蓋率提高1個數量級，數據采集速度提高了10倍以上，減小了美軍空間監視網在南半球和東半球的覆蓋盲區。

“太空領域感知”項目采用數據融合技術、關聯未知目標的先進算法以及雷達、光學、射頻等探測手段，對包括商業太空態勢感知渠道在內的分布式傳感器協作網絡進行了初始能力演示。該項目可探測1000km高度、直徑10cm的目標，10min內可對任一目標進行3次以上獨立探測，能精確測定軌道參數，彌補了美軍現有低地軌道態勢感知覆蓋缺口并提高隨機跟蹤能力。

為應對日益復雜的太空行動，并滿足太空軍事行動實時決策的需求，美軍急需提升太空作戰指揮控制技術與能力，以確保在未來戰場上的技術和戰略優勢。“標志”項目將研發一款空間態勢感知平臺與工具，一是可幫助美軍指揮官感知太空環境和潛在威脅，對太空軍事行動進行規劃和評估；二是集成并分析從太空、陸地、空中、海洋和網絡空間采集的數據，同步太空和地面任務，遂行“多域”作戰；三是集成具有太空指控功能的工具，并對各類新型太空指控技術進行快速評估。該項目將分三階段實施，目前第一階段的研發重點為搭建軟件測試平臺架構，以及初步集成具有太空指控功能的首批工具。

“標志”項目歷年經費情況（單位：萬美元）

空間對抗領域

在空間對抗領域，DARPA借力靜止軌道衛星在軌服務能力，獲取空間攻防對抗實戰能力。美軍在軌操作技術發展已歷時多年，在逐步掌握低軌和高軌合作或非合作目標的自主逼近、交會、對接、捕獲以及繞飛和伴飛等關鍵技術后，DARPA于2006財年設立“系統F6”項目，研制并演示驗證實現分布式航天器體系結構的使能技術。2011財年，DARPA設立“鳳凰”（Phoenix）項目，旨在重新利用靜止軌道已退役或失效衛星上的有價值部件。自此，在空間對抗領域，DARPA確立了以靜止軌道衛星各類在軌服務能力形成為核心的發展思路，以滿足未來控制空間的作戰需要。“鳳凰”、“大型天線在軌制造”（LIMA）和“靜止軌道衛星機器人服務”等項目的設立均沿襲這一思路。

“鳳凰”項目旨在演示驗證從靜止軌道失效或報廢衛星上搶救、再利用零部件的技術，例如從退役衛星上“剝離”大型天線，并在周圍構造其他衛星功能。該項目通過創新發射、部署方式的突破，探索新型在軌服務模式，建立起一個面向重復利用的在軌服務支援體系；“有效載荷軌道交付系統”（PODS）與“軌道守護器”（Tender）等創新概念的提出，也為后續衍生項目明確技術發展重點提供了借鑒。

作為“鳳凰”項目的衍生產物，“靜止軌道衛星機器人服務”項目將與現有的衛星運營商合作，發展地球靜止軌道機器人服務能力，并攜帶充足的燃料開展為期數年的高軌服務驗證，執行多種可能任務。項目的在軌服務任務類型包括：處理機械故障（如太陽能陣列部署）；提供輔助推進，增強業務衛星編隊的靈活性；利用攝像機系統實施非常詳細的檢測，查找衛星問題；提高對靜止軌道運行情況的感知等。該項目研發的一系列技術，如服務星的遠程機動技術、與非合作目標的交會與逼近技術、衛星識別技術、機械手捕獲衛星技術、在軌切割衛星天線和擰取部件的操作技術等，均可用于偵察監視和攻擊在軌衛星。DARPA已為該項目申請了超過1億美元的預算，2019年將對包括機械臂、工具轉換器、有效載荷結構和飛行軟件等在內的各類部件進行制造與集成，并啟動入軌演示驗證準備工作。

“靜止軌道衛星機器人服務”項目歷年經費情況（單位：萬美元）

3 小結

DARPA以保障美國國家安全，使美國在免遭技術突襲的同時，謀求對敵技術優勢為核心使命，同時大力促進前沿技術創新與轉化，其項目的設立和開展具有高度靈活性。DARPA 2019財年航天預算體現了其在履行核心使命和持續推動前沿技術儲備、研發和應用上所做的努力。

一是發力重點航天項目與特朗普政府備戰太空新動向吻合。DARPA對“標志”和“靜止軌道衛星機器人服務”等項目的持續推動與大力投入，表明美軍已將太空軍事行動納入作戰域，并將空間攻防對抗視為核心能力。這與近期美國大力推動軍事航天改革與軍事航天力量重組，并在新版《太空作戰條令》中推動太空作戰深度融入聯合作戰等舉措十分吻合，集中體現了特朗普政府備戰太空的新動向。

二是采取挑戰賽與技術掃描等創新舉措，加速航天創新技術成熟。2019財年新設立的“太空彈性快速響應發射”項目是DARPA在航天領域首次嘗試以挑戰賽形式推動航天技術發展。DARPA可以通過借鑒此前在機器人、無人蜂群、通信、網絡安全等領域舉辦各類挑戰賽的成功經驗，加速推動微納衛星專用小火箭技術的成熟。2018財年設立的“先進航天技術概念”項目，將對包括先進/新型推進系統、新型傳感器、先進輕型結構、先進小型無線電頻率技術、導航技術、航電設備、結構、先進通信和在軌軟件環境等在內的各類新出現的航天技術和航天概念，以類似于地平線掃描的方式進行審查和評價，拓展DARPA發展航天前沿技術的途徑。

三是順應商業航天發展態勢并靈活推出與之相適應的項目。在商業航天與微納衛星技術蓬勃發展的態勢下，DARPA及時順應并借助這一熱潮，靈活推出相應項目并予以推動。例如“黑杰克”項目將利用先進的商業衛星平臺技術，研發低軌軍事通信與監視衛星；“雷達網”和“小衛星傳感器”項目積極發展適用于微納衛星的通信與遙感載荷，并借助工業部門投資，使軍方新的戰術能力可在小衛星上實現等。