2018年國外航天技術發展綜述

陳建光 王 聰 賈 平 梁曉莉 劉 博 文

2018年，世界主要國家航天裝備與技術發展重點，重點發展新一代運載火箭和快速響應運載技術，陸續部署新型衛星并開展新概念衛星技術研發，積極發展空間控制裝備和技術。

航天運載器及技術

在新一代大中型火箭穩步發展的同時，快速響應發射和重復使用是航天運載技術的重要發展方向，均取得重要進展。同時新型火箭動力技術可有效提升運載火箭性能。

美國“獵鷹重型”成為現役運載能力最強的火箭。美國太空探索技術公司（SpaceX）“獵鷹重型”火箭2月成功首飛。該型火箭的低地軌道運載能力達60噸級，兩倍于此前運載能力最強的“德爾他”-4H火箭，且發射價格僅為后者的三分之一。該火箭已獲得美空軍的兩項發射合同，未來將持續為美軍部署大型空間信息系統提供低成本發射選擇。此次發射也實現2枚火箭一子級同時回收。截至2018年底，“獵鷹”-9系列火箭共計進行67次發射任務，其中編號B1046的一子級5月、8月、12月分別執行一次發射任務并成功回收，實現一子級的第二次復用，此外還有17枚一子級一次復用，充分驗證了一子級重復使用技術。

美俄新一代大中型火箭進入研制生產階段。美國聯合發射聯盟9月完成“火神”火箭完成動力系統選型，上面級選用成熟的RL-10液氫／液氧發動機，芯級選用新型BE-4液氧／甲烷發動機，表明其已基本完成系統設計，即將進入生產制造階段。該型火箭是美空軍重點投資的下一代運載火箭，計劃2020年首飛。

俄羅斯4月完成“聯盟”-5火箭初步設計方案，進入研制階段，計劃2022年首飛。該型火箭利用“天頂”火箭的成熟技術，低地軌道運載能力約18噸，發射價格為5500萬美元，可增強俄羅斯在國際商業發射市場競爭力以及滿足載人航天發射需求。

快速響應運載器重點項目取得重大突破。美國國防高級研究計劃局（DARPA）7月完成“試驗性航天飛機”-1（XS-1）運載器的首臺AR-22主發動機制造，并成功在10天內進行了10次地面點火試驗，突破發動機快速后處理技術，為縮短復用周期奠定基礎。XS-1為兩級入軌重復使用運載器，在2017年5月確定采用波音公司的帶翼升力體構型，計劃2020年前首飛；一級采用兩臺AR-22液氫／液氧發動機發動機，該發動機推力為170噸，具備高可靠性且可重復使用55次。

新型火箭動力技術取得研究進展。美國推動研發火箭上面級輔助系統。美國家航空航天局（NASA）8月授予聯合發射聯盟公司（ULA）火箭上面級“集成火箭流體系統”（IVF）研發合同，計劃在2020年利用“半人馬座”上面級進行飛行試驗，2023年用于新一代“先進低溫上面級”。該系統是全球首個上面級輔助方案，采用小型氫氧內燃機和推力器取代傳統上面級的氦增壓和肼姿控系統，可將現役“半人馬座”上面級干重降低5%～10%，運載能力提升0.5噸；且上面級點火次數由2次增加到10次，在軌時間由12小時延長到數天。

歐洲完成“自噬”型固體火箭發動機原理驗證。蘇格蘭格拉斯哥大學、烏克蘭第聶伯國立大學5月聯合開展“自噬”固體火箭發動機原理樣機試驗。此次試驗采用1：1.5的聚丙烯／高氯酸銨作為固體燃料、硝酸銨作氧化劑，并進行了60秒實驗室燃燒試驗。該發動機的原理是藥柱在外加壓力作用下進入氣化裝置，并在氣化后燃燒產生推力，并通過改變壓力調節藥柱的給進速度，實現節流控制，從而具備液體發動機的節流特點和固體發動機的簡單結構，有望提升傳統固體火箭發動機的性能。

衛星及技術

國外通信、導航、遙感衛星取得重要發展；區塊鏈、吸氣式離子推進等新概念技術推動天基應用的創新發展。

偵察與預警衛星系統組網更新。美國第五顆“未來成像體系”衛星和第四顆“天基紅外系統”衛星相繼發射，實現兩大系統組網運行，前者是5顆衛星組成的雷達成像偵察星座，具備重點區域的快速重訪能力，后者由4顆衛星和在軌的3個大橢圓軌道載荷組成，可提升美軍對全球導彈發射的預警能力。西班牙“帕茲”雷達成像衛星2月成功部署，可增強西班牙以及歐洲整體的天基成像偵察能力。日本“光學六號”“雷達六號”衛星成功發射，分辨率均可優于0.5米，不斷升級偵察監視衛星能力。印度“制圖衛星”-2F衛星成功發射，完成該系列全部7顆衛星部署，其中后四顆為改進型號，將替換前三顆超期服役衛星，確保穩定的偵察監視能力。

通信衛星。新型軍用通信衛星持續部署和應用。美軍第四顆“先進極高頻”衛星10月成功發射，可實現全球范圍強電磁對抗環境下的安全通信；“移動用戶目標系統”啟用新型寬帶碼分多址信號，通信容量可提高10倍。俄羅斯第二顆“鐘鳴”衛星成功部署，加快建設寬帶衛星通信系統，保障高速互聯網接入、數據傳輸和視頻會議通信等。日本“煌”-1/“超鳥”-8衛星4月發射，逐步構建覆蓋印度洋和太平洋地區的軍事通信衛星系統，提升日本自衛隊指揮通信能力。

低軌衛星互聯網星座開展在軌試驗。加拿大電信衛星公司和美國SpaceX公司分別部署試驗衛星，包括1顆“低地軌道”-1衛星和2顆“丁丁”衛星，開展低軌衛星互聯網巨型星座的先期驗證。加拿大電信衛星公司的星座計劃由117顆衛星組成，部署在高度1000千米軌道，擬提供吉比特/秒量級的寬帶接入；SpaceX公司的星座在第一階段將由4425顆衛星組成，部署在高度1150～1320千米軌道，提供覆蓋全球的高速互聯網服務。

導航衛星多極化發展態勢進一步加強。全球衛星導航系統持續發展。美國持續推進新一代GPS衛星研制，計劃在12月發射首顆衛星。該型衛星定位精度可達0.5米，采用信號增強的點波束提升抗干擾能力，完善星間鏈路增強系統的自主運行能力。俄羅斯“格洛納斯”系統補充2顆衛星，確保星座穩定運行。歐洲“伽利略”系統增加4顆衛星，在軌衛星達26顆，已具備星座組網運行能力。

區域衛星導航系統建設達到關鍵節點。日本“準天頂衛星系統”投入運行，可使日本周邊GPS定位精度提升至亞米級，增強日本在該地區的導航定位優勢。印度區域衛星導航系統補充1顆衛星，替換因原子鐘故障失效的衛星，已恢復星座組網。

英國和韓國謀劃獨立導航衛星系統。英國受脫歐影響而無法使用歐盟“伽利略”系統的公眾安全服務，因此提出建設獨立的全球衛星導航系統，計劃在2020年建成。韓國在《第三次航天開發振興基本計劃》中，提出發展由3顆地球靜止軌道衛星和4顆傾斜地球同步軌道衛星組成的區域衛星導航系統，計劃在2034年建成。

新概念衛星及技術。小衛星技術持續進行研發和在軌驗證。美國防高級研究計劃局4月啟動“黑杰克”項目，旨在研發標準化設計、快速生產、自主運行等技術，分解大型軍事衛星功能和降低研制成本，構建由60～200顆衛星組成的低軌星座，實現全球連續覆蓋，并通過與商業星座“共生”提高彈性能力；已與空軍聯合啟動研發小型、輕質、低成本的紅外望遠鏡，設計用于大規模小衛星星座，實現持續和可調整的天基偵察監視能力。

區塊鏈技術用于研發自主決策航天器。美國國家航空航天局4月啟動研發基于區塊鏈技術的自主決策航天器。該項目由阿克倫大學開展，利用以區塊鏈技術研發認知性的航天系統網絡和計算設施，用于分布式航天器自主協同執行任務、航天器在軌自主躲避太空碎片、減少深空通信和導航對地面站的依賴等。區塊鏈技術本質上是一個去中心化的數據庫，所有存儲節點能夠自由安全地交換數據。

吸氣式離子推進技術完成地面點火試驗。歐洲航天局3月宣布成功進行了世界首臺吸氣式離子推力器的地面點火試驗。試驗模擬了高度200千米、飛行速度7.8千米/秒的空間環境。吸氣式離子推力器通過創新設計的氣體進口捕捉極稀薄的氣體分子，當氣體分子被收集并壓縮達到一定閾值時，推力器將其施加電荷，使其成為離子，離子在電場作用下高速噴出產生推力。試驗最初利用粒子流發生器收集氙粒子實現重復點火，隨后對氮氧混合氣體分子進行了成功試驗。試驗表明，吸氣式電推進有望使衛星運行在非常低的軌道，也可用于行星外大氣層環境。

空間對抗裝備及技術日趨成熟

在空間態勢感知技術持續發展的同時，在軌機器人、機載激光反衛、空間碎片移除等空間攻防技術取得重要突破。

美軍空間態勢感知技術持續發展。美國持續完善空間態勢感知裝備，包括首部S波段“太空籬笆”雷達系統完成集成，其部署在西太平洋中部的夸賈林環礁，可與部署在澳大利亞的C波段雷達共同加強對亞太地區上空目標的監視能力；國防高級研究計劃局啟動“太空環境開發”項目，通過機器學習方法，綜合運用天基和地基數據預測72小時內的近地軌道環境，為太空作戰指揮官戰役戰術行動提供支持。

俄羅斯8月恢復了蘇聯時期建造的空間監測望遠鏡網絡，利用全球部署的10個天文臺拓展俄境外空間監測能力，此外還在境內建造8個應急衛星觀測站。

日本1月啟動研制2部新型地基空間目標監視雷達，分別監視低地軌道和地球同步軌道，計劃在2023年建成。

空間攻防技術取得重要突破。美軍完成軌道機器人項目初步設計評審。7月，DARPA“地球同步軌道衛星機器人服務”（RSGS）項目通過初步設計評審，其海軍研究實驗室設計的機器人載荷符合目標，可與勞拉空間系統公司的衛星平臺兼容，確保了在2021年進行在軌試驗的進度要求。此外，DARPA計劃與NASA合作建造“在軌機器人服務站”，平時用于燃料加注、修理等任務，戰時則可破壞敵方衛星。

俄羅斯積極推動發展反衛技術。2018年，俄羅斯積極發展機載激光、地基激光、電子戰飛機等反衛技術。金剛石-安泰公司2月完成可攻擊敵方衛星的新型激光武器研發。該系統安裝在別里耶夫A-60SE飛機上，利用激光脈沖致盲敵方衛星或燒穿敏感的光學器件，有效作用距離為1500千米。此外，俄羅斯加快研發可用于反衛星的“伐木人”-2新型電子戰飛機和地基激光器等，其中“伐木人”-2飛機據報道可關閉導航衛星、通信衛星的星載電子設備，以及對地面、空中、海上任何目標進行電子抑制；地基激光器計劃改造阿勒泰光學激光中心的望遠鏡，用于發射可燒灼摧毀太空垃圾的激光束。

歐洲開展在軌碎片移除技術試驗。9月，英國“空間碎片移除”（RemoveDEBRIS）衛星成功開展世界首次真實太空環境下飛網抓捕立方星技術驗證，后續還將驗證魚叉穿刺靶板、運動跟蹤、拖曳帆離軌等技術。該系列試驗將加速空間碎片移除技術的實用化進程，對空間對抗技術發展也將產生影響。