DARPA攜手商業航天公司共同為未來太空競爭布局

北京遠望智庫科技咨詢有限公司高級研究員 黃志澄

自美國總統特朗普上臺以來，美國開始對其戰略競爭對手從政治、軍事、經濟和科技等各個方面進行施壓，這在太空領域表現尤甚。2017年12月，美國公布了《國家安全戰略》；2018年1月，美國公布了《國防戰略》；2018年3月，美國又進一步公布了《國家太空戰略》。這些文件明確指出，美國必須維持在太空自由行動領域的領導地位，并對任何干擾或攻擊美國太空資產及對其利益造成威脅的行為進行報復。為此，這些文件要求美軍優先發展彈性、重建和作戰能力，以確保增強美軍的太空作戰能力。這些文件還要求美軍加緊實施轉變太空體系架構，增強威懾和作戰能力選擇，以進一步提升美軍太空作戰的基礎能力。美國國防高級研究計劃局（DARPA）作為美國國

一、邀請商業航天公司共同討論未來太空競爭

DARPA成立于1958年，成立的目的是防止戰略意外對美國國家安全產生負面影響，并通過保持美軍的技術優勢，為美國的競爭對手制造戰略意外。DARPA與多種多樣的執行機構合作，既通過基礎研究增進知識，又通過應用研究解決當前的實際問題，通過創造創新技術，并采用多學科交叉研究來完成其使命及任務。DARPA雖然承擔的項目持續時間有限，但卻帶來了持久的革命性變革。

DARPA自成立以來，對發展軍用衛星作出了許多貢獻。在2002財年，時任國防部長拉姆斯菲德命令DAPRA開始著手制定一項雄心勃勃的計劃，通過“保證美國暢通無阻進入太空”和“保護美國航天資源不受攻擊”等方針，確保美軍保持獨一無二的太空優勢。DAPRA將其工作概括為以下5點：

一是進入太空與基礎設施：快速、低成本地進入太空；

二是太空態勢感知：了解太空中存在的其他物體及其當前活動狀態；

三是航天任務保護：保護美國航天資源完好無損；

四是航天任務拒止措施：防止敵人利用航天設施傷害美國及其盟國；

五是保障太空行動：保障地球上軍事行動的遙測、通信和導航。

2018年9月5—7日，DARPA在美國馬里蘭州舉行了60周年紀念會議，主題為“突破性技術——過去、現在、未來”。DARPA局長史蒂文·沃克(Steven Walker)在開幕式上表示，DARPA必須繼續保持高度的適應性和敏捷性，以及“首先創造未來”的能力。為此，他提出了以下4項戰略重點：

第一，保護美國免受存亡威脅。沃克表示，與如今集中式、昂貴且過度擴展的單個系統相比，DARPA必須啟用“系統體系架構”，因為這種架構能夠更好地抵御攻擊，且開發成本更低，升級速度更快。

第二，為美國軍隊提供能力，以在大規模沖突中懾止和戰勝水平相當的對手。沃克認為，美國需要在所有疆域分解作戰資產，并專注于開發可提高殺傷力且迅速響應的項目。在這些場景下，太空和電磁領域都顯得尤其重要。

第三，更有效地從事反恐工作。沃克指出，DARPA需要開發出支持在城市環境中作戰的技術。

第四，其他所有任務的基礎——基礎研究。沃克表示，DARPA需要繼續贏得21世紀重要的技術競賽：人工智能、先進微電子、合成生物學、神經技術、新型計算技術，而且要對社會科學有更深入的了解。

在DARPA 60周年紀念活動中還舉辦了一場研討會，主題是 “太空的未來”（Future of Space）。DARPA與合作方共同討論了當前在太空領域的項目，并展望了未來的關鍵太空技術。出席研討會的有DARPA前局長托尼·特瑟（Tony Tether）博士，美國國防部主管科研和工程的副部長、前NASA局長邁克爾·格里芬（Michael Griff i n）博士，以及SpaceX公司總裁格溫·肖特維爾（Gwynne Shotwell）女士、Planet公司創始人羅比·辛格勒（Robbie Schingler）先生。通過研討，與會者共同認為：幾十年來，美國依靠其建造、發射和運營先進太空系統的能力，享受著全球太空優勢，然而，在過去10年中，這些優勢正在因同行和競爭對手在太空能力（微電子革命、小型衛星和更好的太空進入能力）的提高而退化。SpaceX公司這樣的新興商業力量正在引發新一輪的技術變革，太空作戰帶來新的發展、部署和運作模式，顛覆了美國國防部和其他政府機構所長期依賴的傳統方法及路徑。這些新的力量既是挑戰，也是機遇。在這種充滿不確定性的環境中，迫切需要對太空的未來進行謀劃。

值得注意的是，格里芬博士在會上闡述了未來的關鍵太空技術：一是核動力推進。采用核動力將深刻改變航天器推進方式，但當前并未開展相關研究。二是原位資源利用。重返月球最有價值的方面是從月球中獲取原位資源，而不必從地球上運送相關資源。三是大規模定向能。在太空收集能量并將能量定向發送到太空其他位置，為其他設備供能，以加強太空能源的收集與利用。

二、支持商業航天公司，以增強太空體系的彈性

2018年版美國《國家太空戰略》強調必須加速變革，以便增強太空體系的彈性與防御能力，以及在遭受打擊后的重建能力，并強調簡化監管框架、政策和程序，以更好地利用和支持美國商業產業。實際上，增強太空體系的彈性將使整個體系從系統防護向能力保證轉變，目的是確保軍事航天系統能夠在較低的風險下完成作戰任務。為了使太空體系在面臨攻擊時更具彈性，DARPA近年來開展了以下幾方面的工作。

（一 ）在進入太空領域

在進入太空領域，發展一種低成本的發射小型衛星入軌的體系。2002年，DARPA開始啟動“空中發射輔助太空進入（ALASA） ”項目，最終選擇了波音公司的用F-15飛機發射小型火箭的方案。不過在研制過程中，火箭發動機所用非常規推進劑NA7出現問題，NA7是四氧化二氮和乙炔的混合物，地面試驗發現，這種推進劑的燃燒穩定性低于預期。因此，在2015年11月，DARPA取消了火箭研制工作。2003年，美國空軍和DARPA聯合對“獵鷹（FALCON） ”計劃招標，當時創立不久的SpaceX公司就獲得了該項目中的小型運載火箭 （SLV）合同。在SpaceX公司的“獵鷹1號”火箭初試失敗后，DARPA仍然給予支持，對SpaceX公司的發展壯大功不可沒。

2013年，DARPA啟動了“實驗性航天飛機（XS-1） ”項目。該項目要求整個系統能將大于1361kg的有效載荷送入軌道傾角為90o、高度為185.2km的地球圓軌道。在沒有上面級或有效載荷時，航天飛機的第一級能在10天內飛行10次，每次發射費用為500萬美元。該項目的目標是研制一種可重復使用的助推器，以驗證快速反應和低成本的航天發射能力。2017年，DARPA仍選定由波音公司來承擔XS-1項目第二和第三階段的研制工作。波音的方案稱為“鬼怪快車”（Phantom Express），其方案將采用AR-22發動機，AR-22是航空噴氣洛克達因公司（Aerojet Rocketdyne）在“航天飛機主發動機（SSME） ”基礎上進一步研制得到的。但目前波音研制的航天飛機能否在2020年如期進行試飛，存在著很大的不確定性。

同時，當前在軍事上，微小衛星的應用日益廣泛。目前，美軍發射衛星及星座部署和組網均采用了大中型運載火箭。DARPA為了擺脫這種限制，在2019財年設立了“太空彈性快速響應發射”項目，以推動發射微小衛星的專用小型運載火箭的發展。這個項目實際上是展示小衛星快速發射能力的一項有獎競賽。1年后，矢量航天（Vector Space）公司、Vox航天公司和另一家公司獲得了參賽資格。Vox航天公司是維珍軌道公司在美國注冊的子公司，維珍軌道公司正在研制“運載器一號”空射系統。

（二 ）在利用太空的衛星領域

在利用太空的衛星領域，DARPA在“太空增強作戰效能（SeeMe） ”項目的基礎上，在2019財年重點發展“黑杰克（Blackjack） ”項目，該項目旨在利用商業公司研發小體積、小質量、低功率、低成本的低地球軌道（LEO）衛星星座。最終目標是實現軍方衛星有效載荷的高度網絡化、彈性和持久性，能夠持續在全球范圍內為軍方提供最大的超視距遙感、信號和通信功能。每顆“黑杰克”衛星由1個商業化衛星平臺、1個控制單元（Pit Boss），以及1個或多個能夠自主運行超過24h的軍用有效載荷組成。截至2019年1月，DARPA已經與4家公司簽署了“黑杰克”項目的合同，其中Telesat和Airbus兩家公司為商業化平臺供應商，另外兩個為有效載荷供應商。2019年2月1日，DARPA發布廣泛機構公告，就“黑杰克”項目之下的Pit Boss子項目向行業征求解決方案。美國參議院軍事委員會在2019財年國防預算中，對DARPA的“黑杰克”項目新增1.1億美元預算，用以加速太空網絡基礎設施建設及軍事導彈預警星座在軌驗證。美國空軍也向國會申請為這個項目增加了5000萬美元預算。這些足以證明美國軍方對加速發展低軌軍事衛星星座的重視程度。

與此同時，DARPA還通過“雷達網”“小衛星傳感器”等項目以發展適用于微小衛星的衛星通信載荷與衛星遙感載荷，以及通過“平面成像儀”項目，積極探索新型光學成像系統的技術方案。

（三 ）在太空態勢感知領域

在太空態勢感知領域，為解決美軍存在太空態勢感知盲區的問題，DARPA將從注重衛星研發逐步向重視數據應用與作戰能力建設轉變。DARPA于2004財年設立“太空監視望遠鏡”項目，希望構建精確識別與定位深空微小目標的太空態勢感知系統。2011財年設立的“太空領域感知（SDA） ”項目，則希望通過對散布的太空目標數據進行收集、處理、融合，進一步強化美軍的太空態勢感知能力。在完成上述兩個項目之后，DARPA又于2016財年設立了“標志”項目，瞄準太空作戰管理與指控平臺的建設。

（四 ）在太空對抗領域

在太空對抗領域，美軍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、伴飛等在軌操作的關鍵技術后，DARPA將利用發展靜止軌道衛星在軌服務能力，發展太空攻防對抗的實戰能力。2006年，DARPA設立了“F6”項目，要求研制并演示驗證實現分布式航天器體系結構的關鍵技術。2011年，DARPA設立了“鳳凰”項目，要求研究如何重新利用靜止軌道已退役或失效衛星上有價值的部件。2012年和2013年，美國初創的商業航天公司NovaWurks就獲得了這個項目的兩項合同。在2015財年預算中，“鳳凰”計劃被拆分為新“鳳凰”和“地球同步軌道衛星機器人服務（RSGS） ”兩個項目。新“鳳凰”僅保留原“鳳凰”的前期階段，將在近地軌道開展有關細胞星的飛行試驗；RSGS是原“鳳凰”的后期階段及后續拓展。2016年3月，DARPA開始征集RSGS的商業合作伙伴。DARPA負責研發模塊化硬件和軟件工具包，提供機器人技術、專業知識和政府發射機會；勞拉太空系統公司（SSL）則負責研發機器人平臺，集成機器人有效載荷后形成“機器人服務飛行器”，且具有運營權。2018年8月，DARPA完成RSGS的有效載荷初始設計評審。評審結果表明，機器人有效載荷設計連同SSL公司提供的航天器，將完成一項檢修至少20個位于地球同步軌道（GEO）上的商業、政府和軍方航天器的任務。DARPA計劃在2021年進行在軌試驗。

除以上4個方面外，2019年3月，DARPA發布了2020財年“研究、開發、試驗與鑒定”（RDT&E）的預算申請，對未來經費支出情況進行了系統規劃，預算涵蓋軍用生物技術、材料技術及航天技術等多個領域，集中體現了DARPA當前的發展重點及未來工作方向。2020財年，DARPA預算申請約為35.56億美元資金（含管理保障），比2019財年增加約3.8%，比2018財年約增加15.2%。DARPA的技術項目總體可分為7類，包括信息系統技術、先進武器平臺及技術、電子元器件技術、軍用生物技術、網電空間技術、航天技術、材料技術及制造技術。航天技術領域的預算申請約為

三、結束語

2.30億美元，比2019財年減少了約20%。這主要是由于減少了XS-1和RSGS兩個項目的資金，且在2019財政年度已經完成了“雷達”項目。另外，DARPA的“黑杰克”項目將增加到2500萬美元，且2019財政年度增加860萬美元。DARPA在2020財政年度還將啟動一個新的“火箭上的反應堆（ROAR）”項目，以開發一種高含量的低濃縮鈾（HALU）推進系統，引起廣泛關注。

特朗普政府上臺后，美軍在太空領域以應對未來太空戰略競爭為核心。在此背景下，DARPA的航天項目將以增強太空體系的彈性為主要目標。在進入21世紀后，DARPA除了與傳統的商業航天公司合作外，更多地支持了一大批新創的商業航天公司。這些公司掌握戰略前沿技術，并具有充沛的創新激情，是DARPA打開新局面的新興力量。美軍認為，在整個軍事航天領域，基于商業航天發射和衛星服務的分布式特點和多樣化性質，商業航天公司可以直接推動保證太空任務和增加彈性方面的工作，為進行拒止型威懾貢獻力量。因此，商業航天在美國應對未來太空戰略競爭方面將具有重要的戰略價值。