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国外国防科技文献资料快报

2009年世界航天发展回顾之二

2010-01-06

      2009年,美国航天发展重大事件包括:调整在欧部署导弹的战略规划与航天装备计划,关注太空态势感知和赛博空间问题;推进本国导弹防御计划,以及军事航天与载人航天能力建设;深空探测上,两次撞月,发现了月球上的水。

  一、调整战略规划,高度关注赛博空间问题

  (一)在欧导弹防御计划有重大调整,新财年改变国防预算投资方向

  2009 年9,美国宣布放弃在东欧部署用于拦截远程与洲际弹道导弹的陆基中段导弹防御系统,改为在欧洲其他地点部署拦截中近程导弹的海基中段导弹防御系统。对东欧导弹防御计划进行重新设计和配置,目的是更有效地应对伊朗导弹的潜在威胁。新的系统将全球部署,全球输出。最初将围绕陆基“爱国者”、“宙斯盾”舰载“标准导弹”-3、网络化指挥与控制系统,以及改进的传感器。它将模仿目前韩国与日本联合防御中使用的舰载防御系统。新计划还欢迎俄罗斯加入其导弹防御能力,为了共同的战略利益扩大防御规模。新计划包括四个阶段。
    美国国防部在2010财年国防预算中,对航天装备计划做出了若干调整。为降低卫星项目成本,美国国防部决定不再寻求成本高昂的通用卫星,转而研制复杂程度底、使用寿命相对较短、用于特定任务和区域的卫星系统,目的是将先进技术尽早转化为可用能力和装备。 
  
  (二)关注太空与赛博空间,成立赛博司令部

  2009年3月14日-20日,美军在内利斯空军基地进行了“施里弗”-5太空战军事演习。美国空军太空司令部把这次军演的时间设定为2019年,美军及其盟军处于一场区域性冲突中,太空能力与赛博能力受到攻击,多处战场空间中的能力被毁坏。“施里弗”军演始于2001年,2009年的“施里弗”-5军演聚焦战略层面,集合国家所有要素用于作战,满足国家目标。通过“施里弗”-5军演,美军获得若干关键经验教训,主要集中在太空和赛博空间的整合、对太空态势感知存在至关重要的需求、联合参与者的军力倍增能力,以及把商业太空能力融入整体作战中的需求。

  此后,多位军界首脑多次强调太空与赛博空间的重要性。9月美国空军太空司令部司令罗伯特•凯勒将军在2009年空军协会的年度空天大会上讨论太空与赛博空间的未来时,强调太空与赛博空间能力是现代军队作战的关键,这些能力为美军提供了超越对手的能力。因此,我们维持并支撑这种优势地位是至关重要的。11月,美国战略司令部司令希尔顿在2009年空军联合全球作战会议上,把太空、赛博空间及威慑形容为当代战场作战三条主线。他强调在这三条作战主线下,应关注国际情报与态势感知,利用建模仿真工具进行培训、系统研发和演习,并最终以更好的状态支持卫星星座或全球定位系统。12月,美俄讨论赛博空间安全问题,奥巴马政府意识到更多国家正在研发赛博武器,这就需要找到一种新方法减缓这种国际军备竞赛。

  目前,奥巴马政府决定成立美国赛博司令部,负责所有赛博工作;与此同时,空军、陆军与海军都处于建立赛博司令部的早期阶段。其中,最大的问题可能是将赛博设在何处。目前空军已经决定将赛博运行设于空军太空司令部,并成立新的第24空军部队。2010年在赛博方面的主要挑战可能是确立职业化道路,培养献身这一行业的官员队伍。
  
  二、卫星罕见相撞,美国借势大力发展空间态势感知能力与空间机动能力

  2月10日,俄罗斯废弃“宇宙”-2251通信卫星与美国铱星公司“铱星”-33通信卫星在轨道上发生史无前例的碰撞。美国迅速完成卫星补网,并进一步加强跟踪监测空间碎片的能力。

  一直以来,美国使用陆基雷达跟踪空间物体,大多数站点只监测北半球,南半球和大片海洋区域存在巨大盲区。为填补这一能力缝隙,美国一面升级现有的陆基雷达跟踪系统“空间篱笆”,准备在南半球等地部署更多的雷达装置,一面向“天基空间监视”(SBSS)卫星项目注资,力促其首颗卫星早日升空。升级后的“空间篱笆”可监视更小的轨道碎片,有望在2015年之前获得初始传感器覆盖整个南半球。SBSS系统则由4颗或更多极轨卫星组成,每天绕地数周,能使低地球轨道和静地轨道监视分辨率提高一个数量级。

  在空间机动能力方面,2009年初,美国利用两颗“微卫星技术实验”(Mitex)秘密航天器检视在轨失灵的“国防支援计划”(DSP-23)卫星,演示了地球同步轨道内航天器近距离交会与检视的能力,在4万千米高空进行这样的活动,意味着美国拥有了重要军事航天能力。下半年,美国可重复使用的空天飞机X-37B验证机建造完毕,准备发射,测试空间机动与自主着陆技术。美国“快速访问航天器试验平台”(FAST)卫星的系统项目也进入了样机制造与地面模拟试验阶段,将要验证空间机动能力。年底,美国能源部与空军协会的两颗卫星Cibola和FalconSAT-3演示了近距离在轨交会能力。
  
  三、美国继续推进本国导弹防御计划

  美国在6月和8月进行两次“民兵”导弹试射,还多次进行海基中段防御测试和终端高空区域防御测试,具体见表1。年底,美国联合部队司令部与美国战略司令部合作进行了一次为期两天的概念验证导弹演习,主要验证“一切皆导弹”(All Things Missile)项目。这是一个横跨三军的统一整合防空与导弹防御训练方案的项目,将把多个导弹防御系统整合到一个装置中。


  

四、多颗军事航天器入轨,多项技术能力或有突破性发展
  
  在导弹预警方面,首次验证立体式导弹跟踪。2009年9月,美国发射2颗“空间跟踪与监视系统”试验演示(STSS Demo)卫星进入低地球轨道,卫星配备了凝视传感器及多波段红外与可见光传感器,可跟踪火箭发射、在太空巡航飞行、释放搭载物、飞行物再入大气的全过程。跟踪的同时,地面运行中心对数据进行处理并将信息发至地面雷达,以便发射导弹拦截器摧毁目标。
  
  1994年,国防部研究了如何最好地满足国家预警需求,美国空军接收“亮眼”计划,并受命打造一套综合性的“天基红外系统”(SBIRS),囊括多个轨道内的卫星。随后,“亮眼”更名为“太空与导弹跟踪系统”,成为SBIRS的低地球轨道组成部分;后来又更名为“天基红外系统-低轨”(SBIRS-Low)。2001年,SBIRS-Low转归弹道导弹防御组织(导弹防御局前身)名下,再次更名为STSS,该计划目的是强调该计划以防御导弹为重心,执行导弹跟踪与目标辨别任务。 2009年5月,“太空跟踪与监视系统先进技术风险降低”(STSS-ATRR)演示器,旨在演示验证跟踪弹道导弹的传感器技术。
  
  在成像侦察方面,首次验证在太空分析成像数据的能力。2009年5月,美国空军“战术星”-3(TacSat-3)卫星进入低地球轨道,将在一年时间里,验证在战区为军队指挥官快速提供目标探测和目标识别信息的能力。星上主试验“先进及时响应型战术效果军事成像分光计超光谱成像仪”(ARTEMIS HSI)首先利用望远镜关注感兴趣的区域,然后用分光计将望远镜收集到的电磁图像转换为图表,接着利用存有超光谱识别标志库的星载数字信号处理器,直接在星上对数据进行分析,最后以简短的信息描述目标,并提供目标定位,信息可以被手持计算机或便携式计算机接收。从指挥官通知卫星关注某地,到接收目标描述与坐标,整个处理过程约10分钟。星载数字信号处理器取代地面处理中心,节省了资源与时间,为战场指挥官赢得战争提供了重要的保证。
  
  “战术星”系列是美国“作战及时响应型太空”(ORS)计划的一部分,是发展ORS 卫星之前的过渡型号。2006年,“战术星”-2升空;2007年,美国空军开始利用“战术星”-2搜集图像,这是首项系列验证短时间内部署战术上及时响应型天基能力的实验。2007年ORS方案正式提出,旨在部署可快速研发及发射的小卫星和卫星平台,满足国家紧急安全需求。ORS办公室主任在总结2009年ORS工作取得的成绩时提到:办公室人员编制增加;办公室投入很多精力关注开发业务经验和运行所需的基础实施,完成后,下一步是准确找出下一阶段ORS办公室有限的资源最应该投向的太空任务;最大成就是发射了“战术星”-3;开始建造第一颗运行卫星ORS-1,旨在满足美国中央司令部在情报、监视与侦察数据方面提出的不明确需求。办公室还签署了22份小型合同,研发有前景的太空技术。预计2010年将发射ORS-1和“战术星”-4卫星。此外,依照美国国防部副部长的指示,美国军方正将ORS成本融入长期预算计划中。
  
  军事通信卫星方面,在带宽、能力和类型三方面均有发展。美国两颗“宽带全球卫星通信”(WGS)——WGS-2和WGS-3入轨,与2008年入轨的WGS-1一起构成WGS初始星座。初步建成的WGS星座将利用X波段和Ka波段通信,提供4.875GHz的瞬时转换带宽,数据率达到1.2~3.6Gbps,超过DSCS-3数据吞吐量的10倍以上,为美军及其盟军在所有战区提供前所未有的军用卫星通信能力。此外,下一代军事战略和战术中继系统“先进极高频”(AEFH)计划首颗卫星也进入最后的测试阶段,准备2010年发射。年内发射的还有美国秘密通信卫星PAN,据推测这是窄带“特高频后继星”(UFO)向“移动用户目标系统”(MUOS)之间的过渡卫星,进入地球同步转移轨道。
  
  导航卫星发展方面,GPS系统新增2颗GPS IIR-M卫星(GPS IIR-M-20/ GPS IIR-M-21)。其中GPS IIR-M-20卫星由于辅助端口上增加了一个新型L5演示信号,导致信号干扰,问题尚未解决,服务时间推后。这两颗新卫星入役后,全球用户将获得更高精确度、增强的加密技术和抗干扰的能力。
  
  其它卫星发射情况参见表2。

五、美政府或继续向“星座计划”拨款,明年国际空间站将重在科研
  
  2009年是关乎“星座计划”存亡的一年,尽管周折不断,但美国国会代表最终达成一致,“星座计划”或可能到奥巴马政府的继续支持。
  
  10月22日,美国总统指派的奥古斯丁研究小组提交了载人太空飞行方案评审最终报告——《寻求适合伟大国家的载人太空飞行计划》,报告认为NASA航天飞机替换计划会耗资过多、耗时太长,难以形成切实可行的方案。尽管得出如此结论,但奥巴马任命前宇航员为NASA局长,似在有意推动载人太空飞行;而其,11月美国参众两院谈判代表就2010财年的综合开支法案达成一致: NASA最终开支法案包含了对“星座计划”的保护,并规定:在国会拨款委员会通过正式立法之前,NASA不能缩减或取消它目前的载人航天飞行活动。
  
  “星座计划”包括“战神”火箭、“猎户座”乘员探索飞行器、“牵牛星”月球着陆器等项目。在研发方面,NASA“战神”1-X火箭成功发射,虽然尚有若干问题需要解决(如降落伞出现故障等),不过有研究者认为,此次发射堪称完美。此后,研究人员们继续攻坚,12月,宣布已经确定“战神”-1火箭振动问题解决方案。9月, “猎户座”(Orion)乘员探索飞行器完成初步设计评审;12月,又完成了发射异常中断系统(LAS)的全尺寸姿态控制发动机的地面测试,此次试验的成功意味着又向星座计划的飞行迈进重要一步,演示了改善宇航员飞行安全性的进步,飞行安全性正是星座计划成功的核心。不过,为了降低重量, “猎户座”可能会将宇航员座位由6名减至4名,还将取消飞行器的无人驾驶能力等。 “牵牛星”着陆器招标书已在年初由NASA发布,随后,波音等公司参与到设计合同的竞标中。
  
  在奥古斯丁小组提出联合国内商业发射团队与国际伙伴共同推进“重返月球”之前,NASA已经在鼓励私人企业加入载人航天计划。如, SpaceX公司的“龙”太空船,轨道科学公司的“天鹅座”运载器都列入候选名单。
  
  从2000年国际空间站迎来首批常驻人员,至2009年站上常驻人员已增至6名。国际空间站已经成为国际航天合作的典范,其主要用途在于科研。不过,尽管宇航员们在站上做了一些研究,但在2010年之前,国际空间站的首要目标都落在组建上,科研利用并未摆在首位。而且,航天飞机在2010年退役的日期迫在眉睫,航天飞机一旦退役,将降低运输国际空间站研究货物的能力。此外,发射成本高昂等难题,也会阻碍对空间站所有科研设备的最大程度利用。为了更好的管理空间站上的科研工作,NASA正在分析建立一个管理部门的可行性。NASA的计划是,将空间站上约50%的美国研究设备用于NASA科研项目(其中包括人类研究项目);并向空间站上的美国国家实验研究人员开放剩余设备。
  
  2009年与国际空间站的建设与科研工作有关的活动见表3。
 


  六、美国探测器撞击月球找到水源,积极开展国际航天合作
  
  在经历4个月的飞行后,美国“半人马座”上面级火箭与“守望”月球坑观测与感知(LCROSS)卫星于10月9日对月球南极地区先后成功完成了两次撞击,并获得撞月数据,初步分析显示,月球上存在水源。这次发现翻开了人类对月球了解的新篇章。6月18日,与LCROSS 一同发射的是NASA “月球勘测轨道器”(LRO)。6月23日LRO进入月球轨道,9月完成试运行和仪器校准,并进入月球绘图轨道,开始对月球南极绘图。NASA工程师还在建立能从距离地球38万千米的LRO传回巨量数据的通信系统,试图把月球通信提升为近实时。
  
  美国在深空探测方面的其它活动还包括:(1)NASA月球探索分析组公布《月球探索路线图》。7月,NASA月球探索分析组公布《月球探索路线图——21世纪探索月球:主题、目的、目标、研究及优先权,2009》(1.0版)。路线图包括三个主题,分别关注科学、向前发展(到火星及以远)能力,以及可持续性。(2)火星探测活动。目前在火星上的探测器包括:2001年进入火星轨道的“奥德赛”火星探测器由于电脑内存出现故障,11月处于停机状态并进入“安全模式”。2004年登陆的“勇气”号火星漫游车已经陷入沙坑6个月,再度患上“健忘症”,无法将信息存储于计算机闪存上。2006年登陆的“火星勘测轨道器”(MRO)在2009年年底已经恢复正常,科学家们渴望在明年重新开始对火星的详细观测。2008年5月登陆的“凤凰”号火星探测器,完成3个月的火星探测任务,并延长任务2个月,随着火星上寒冷冬季的到来,“凤凰”号最终被冻结,专家们期待它能涅槃重生。(3)发射太空望远镜,寻找类地行星和3月6日,美国发射“开普勒”太空望远镜,这是世界首个用于探测太阳系外类地行星的航天器;12月14日又发射了“广域红外测量探测器”,扫描太空。
  
  在国际航天合作方面,美欧在太空运输和火星探测等领域开展合作。如美法签署民用航天合作协议,NASA与ESA签署备忘录进行民用航天运输合作,并决定联合开展ExoMars火星探测任务。其它合作还包括:美日航天局签署协议开展未来地球科学合作、美印签署协议将促进印度太空发射业的发展等。  (中国航天工程咨询中心   王若衡)

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