劉永健 譚春林 劉育強(qiáng)

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部,北京 100094)

1 引言

空間平臺(tái)是指為有效載荷正常工作提供支持、控制、指令和管理保障服務(wù)的各分系統(tǒng)的總稱,其本質(zhì)是服務(wù)保障系統(tǒng)。作為空間活動(dòng)的主體,空間平臺(tái)是空間應(yīng)用的承載體,也是空間活動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)與前提。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,空間平臺(tái)技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展,能力不斷提升,有力地支撐了各類空間應(yīng)用活動(dòng)。

在軌維護(hù)與服務(wù)、地外生命探索等新應(yīng)用需求的不斷涌現(xiàn),對(duì)空間平臺(tái)的能力要求越來(lái)越多,也越來(lái)越高?，F(xiàn)有空間平臺(tái)的能力在大范圍快速機(jī)動(dòng)、在軌操作和多飛行器協(xié)同配合等諸多方面難以滿足新應(yīng)用的需求,已經(jīng)開始顯露出制約空間應(yīng)用的跡象。

本文從滿足在軌維護(hù)與服務(wù)等新應(yīng)用需求的角度出發(fā),提煉了未來(lái)空間平臺(tái)所需的8 種能力,分析出實(shí)現(xiàn)相應(yīng)能力所需的關(guān)鍵技術(shù),希望對(duì)空間平臺(tái)技術(shù)的規(guī)劃有所幫助。

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

對(duì)空間平臺(tái)能力的追求已成為技術(shù)攻關(guān)的目標(biāo),特別是航天大國(guó),均開展了大量的研究,通過(guò)各種關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與演示驗(yàn)證不斷提升平臺(tái)能力,以滿足未來(lái)的空間應(yīng)用需求。美國(guó)在1998年提出了“空間機(jī)動(dòng)飛行器”(SMV)的概念,要求空間平臺(tái)模塊化,具備快速大范圍機(jī)動(dòng)、伴飛與交會(huì)、智能自主、可攜帶載荷并進(jìn)行多種類型在軌操作的能力[1]。SMV是提升空間平臺(tái)能力的一種探索,并由此拉開了美國(guó)自主在軌服務(wù)領(lǐng)域研究與試驗(yàn)的序幕。近期,對(duì)空間平臺(tái)能力和技術(shù)的驗(yàn)證,成為美、俄開展飛行演示驗(yàn)證的主要內(nèi)容之一。本文以美國(guó)近期開展的典型項(xiàng)目為例進(jìn)行分析。

1)“軌道快車”計(jì)劃

美國(guó)“軌道快車”(Orbital Express)于2007年3月8日發(fā)射升空,2007年7月22日完成了全部演示任務(wù)[2-3],圖1為該計(jì)劃示意圖。它由“太空自動(dòng)化運(yùn)輸機(jī)器人”(AS TRO)和“未來(lái)星/貨艙飛行器”(NextSat/CSC)組成。其中, AS TRO是一種面向在軌服務(wù)的空間平臺(tái),具備很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)變軌能力,能夠迅速進(jìn)入目標(biāo)星NextSat 的軌道;配備有高度自動(dòng)化的機(jī)械臂系統(tǒng),具備較強(qiáng)的在軌操作能力,能夠初步代替航天員完成太空作業(yè)。

進(jìn)入太空之初,兩星相連,相互交換有關(guān)數(shù)據(jù);然后,兩星分離,AST RO 設(shè)法捕獲NextSat,一旦鎖定NextSat 且趕上它之后,ASTRO 伸出機(jī)械臂,將NextSat 拉回身邊,再完成在軌可更換模塊(ORU)傳送及燃料傳輸?shù)妊菔救蝿?wù)。Orbital Express 計(jì)劃不但驗(yàn)證了自主交會(huì)對(duì)接、自主跟蹤監(jiān)視、在軌維護(hù)與服務(wù)等能力,也展示了其空間捕獲其他衛(wèi)星的能力。

2)“試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)”計(jì)劃

圖1 Orbital Express 計(jì)劃示意圖Fig.1 Schematic graph of Orbital Express

美國(guó)“試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)”(XSS)系列的目的是研制一種全自主控制的微小型衛(wèi)星,這種衛(wèi)星具有在軌檢查、交會(huì)對(duì)接及圍繞軌道物體近距離機(jī)動(dòng)的能力。XSS-10 于2003年1月28日由德爾他-2 火箭發(fā)射升空,隨后從運(yùn)載火箭第2級(jí)中彈出并逼近該目標(biāo),在200m、100m、35m 的距離上對(duì)火箭第2級(jí)進(jìn)行了拍照,演示驗(yàn)證了半自主運(yùn)行和近距空間目標(biāo)監(jiān)視能力[4]。圖2為XSS-10 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)示意圖[5]。XSS-11 于2005年4月11日發(fā)射,進(jìn)入高約850km 的預(yù)定軌道,進(jìn)行為期12～18個(gè)月的自主逼近在軌目標(biāo)的演示驗(yàn)證試驗(yàn),并與美國(guó)6～7個(gè)在軌人造物體(廢棄的火箭上面級(jí)和廢棄衛(wèi)星)實(shí)施自主交會(huì)[6]。

圖2 XSS-10 衛(wèi)星Fig.2 XSS-10 satellite

3)“自主交會(huì)技術(shù)演示”計(jì)劃

美國(guó)“自主交會(huì)技術(shù)演示”(DART)衛(wèi)星于2005年4月15日發(fā)射,其主要任務(wù)是在軌與名為“多波束超視距通信微小衛(wèi)星”(M UBLCOM)進(jìn)行一系列自主交會(huì)、逼近和繞飛操作,驗(yàn)證DART所攜帶的遙感器、計(jì)算機(jī)、推進(jìn)系統(tǒng)及軟件的性能[7]。DART 衛(wèi)星只在太空工作了11h,距目標(biāo)星91.44m時(shí)就提前結(jié)束了任務(wù)(原計(jì)劃在太空試驗(yàn)24h,距目標(biāo)星近達(dá)4.6m),不過(guò)這一結(jié)果也能證明,完全由計(jì)算機(jī)控制的衛(wèi)星可在太空找到目標(biāo)星,未來(lái)空間平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能自主具有可行性。圖3為DART 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圖。

4)“深度撞擊”計(jì)劃

2005年7月4日,美國(guó)“深度撞擊”(Deep Impact)計(jì)劃中的撞擊器以10.2km/s 的相對(duì)速度與坦普爾-1 彗星成功碰撞,留下一個(gè)深度大于25m 的坑(見(jiàn)圖4)[8]。Deep Impact 由主探測(cè)器和撞擊器組成。其中,350kg 的撞擊器是一個(gè)電能航天器,可獨(dú)立操作1 天,在脫離主探測(cè)器后能自主導(dǎo)航并加速飛向坦普爾-1。該計(jì)劃體現(xiàn)了美國(guó)自主導(dǎo)航、遠(yuǎn)程通信和精確控制等空間技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)力。

圖3 DART 衛(wèi)星Fig.3 DART satellite

圖4 撞擊器與坦普爾-1 彗星相撞Fig.4 Impactor collison with Tempel-1

5)“微衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)”計(jì)劃

美國(guó)“微衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)”(MiTEx)計(jì)劃是其執(zhí)行Orbital Express 計(jì)劃演示低軌在軌維修服務(wù)能力后,首次在地球靜止軌道演示軌道機(jī)動(dòng)技術(shù)和執(zhí)行在軌監(jiān)測(cè)檢查任務(wù)。MiTEx系統(tǒng)包括火箭上面級(jí)和2顆小衛(wèi)星[9],見(jiàn)圖5[10]。火箭上面級(jí)裝有太陽(yáng)電池陣和姿態(tài)控制星敏感器,可在軌持續(xù)飛行幾周甚至更長(zhǎng)時(shí)間,其鉑/銠雙組元姿態(tài)控制推力器因康鎳燃料箱可貯存較多燃料,因此不但可將2顆小衛(wèi)星從轉(zhuǎn)移軌道送入靜止軌道,而且可以進(jìn)行多種軌道機(jī)動(dòng)。2顆小衛(wèi)星主要是確定、集成、試驗(yàn)和評(píng)估與地球靜止軌道機(jī)動(dòng)有關(guān)的微小型衛(wèi)星技術(shù),它們?cè)?008年年底至2009年年初對(duì)失效的國(guó)防支援計(jì)劃-23(DSP-23)導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星成功進(jìn)行了在軌監(jiān)測(cè)。

圖5 MiTEx系統(tǒng)組成Fig.5 System composition of MiTEx

6)“未來(lái)、快速、靈活、模塊化、自由飛行航天器”

2005年9月,美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)開展了“未來(lái)、快速、靈活、模塊化、自由飛行航天器”(F6,見(jiàn)圖6)概念研究,并且將其作為“作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空”計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目。其基本設(shè)想是未來(lái)航天器由一個(gè)自由飛行載荷模塊和多個(gè)提供動(dòng)力、能源、通信等功能的自由飛行模塊組成,不同模塊通過(guò)編隊(duì)飛行和無(wú)線傳輸方式協(xié)同工作,共同完成特定任務(wù)。其技術(shù)特征可歸納為“功能分解、結(jié)構(gòu)分離、無(wú)線鏈接、編隊(duì)飛行”。該計(jì)劃共分四階段完成:2009年2月,波音等4 家宇航公司共同完成了第一階段的研究,主要突破了分布式計(jì)算、無(wú)線能量傳輸和星群自主導(dǎo)航控制等5 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[11],發(fā)展了以價(jià)值為中心的設(shè)計(jì)方法(VCDM)[12];2009年11月25日,軌道科學(xué)公司單獨(dú)獲得第二階段的合同,合同期為1年,主要進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì),完成關(guān)鍵硬件原理樣機(jī)研制、大系統(tǒng)半實(shí)物仿真和絕大部分軟件開發(fā)等工作;而首次在軌演示驗(yàn)證已由2011年推遲至2013年。

圖6 F6系統(tǒng)設(shè)想圖Fig.6 Imagination layout of system F6

F6 無(wú)論在軍用、民用還是商用航天領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力,一旦取得突破,未來(lái)航天器設(shè)計(jì)理念、體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行管理、制造和發(fā)射模式,甚至航天產(chǎn)業(yè)的組織結(jié)構(gòu)都可能發(fā)生革命性變革。

3 空間平臺(tái)能力發(fā)展需求

美國(guó)開展的研究項(xiàng)目已經(jīng)開始從在軌機(jī)動(dòng)、在軌操作、智能自主等不同的側(cè)面嘗試提升現(xiàn)有空間平臺(tái)的能力,以滿足機(jī)動(dòng)逼近、維修維護(hù)、自主任務(wù)規(guī)劃/自主運(yùn)行等應(yīng)用需求。針對(duì)這些需求,本文分析總結(jié)了空間平臺(tái)需要顯著提升的8 種能力。

1)在軌機(jī)動(dòng)能力

機(jī)動(dòng)能力是空間平臺(tái)的基本能力,既包括軌道機(jī)動(dòng),也包括自身姿態(tài)的機(jī)動(dòng)。軌道機(jī)動(dòng)包含共面機(jī)動(dòng)和異面機(jī)動(dòng),主要涉及軌道轉(zhuǎn)移、交會(huì)、繞飛、伴飛、規(guī)避等變軌能力。對(duì)機(jī)動(dòng)能力的考核重點(diǎn),要關(guān)注時(shí)間和距離2個(gè)基本要素,一般以速度增量進(jìn)行量化。

在軌操作對(duì)空間平臺(tái)的機(jī)動(dòng)能力提出了明確的要求,空間應(yīng)急營(yíng)救、維修、加注、規(guī)避,在軌組裝、編隊(duì)飛行等操作,都要求大范圍快速軌道機(jī)動(dòng)。其中涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:軌道機(jī)動(dòng)規(guī)劃技術(shù);軌道機(jī)動(dòng)動(dòng)力學(xué)技術(shù);先進(jìn)高能推進(jìn)技術(shù);軌道機(jī)動(dòng)過(guò)程中的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù);交會(huì)與繞飛技術(shù);軌道機(jī)動(dòng)末段姿態(tài)快速穩(wěn)定技術(shù)。

美國(guó)近期開展的演示驗(yàn)證試驗(yàn)均包含了在軌機(jī)動(dòng)的內(nèi)容,基本上具備了實(shí)用能力,且所實(shí)現(xiàn)的機(jī)動(dòng)能力較強(qiáng),如SMV 的最大速度增量達(dá)到了3.2km/s。國(guó)內(nèi)目前僅開展了部分關(guān)鍵技術(shù)研究,在軌實(shí)際應(yīng)用的能力還較弱,基本處于小范圍或長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)動(dòng),對(duì)于如何滿足機(jī)動(dòng)的時(shí)效性,還有必要開展更深入的研究。

2)空間目標(biāo)識(shí)別、跟蹤與測(cè)量能力

這種能力主要是指對(duì)空間目標(biāo)的探測(cè)、發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤與測(cè)量的能力,目的是獲得操作對(duì)象的軌道位置、運(yùn)行特性、外形特征等信息,并將這些信息提供給自身的信息系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作規(guī)劃與調(diào)整,從而保證空間平臺(tái)適時(shí)機(jī)動(dòng)到正確的位置,以及在軌操作的精度和監(jiān)測(cè)操作效果。這些信息也可提供給其他航天器,納入整個(gè)空間信息系統(tǒng),協(xié)助完成整體的空間任務(wù)。該能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:目標(biāo)識(shí)別、跟蹤與測(cè)量基礎(chǔ)理論;目標(biāo)識(shí)別、跟蹤與測(cè)量敏感器技術(shù);目標(biāo)識(shí)別與跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的信息融合技術(shù);在軌操作效果評(píng)估技術(shù)。

目前,俄羅斯和美國(guó)均已具備了對(duì)合作目標(biāo)和非合作目標(biāo)的星(船)載自主跟蹤與測(cè)量的技術(shù)能力。俄羅斯/蘇聯(lián)對(duì)合作目標(biāo)的交會(huì)對(duì)接的發(fā)展經(jīng)歷了衛(wèi)星與衛(wèi)星、飛船與飛船、飛船與禮炮號(hào)、和平號(hào)空間站及“國(guó)際空間站”交會(huì)對(duì)接等階段,自主測(cè)量設(shè)備主要采用微波雷達(dá);對(duì)非合作目標(biāo)的軌道交會(huì)的自主測(cè)量系統(tǒng),包括微波雷達(dá)系統(tǒng)和紅外光學(xué)系統(tǒng)兩類,并分別進(jìn)行了打靶試驗(yàn),其中,微波雷達(dá)系統(tǒng)試驗(yàn)7次,成功5次,紅外光學(xué)系統(tǒng)試驗(yàn)3次,均未成功。美國(guó)“阿波羅”飛船進(jìn)行登月艙和指令艙交會(huì)對(duì)接時(shí),采用X頻段單脈沖比幅連續(xù)波雷達(dá),結(jié)合目視光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡,由航天員以手控方式進(jìn)行交會(huì)對(duì)接操作。美國(guó)航天飛機(jī)與和平號(hào)空間站、“國(guó)際空間站”交會(huì)使用的雷達(dá)是Ku頻段脈沖多普勒雷達(dá),具有通信收發(fā)功能,以時(shí)分方式工作,具有跟蹤能力。而Orbital Express是全自主識(shí)別、跟蹤與測(cè)量能力的飛行演示驗(yàn)證。

3)空間信息處理與傳輸能力

空間平臺(tái)在獲得空間態(tài)勢(shì)信息后,需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,并及時(shí)地通過(guò)信息鏈路傳輸?shù)綉?yīng)用單元。這就要求空間平臺(tái)有高速信息處理和大容量信息傳輸能力,具備高可靠的信息加密手段及靈活的組網(wǎng)模式。該能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:多源數(shù)據(jù)在軌預(yù)處理技術(shù);高可靠空間信息傳輸技術(shù);星間通信技術(shù)。

國(guó)外空間信息處理與傳輸相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是:采用更高頻段(Ka、EHF頻段)和更完善的星上處理技術(shù),具備為生存而重構(gòu)的能力,更有效地按需分配技術(shù)和抗輻射、抗實(shí)際攻擊的能力。選擇更高頻段可使天線波束變窄,頻帶寬,跳頻范圍大,降低信號(hào)被截獲和受干擾的可能性,也可使地面天線等設(shè)備小型化,通信終端更加靈活機(jī)動(dòng)。采用V頻段星間鏈路(或交叉鏈路),以擴(kuò)大靜止軌道系統(tǒng)的覆蓋區(qū),而無(wú)需地面中轉(zhuǎn)站。美、俄、歐、日都已發(fā)展跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星,除統(tǒng)一使用S、Ka頻段,均發(fā)展星間光通信技術(shù)。

4)智能自主能力

由于測(cè)控網(wǎng)的覆蓋區(qū)域有限,地面系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低軌航天器運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間,僅為航天器工作時(shí)間的百分之幾,因此在地面監(jiān)測(cè)下能夠完成的操作任務(wù)非常有限。同時(shí),航天器的遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)非常有限,很難完全反映航天器的在軌運(yùn)行狀態(tài)。在在軌操作的過(guò)程中,地面只可能給出一些宏觀的指令,需要空間平臺(tái)根據(jù)星上設(shè)備狀態(tài)及燃料、能源等各種約束,自主規(guī)劃出系列動(dòng)作及其流程,并動(dòng)態(tài)應(yīng)對(duì)瞬息萬(wàn)變的空間環(huán)境。因此,智能自主能力是適應(yīng)未來(lái)空間應(yīng)用特點(diǎn)的一種主要趨勢(shì)。該能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:航天器自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù);航天器整星信息綜合總體技術(shù);航天器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù);航天器自主決策技術(shù);航天器故障診斷與自恢復(fù)技術(shù);自主導(dǎo)航技術(shù)。

美國(guó)在自主管理技術(shù)上處于領(lǐng)先地位,最具有代表意義的航天器是深空-1(DS-1),采用了遠(yuǎn)程代理(Remote Agent)技術(shù),是第1個(gè)使用人工智能技術(shù)進(jìn)行自主管理的航天器。

俄羅斯在研制和維護(hù)和平號(hào)等空間站的過(guò)程中積累了大量航天器自主管理的經(jīng)驗(yàn)。其中包括:大功率液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)系統(tǒng),針對(duì)暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)開發(fā)的軌道實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)系統(tǒng),以及貨運(yùn)飛船與空間站的交會(huì)系統(tǒng)等一系列成果。日本研制的工程試驗(yàn)衛(wèi)星-7(ETS-7)于1998年成功進(jìn)行了空間自動(dòng)交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。此外,日本對(duì)“國(guó)際空間站”日本實(shí)驗(yàn)艙的環(huán)境和生命支持系統(tǒng)(EC LSS)的故障診斷技術(shù)作了詳細(xì)深入的研究。

5)在軌操作能力

未來(lái)空間平臺(tái)的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)各種在軌操作?？臻g平臺(tái)執(zhí)行的任務(wù)目標(biāo)不同,對(duì)其在軌操作能力的要求不同。例如:執(zhí)行在軌模塊更換任務(wù)時(shí),需要對(duì)象捕獲、模塊轉(zhuǎn)運(yùn)和設(shè)備插拔等能力,而執(zhí)行在軌監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí),往往只需對(duì)繞飛或伴飛對(duì)象進(jìn)行拍照。目前,首要發(fā)展的應(yīng)該是對(duì)象捕獲和物體移動(dòng)能力。在軌操作能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:在軌?？考夹g(shù);空間機(jī)械臂技術(shù);在軌維護(hù)與維修技術(shù);在軌更換技術(shù);在軌加注技術(shù);在軌釋放與投送技術(shù);遙操作技術(shù)。

目前,在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的是美國(guó)、加拿大、歐洲和日本,典型的例子就是美國(guó)的Orbital Express 計(jì)劃和日本的ETS-7 計(jì)劃。歐洲以德國(guó)宇航中心(DLR)為主,進(jìn)行了一項(xiàng)完全類似于ETS-7的試驗(yàn)計(jì)劃——“試驗(yàn)服務(wù)衛(wèi)星”(ESS)計(jì)劃,其目的是研制可在空間環(huán)境下利用遙操作控制機(jī)械臂來(lái)修理?yè)p壞衛(wèi)星的試驗(yàn)機(jī)器人。加拿大正在開展用于在軌服務(wù)的自由飛行器研究,主要研究?jī)?nèi)容為地面遙控、遠(yuǎn)程控制、在軌規(guī)劃、載荷捕獲、傳感器校準(zhǔn)及故障檢測(cè)技術(shù)等。

6)多載荷與任務(wù)適應(yīng)能力

為了適應(yīng)不同的任務(wù)需求,空間平臺(tái)需要有靈活更換有效載荷的能力,因此需要為各種載荷提供統(tǒng)一的機(jī)電熱接口,使載荷本身與平臺(tái)具有相對(duì)的獨(dú)立性。同時(shí),空間平臺(tái)在執(zhí)行在軌操作任務(wù)時(shí)需要多次往返于不同軌道,這就要求平臺(tái)具備在不同軌道上運(yùn)行的能力,這對(duì)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)、熱控等功能提出了較高要求。該能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:通用載荷接口技術(shù);大功率快速放電技術(shù);瞬間大容量熱排放和精密熱控技術(shù)。

當(dāng)前,各國(guó)發(fā)展的航天器大多針對(duì)某種急迫的任務(wù)需求,發(fā)展只能搭載單一載荷完成特定功能的專用航天器,也發(fā)展了部分具有靈活承載能力的通用飛行平臺(tái),如“軌道轉(zhuǎn)移飛行器”(OTV)、“軌道機(jī)動(dòng)飛行器”(OMV)、SMV 等,但其通用性主要體現(xiàn)在載荷的互換性方面,在針對(duì)任務(wù)的自適應(yīng)能力方面還比較欠缺,比如變構(gòu)型、短時(shí)大功率放電、瞬間大容量熱排放等。

7)協(xié)同與組合能力

協(xié)同與組合能力主要是指多星協(xié)同工作和在軌擴(kuò)展的能力,既要求能夠迅速集群,又要求能夠迅速分散。有許多任務(wù)是單一航天器很難完成的,需要多個(gè)航天器配合進(jìn)行;同時(shí),空間系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)是系統(tǒng)化和體系化,空間平臺(tái)要納入到整個(gè)空間體系中,作為空間體系中的一員,發(fā)揮自身特有的作用。該能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:編隊(duì)飛行技術(shù);無(wú)線數(shù)據(jù)與能量傳輸技術(shù);網(wǎng)絡(luò)化技術(shù);在軌擴(kuò)展技術(shù);航天器模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

目前,星間通信以及相對(duì)位置測(cè)量和保持控制等技術(shù),在Orbital Express、E TS-7 等計(jì)劃中得到了部分的試驗(yàn)和驗(yàn)證。近來(lái),美國(guó)發(fā)展的F6系統(tǒng),其實(shí)質(zhì)是建立一種面向未來(lái)的靈活、高效的航天器體系結(jié)構(gòu),將傳統(tǒng)的整體式航天器分解為可組合的分離模塊,各分離模塊可以快速批量制造和獨(dú)立發(fā)射,在軌運(yùn)行時(shí)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈接和無(wú)線能量傳輸,構(gòu)成一個(gè)具備 完整功能的虛擬航天器,使得該系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)具備系統(tǒng)重構(gòu)和功能再定義的能力,大大提高在軌系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

8)威脅告警與防護(hù)能力

威脅告警與防護(hù)能力主要是指通過(guò)探測(cè)空間碎片等的目標(biāo)特性和軌道特征,預(yù)測(cè)產(chǎn)生威脅的可能位置、可能對(duì)自身的毀壞形式及可能的時(shí)間等,進(jìn)而發(fā)出威脅告警信號(hào),并根據(jù)不同威脅類型采取自主防護(hù)措施,如機(jī)動(dòng)規(guī)避、釋放誘餌等。該能力涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)有:威脅告警技術(shù);碰撞預(yù)警技術(shù);探測(cè)預(yù)警感知技術(shù);航天器被動(dòng)防護(hù)技術(shù);航天器主動(dòng)防護(hù)技術(shù)。

威脅告警與防護(hù)分為主動(dòng)式防護(hù)和被動(dòng)式防護(hù)兩大類。其中:主動(dòng)式防護(hù)主要是通過(guò)星載威脅告警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)空間碎片等危險(xiǎn)源,從而采取主動(dòng)的機(jī)動(dòng)規(guī)避、攔截等手段;被動(dòng)式防護(hù)則是通過(guò)抗輻射加固、隱身、防撞擊結(jié)構(gòu)等方式來(lái)提高航天器的抗攻擊承受能力。目前,美國(guó)主要在役及在研衛(wèi)星均采取了相應(yīng)的防護(hù)措施,典型的例子有“軍事星”(M ilstar)通信衛(wèi)星、GPS系統(tǒng)、“長(zhǎng)曲棍球”(Lacrosse)偵察衛(wèi)星、DSP 導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星、“鎖眼”(KH)系列偵察衛(wèi)星等,其中KH 衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)規(guī)避能力相當(dāng)強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

空間平臺(tái)技術(shù)的研究是空間技術(shù)研究的重要組成部分,是提升空間應(yīng)用能力和水平的前提條件。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)空間技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但要滿足未來(lái)空間平臺(tái)的能力需求尚有較大差距,建議重點(diǎn)針對(duì)未來(lái)可能的應(yīng)用群策群力,集智攻關(guān),實(shí)現(xiàn)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的有效突破,并逐步演示驗(yàn)證,逐步應(yīng)用到工程實(shí)踐,最終全面提升空間平臺(tái)的各項(xiàng)能力,為更好地實(shí)現(xiàn)空間資源利用作貢獻(xiàn)。

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