唐耀 （北京航天情報(bào)與信息研究所）

空中發(fā)射快速入軌技術(shù)
—美國(guó)用重型戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射衛(wèi)星的計(jì)劃

唐耀 （北京航天情報(bào)與信息研究所）

2015年2月上旬，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）公布的視頻顯示，一架F-15重型戰(zhàn)斗機(jī)在機(jī)腹中心攜帶一枚小型火箭升空。戰(zhàn)斗機(jī)加速到空中一定高度后，保持一定速度維持機(jī)身近垂直姿態(tài)，火箭脫離，然后火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、加速上升，飛向近地軌道。從視頻里看這是一種小型二級(jí)火箭，第一級(jí)的4個(gè)外置噴口位于火箭前部，距離火箭頭部不足火箭全長(zhǎng)的1/3，第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)束工作后分離，以減輕質(zhì)量 。第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)將把小衛(wèi)星送入近地軌道。這是美國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局正在執(zhí)行的一項(xiàng)研究計(jì)劃的最新進(jìn)展。該計(jì)劃簡(jiǎn)稱為“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”(ALASA)。

整流罩分離，空射火箭的第二級(jí)火箭點(diǎn)火

空射小型火箭點(diǎn)火，其四個(gè)噴口位置位于前部

1　計(jì)劃簡(jiǎn)介

“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”計(jì)劃于2011年12月啟動(dòng)，費(fèi)用1.45億美元，目的是改變小衛(wèi)星的入軌方式，即從空中發(fā)射衛(wèi)星，而不是從地面（或海上平臺(tái)）發(fā)射；在接到衛(wèi)星發(fā)射通知后一天內(nèi)完成發(fā)射，而不是數(shù)月；整個(gè)發(fā)射流程高度自動(dòng)化，而不耗費(fèi)大量人力。

該項(xiàng)目的第一階段是完成系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)和演示可行性評(píng)估。2012年9月，國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局選擇洛馬公司牽頭承擔(dān)，組建了一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，為期18個(gè)月，費(fèi)用620萬(wàn)美元。

目前該項(xiàng)目進(jìn)入第二階段，國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局選擇波音公司作為主承包商，在這一階段將進(jìn)行至少12次試射，每次發(fā)射45kg甚至質(zhì)量更小的小型衛(wèi)星進(jìn)入低地球軌道，能夠在一天內(nèi)發(fā)射入軌并回傳信號(hào)，每次發(fā)射成本100萬(wàn)美元，2015年進(jìn)行第一次發(fā)射。該項(xiàng)計(jì)劃的最終目標(biāo)是能夠以100萬(wàn)美元的單次發(fā)射成本將質(zhì)量約45kg的衛(wèi)星送入近地軌道。

“飛馬座”火箭進(jìn)行空中發(fā)射

F-15發(fā)射導(dǎo)彈

2　實(shí)際意義

從空中發(fā)射軌道器的技術(shù)早已經(jīng)存在并日趨成熟，發(fā)射平臺(tái)涵蓋重型戰(zhàn)斗機(jī)到大型運(yùn)輸機(jī)的多型飛機(jī)。例如軌道科學(xué)公司“飛馬座”火箭發(fā)射器已經(jīng)成功完成了40多次空中發(fā)射。載機(jī)把攜帶衛(wèi)星的火箭帶入空中，然后點(diǎn)燃火箭，將其送入同溫層。不過(guò)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”計(jì)劃想要改進(jìn)這些系統(tǒng)，使其不再需要人員參與—發(fā)射系統(tǒng)需要完全自主。此外，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局還指出：“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”尋求的發(fā)射器在準(zhǔn)備發(fā)射前無(wú)需反復(fù)維修，也無(wú)需特殊集成。

根據(jù)對(duì)“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”計(jì)劃的目標(biāo)（能夠以100萬(wàn)美元的單次發(fā)射成本發(fā)射約45kg重的衛(wèi)星）的分析，各國(guó)專家認(rèn)為，這或許將為低成本小型衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用鋪平道路，總費(fèi)用或降低數(shù)十倍；同時(shí)，該火箭在更換載荷后，亦能執(zhí)行反衛(wèi)星任務(wù)?！翱罩邪l(fā)射輔助太空進(jìn)入”項(xiàng)目讓人聯(lián)想到20世紀(jì)80年代美國(guó)利用F-15完成的動(dòng)能反衛(wèi)星試驗(yàn)，顯然，把這種空中發(fā)射火箭的載荷由小衛(wèi)星改為一種攔截器，它就能成為一種快速響應(yīng)的低成本反衛(wèi)星武器，這一點(diǎn)也需要引起全世界足夠的警惕。下面先回顧一下20世紀(jì)80年代美國(guó)利用F-15完成的動(dòng)能反衛(wèi)星試驗(yàn)情況。

美國(guó)于1978年正式批準(zhǔn)空軍“空中發(fā)射微型制天武器”研制計(jì)劃，并要求80年代中期拿出提供實(shí)戰(zhàn)使用的制天武器系統(tǒng)。美國(guó)空軍選擇沃特公司為主承包商，開(kāi)始研制用F-15戰(zhàn)斗機(jī)在空中發(fā)射的ASM-135制天導(dǎo)彈。原計(jì)劃空中發(fā)射導(dǎo)彈進(jìn)行12次空中發(fā)射試驗(yàn)，到1986年已進(jìn)行了5次。1985年9月，美國(guó)空中發(fā)射制天導(dǎo)彈在其第3次發(fā)射中成功地進(jìn)行了實(shí)際打靶，擊毀了一顆廢棄的太陽(yáng)γ射線研究衛(wèi)星。反衛(wèi)星試驗(yàn)后不久，美國(guó)國(guó)會(huì)重申禁止試驗(yàn)反衛(wèi)星系統(tǒng)，這迫使美國(guó)空軍不得不取消了以后的發(fā)展試驗(yàn)與導(dǎo)彈采購(gòu)，使該項(xiàng)武器采購(gòu)與裝備計(jì)劃無(wú)疾而終。

無(wú)獨(dú)有偶，俄羅斯也有類似的“樹(shù)冠”項(xiàng)目，而且2013年年底，俄羅斯總統(tǒng)普京批準(zhǔn)重啟“樹(shù)冠”項(xiàng)目?！皹?shù)冠”項(xiàng)目包括打擊力量和偵察力量，打擊力量由改裝的3架米格-31戰(zhàn)斗機(jī)組成，配備了76M6型“接觸”導(dǎo)彈，可用于摧毀敵方衛(wèi)星。 俄羅斯和哈薩克斯坦還利用冷戰(zhàn)時(shí)期空基反衛(wèi)星計(jì)劃的研究成果，聯(lián)合實(shí)施了一項(xiàng)“伊希姆”計(jì)劃，目的是用米格-31發(fā)射運(yùn)載火箭將小型航天器送到預(yù)定軌道，該計(jì)劃具備摧毀敵方衛(wèi)星的能力，可以向200～800km高度的軌道發(fā)射小于200kg的衛(wèi)星群。

“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”項(xiàng)目棄用傳統(tǒng)的地基衛(wèi)星發(fā)射方式，轉(zhuǎn)向空中發(fā)射，依賴能從跑道起飛、在空中懸停、并以預(yù)定軌道發(fā)射衛(wèi)星的噴氣式飛機(jī)。按照設(shè)想，“空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入”從跑道起飛后，飛行在7620m高空，這樣發(fā)射器可以飛越絕大部分大氣后開(kāi)始發(fā)射。這種發(fā)射方式為空間發(fā)射運(yùn)載器增加了起始速度推力，允許設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)更大、更有效的火箭噴嘴。

基于噴氣式飛機(jī)的衛(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)意味著美國(guó)軍隊(duì)能夠從任何常規(guī)機(jī)場(chǎng)快速部署衛(wèi)星，而不需依賴昂貴且易損壞的陸地發(fā)射臺(tái)。既節(jié)省了數(shù)月的準(zhǔn)備時(shí)間，又能避免因天氣、自然災(zāi)害甚至敵人攻擊而造成的延遲?？罩邪l(fā)射還無(wú)需擔(dān)心發(fā)射方位受到地理?xiàng)l件限制，衛(wèi)星最終定位地點(diǎn)有更大靈活性。

在可能出現(xiàn)的太空戰(zhàn)中，為預(yù)防目前衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)喪失能力或能力下降，還必須進(jìn)行衛(wèi)星替換。當(dāng)美國(guó)衛(wèi)星被別國(guó)衛(wèi)星殺傷武器擊落時(shí)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局希望發(fā)射器能在24h內(nèi)隨時(shí)隨地將新衛(wèi)星（可能是空軍近期采用的一次性廉價(jià)小衛(wèi)星）送入軌道。

美國(guó)軍隊(duì)已經(jīng)表現(xiàn)出了對(duì)擁有快速發(fā)射衛(wèi)星入軌能力的興趣?？哲妵L試著創(chuàng)造靈活的軌道間諜，包括X-37B軌道試驗(yàn)飛行器，目前X-37B正進(jìn)行第4次試驗(yàn)飛行。X-37B有望使美國(guó)空軍能夠不受固定發(fā)射臺(tái)地理?xiàng)l件限制，把新衛(wèi)星或衛(wèi)星備份送入任何軌道。

從太空返回地面的X-37B

3　思考與總結(jié)

從美國(guó)的情況來(lái)看，只要采用先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)和先進(jìn)的輕小型載荷，僅利用重型戰(zhàn)斗機(jī)平臺(tái)就可以通過(guò)發(fā)射輕小型運(yùn)載火箭將小衛(wèi)星送入低地球軌道。重型戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射輕小型運(yùn)載器作為一種高機(jī)動(dòng)靈活性、快速響應(yīng)的發(fā)射技術(shù)已經(jīng)成熟。其實(shí)，為實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)目標(biāo)，美國(guó)幾十年來(lái)技術(shù)上一脈相承、堅(jiān)持不懈地發(fā)展空中發(fā)射小型火箭技術(shù)，分期取得了下述顯著成效：

1）第一階段的空中發(fā)射小型火箭技術(shù)應(yīng)用，是發(fā)展空中發(fā)射彈道導(dǎo)彈技術(shù)，并研制實(shí)用的系列化空中發(fā)射靶彈支持美國(guó)的反導(dǎo)攔截試驗(yàn)；

2）第二階段的空中發(fā)射小型火箭技術(shù)應(yīng)用，是20世紀(jì)80年代重點(diǎn)突破空基制天技術(shù)，研制空基制天導(dǎo)彈并開(kāi)展試飛，于20世紀(jì)80年代中期（1985年）成功攔截了廢棄衛(wèi)星；

3）第三階段的空中發(fā)射小型火箭技術(shù)應(yīng)用，是最新發(fā)展的戰(zhàn)斗機(jī)空中發(fā)射小衛(wèi)星入軌技術(shù)，研制了空基發(fā)射的輕小型運(yùn)載火箭，即將形成低地球軌道乃至中地球軌道的快速入軌與空間攻防、空間控制能力。

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