于小紅,　李　巖,　劉高強(qiáng),　邢曉辰,　許國(guó)鋒

(1. 裝備學(xué)院 航天指揮系， 北京 101416；　2. 裝備學(xué)院 航天裝備系， 北京 101416；

3. 裝備學(xué)院 研究生管理大隊(duì)， 北京 101416)

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美國(guó)持續(xù)發(fā)展微小型航天器動(dòng)因探析

于小紅1,李巖2,劉高強(qiáng)3,邢曉辰3,許國(guó)鋒3

(1. 裝備學(xué)院 航天指揮系， 北京 101416；2. 裝備學(xué)院 航天裝備系， 北京 101416；

3. 裝備學(xué)院 研究生管理大隊(duì)， 北京 101416)

摘要針對(duì)美國(guó)不斷推陳出新的微小型航天器發(fā)展研究，從太空戰(zhàn)略環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)、太空對(duì)抗、新技術(shù)演示驗(yàn)證等4個(gè)方面，對(duì)美國(guó)持續(xù)發(fā)展微小型航天器的動(dòng)因進(jìn)行了初步探析。闡述了美國(guó)在提高太空系統(tǒng)戰(zhàn)略威懾效果、滿足戰(zhàn)場(chǎng)力量增強(qiáng)需求、推行太空對(duì)抗技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略、促進(jìn)新技術(shù)演示驗(yàn)證等方面對(duì)發(fā)展微小型航天器的現(xiàn)實(shí)需求。對(duì)微小型航天器發(fā)展戰(zhàn)略的頂層規(guī)劃給出了范例，為我國(guó)開展基于微小衛(wèi)星的太空技術(shù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞微小衛(wèi)星；發(fā)展動(dòng)因；太空戰(zhàn)略；力量增強(qiáng)

微小型航天器是指集成了微納米技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)和工藝的現(xiàn)代航天器，本文提及的微小型航天器質(zhì)量通常在50～500 kg之間，包括各類微小衛(wèi)星和微小型太空技術(shù)試驗(yàn)飛行器。相比同等功能的大、中、小型航天器，微小型航天器具備成本低、小巧輕便、發(fā)射靈活、響應(yīng)及時(shí)等優(yōu)勢(shì)。其功能可以取代或部分取代傳統(tǒng)大、中型航天器，完成人類對(duì)太空探測(cè)、對(duì)地觀測(cè)以及其他特殊任務(wù)。自20世紀(jì)90年代以來，各類微小型航天器的發(fā)展層出不窮，先后發(fā)射入軌的有：多通道通信衛(wèi)星(Multiple Access Communication Satellite，MACSAT)、微型衛(wèi)星計(jì)劃(Micro Satellite Program，MICROSAT)、多路徑超視距通信微小衛(wèi)星(Multiple Paths, Beyond-Line-of-Sight Communications,MUBLCOM)、試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)(Experiment Small Satellite，XSS)等。近年來，更有靜止軌道微小衛(wèi)星(Mirco-satellite Technology Experiment,MiTEx)技術(shù)實(shí)驗(yàn)、軌道快車(Orbital Express)計(jì)劃、前端機(jī)器人使能近期演示驗(yàn)證(FREND)、快速響應(yīng)太空計(jì)劃(Operational Responsive Space,ORS)、“F6”(Future,Fast,Flexible,Free-flying,Fractionted spacecraft)項(xiàng)目、“See Me”(Space Enabled Effects for military Engagements)計(jì)劃、“鴿群”系統(tǒng)以及“鳳凰”計(jì)劃等。在美國(guó)不斷推陳出新的背后，究竟隱含了哪些動(dòng)因？本文從太空戰(zhàn)略環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)、太空對(duì)抗、新技術(shù)演示驗(yàn)證等4個(gè)方面，對(duì)美國(guó)持續(xù)發(fā)展微小型航天器的動(dòng)因進(jìn)行初步探析。

1適應(yīng)太空戰(zhàn)略環(huán)境現(xiàn)實(shí)要求，提高太空系統(tǒng)威懾效果

2011年美國(guó)國(guó)防部發(fā)布《國(guó)家安全太空戰(zhàn)略》，對(duì)當(dāng)前和未來太空戰(zhàn)略環(huán)境的基本判斷是：太空將更加擁擠、更具對(duì)抗性、更具競(jìng)爭(zhēng)性，隨著越來越多的國(guó)家發(fā)展太空能力和反太空能力，美國(guó)正面臨新的挑戰(zhàn)，美太空系統(tǒng)的生存能力急需提升[1]。隨著太空系統(tǒng)信息能力的不斷提升，太空系統(tǒng)在國(guó)防和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，美國(guó)對(duì)太空系統(tǒng)也越來越依賴，但美國(guó)多數(shù)太空系統(tǒng)是按照美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的思路進(jìn)行建設(shè)的，已經(jīng)不能適應(yīng)新的太空戰(zhàn)略環(huán)境的要求，其太空系統(tǒng)的威懾效果將受到嚴(yán)重影響。

為此，美國(guó)提出了一系列應(yīng)對(duì)措施，集中體現(xiàn)在美國(guó)空軍2013年頒布的白皮書《彈性和分散化太空體系結(jié)構(gòu)》中。書中著重強(qiáng)調(diào)了通過分散化設(shè)計(jì)等多種途徑，增強(qiáng)其太空系統(tǒng)的彈性能力，提高太空威懾效果。美國(guó)空軍將分散化定義為“將天基任務(wù)、功能或傳感器散布到多系統(tǒng)上，跨越一個(gè)或更多軌道平面、平臺(tái)、寄主、作戰(zhàn)域。就是把集中到少數(shù)先進(jìn)衛(wèi)星的能力分散到數(shù)量更多的平臺(tái)上去”。

美軍提出了分離模塊、功能分解、搭載有效載荷、多軌道配置及多域分布5種分散化途徑。(1) 分離模塊是將衛(wèi)星的功能分解到多個(gè)模塊，每個(gè)模塊搭載于不同的衛(wèi)星，在軌模塊間通過無線模式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最終構(gòu)建單體衛(wèi)星系統(tǒng)具備的功能。(2) 功能分解是將傳統(tǒng)搭載于一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的多個(gè)敏感期和截然不同的子任務(wù)，拆分搭載到不同的平臺(tái)上。(3) 搭載有效載荷即利用所搭載衛(wèi)星的電源、處理、熱控、姿控等平臺(tái)能力，實(shí)現(xiàn)單顆衛(wèi)星所具備的能力。通過這種方式可以大大降低成本，同時(shí)也使敵對(duì)方在攻擊時(shí)因搭載平臺(tái)可能涉及民用衛(wèi)星而難以應(yīng)對(duì)。(4) 多軌道配置是利用空間多個(gè)軌道面實(shí)現(xiàn)載荷對(duì)任務(wù)區(qū)域的多種覆蓋，也可在受到敵對(duì)方攻擊時(shí)增加系統(tǒng)復(fù)雜性，提高自身衛(wèi)星系統(tǒng)彈性。采用此種模式為微小型衛(wèi)星的發(fā)展提供了更多的應(yīng)用空間。(5) 多域分布能夠綜合利用陸?？仗斓榷囝I(lǐng)域技術(shù)手段，如利用天基敏感器對(duì)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行寬幅覆蓋，同時(shí)運(yùn)用空、艦、地基敏感器對(duì)任務(wù)區(qū)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)覆蓋，相比單領(lǐng)域分布更具優(yōu)勢(shì)。

上述每一種途徑均有其重點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，適用于某類衛(wèi)星任務(wù)，但沒有一種途徑適合所有任務(wù)[2]。5種分散化途徑中的前4種都要求衛(wèi)星模塊化、小型化、載荷化，這是未來美國(guó)太空系統(tǒng)發(fā)展的必然要求和顯著趨勢(shì)，也是微小型航天器大力發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。

2響應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)需求，充分發(fā)揮太空系統(tǒng)的力量增強(qiáng)作用

太空系統(tǒng)的信息優(yōu)勢(shì)，能夠增強(qiáng)聯(lián)合作戰(zhàn)部隊(duì)的作戰(zhàn)能力。美軍把太空系統(tǒng)的力量增強(qiáng)任務(wù)作為當(dāng)前其太空軍事力量最為重要的作戰(zhàn)任務(wù)。傳統(tǒng)的以大衛(wèi)星為主的太空系統(tǒng)，存在發(fā)射部署周期長(zhǎng)、花費(fèi)巨大、難以響應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)需求等問題。美軍大力發(fā)展微小衛(wèi)星技術(shù)，就是要發(fā)揮其在軍事偵察監(jiān)視、軍事通信等領(lǐng)域的諸多優(yōu)勢(shì)，通過快速發(fā)射部署形成一定數(shù)量規(guī)模的微小衛(wèi)星星座系統(tǒng)，為戰(zhàn)場(chǎng)指戰(zhàn)員提供及時(shí)響應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)服務(wù)。

2.1協(xié)同傳統(tǒng)大型衛(wèi)星發(fā)展，顯著增強(qiáng)太空系統(tǒng)能力

2.1.1天基對(duì)地軍事偵察監(jiān)視

針對(duì)軍事偵察衛(wèi)星，分辨率是其首要技術(shù)指標(biāo)，包括高空間分辨率、高光譜分辨率及高時(shí)間分辨率。在戰(zhàn)術(shù)成像偵察微小衛(wèi)星領(lǐng)域，優(yōu)于0.5 m分辨率的成像偵察衛(wèi)星基本上由大型衛(wèi)星壟斷，分辨率最高可達(dá)0.1 m。隨著微小型衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展，美國(guó)在發(fā)展大型高性能超高分辨率偵察衛(wèi)星的同時(shí)，正逐步將優(yōu)于1 m分辨率遙感信息的獲取任務(wù)交由微小衛(wèi)星完成。

目前，戰(zhàn)術(shù)成像小衛(wèi)星的地面分辨率可以達(dá)到米級(jí)，覆蓋寬度可達(dá)幾十到幾百千米，整星質(zhì)量在200～300 kg，工作壽命可達(dá)5 a。通過部署微小衛(wèi)星星座，能夠提高戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)偵察的空間與時(shí)間分辨率，縮短衛(wèi)星重返周期，甚至達(dá)到時(shí)間分辨率接近于零(即實(shí)現(xiàn)連續(xù)偵察)。同時(shí)，由于微小衛(wèi)星在形成規(guī)?；拖盗谢笸ǔ３杀据^低，因此星座系統(tǒng)的投資可接受。美國(guó)空軍在《空軍2025作戰(zhàn)構(gòu)想》中指出，“小衛(wèi)星組成的分布式星座系統(tǒng)是為戰(zhàn)斗人員提供實(shí)時(shí)不間斷信息服務(wù)的主要手段”[3]。

另外，在雷達(dá)成像監(jiān)測(cè)方面，微小衛(wèi)星通過編隊(duì)飛行方式構(gòu)成一顆虛擬大衛(wèi)星，形成較大的雷達(dá)天線孔徑，進(jìn)而極大提高對(duì)地面活動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)視與跟蹤能力。某些時(shí)候，這種虛擬衛(wèi)星的能力甚至可以超過單顆大衛(wèi)星。此外，編隊(duì)飛行還能形成多種觀測(cè)系統(tǒng)，如分布式天基雷達(dá)、編隊(duì)飛行光學(xué)干涉測(cè)量系統(tǒng)、可見光紅外地球成像系統(tǒng)以及多光譜地球成像系統(tǒng)等。

2.1.2基于太空系統(tǒng)的軍事通信

微小衛(wèi)星應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域主要有以下優(yōu)勢(shì)：在組網(wǎng)后有較強(qiáng)的生存能力；可與戰(zhàn)場(chǎng)指揮員直接交互，提供戰(zhàn)術(shù)級(jí)通信服務(wù)；專用性和保密性強(qiáng)等。目前，軍用微小衛(wèi)星通信系統(tǒng)只是大型軍事通信衛(wèi)星的補(bǔ)充，主要是戰(zhàn)術(shù)通信與中繼星通信。

美國(guó)陸軍的戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星采用EHF頻段，衛(wèi)星可由戰(zhàn)場(chǎng)指揮員直接指揮，提供話音和數(shù)據(jù)通信，并且與大型軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)“軍事星”兼容，可使用相同的地面終端。美國(guó)以DARPA為核心，實(shí)施了多項(xiàng)用于戰(zhàn)術(shù)通信的微小衛(wèi)星計(jì)劃，如多通道通信衛(wèi)星、多路徑超視距通信微小衛(wèi)星以及微型衛(wèi)星計(jì)劃等。

2.2滿足精細(xì)化作戰(zhàn)需求，信息直達(dá)作戰(zhàn)單元

采用微小衛(wèi)星技術(shù)，能夠滿足作戰(zhàn)單元的精細(xì)化作戰(zhàn)需求，使得信息傳遞直達(dá)作戰(zhàn)單元。如美國(guó)空軍的戰(zhàn)術(shù)星通過保密的國(guó)防部TCP/IP路由網(wǎng)直接向衛(wèi)星發(fā)送指令和分發(fā)衛(wèi)星圖像等新概念，戰(zhàn)場(chǎng)指揮官可根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況申請(qǐng)有效載荷和發(fā)射需求，地面作戰(zhàn)部隊(duì)可直接向空間戰(zhàn)術(shù)星發(fā)送指令，通過戰(zhàn)場(chǎng)指揮官按需申請(qǐng)有效載荷和發(fā)射需求，并通過保密路由實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星采集信息的快速分發(fā)。衛(wèi)星兼有戰(zhàn)術(shù)偵察與信息分發(fā)雙重功能，可直接向用戶分發(fā)傳送偵察信息。

2.3平時(shí)組網(wǎng)監(jiān)測(cè)，戰(zhàn)時(shí)迅疾補(bǔ)充

建設(shè)由微小衛(wèi)星組成的戰(zhàn)術(shù)偵察監(jiān)視或通信衛(wèi)星星座，可以實(shí)現(xiàn)無縫觀測(cè)與通信，滿足軍事偵察和通信的需要。微小衛(wèi)星用于軍事偵察、通信領(lǐng)域的突出特點(diǎn)是能夠快速做出響應(yīng)，可以對(duì)感興趣的區(qū)域提供及時(shí)、重點(diǎn)保障，特別是對(duì)難以預(yù)測(cè)的突發(fā)事件，它可以提供快速的情報(bào)、偵察和監(jiān)視能力，從而形成“平時(shí)打一批，戰(zhàn)時(shí)補(bǔ)一批”的組網(wǎng)運(yùn)行模式，彌補(bǔ)大衛(wèi)星不足?？焖夙憫?yīng)太空計(jì)劃的一個(gè)重要目標(biāo)就是在危機(jī)或戰(zhàn)爭(zhēng)前幾周或幾個(gè)月內(nèi)，快速組裝、發(fā)射能夠直接向戰(zhàn)場(chǎng)用戶傳送偵察產(chǎn)品的衛(wèi)星。戰(zhàn)術(shù)偵察小衛(wèi)星的快速響應(yīng)能力具有重要價(jià)值，也是戰(zhàn)術(shù)偵察小衛(wèi)星最突出的特點(diǎn)之一。

3實(shí)施多項(xiàng)微小型航天器技術(shù)計(jì)劃，推行太空對(duì)抗技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略

美國(guó)國(guó)防部及空軍主導(dǎo)開展了多項(xiàng)微小衛(wèi)星技術(shù)項(xiàng)目工作，包括XSS(Experiment Small Satellite)、DART(Demonstration of Autonomous Rendezvous)自主交會(huì)驗(yàn)證技術(shù)衛(wèi)星、軌道快車計(jì)劃、MiTEx、近場(chǎng)紅外試驗(yàn)衛(wèi)星(NFIRE)等，如表1所示[4-5]。這些可用于太空對(duì)抗的微小衛(wèi)星技術(shù)項(xiàng)目，通常采用多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)綜合集成的方式，目的是相互印證、多種選擇，在不同的計(jì)劃項(xiàng)目中予以支持，保證了太空對(duì)抗技術(shù)研發(fā)的多樣化、不斷線。透過這些技術(shù)發(fā)展計(jì)劃及試驗(yàn)，逐步顯現(xiàn)了美國(guó)“智能自主、監(jiān)視識(shí)別、擾控毀并舉、由低軌向高軌、軍民融合”的天基太空對(duì)抗技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略思路。

3.1智能自主

未來太空對(duì)抗環(huán)境惡劣，有人控制的天基武器作戰(zhàn)運(yùn)用方式容易遭受敵方的干擾攻擊，而且運(yùn)用方式方法靈活性差。美國(guó)的太空系統(tǒng)龐大，要保持其絕對(duì)的太空優(yōu)勢(shì)地位，利用微小衛(wèi)星發(fā)展檢驗(yàn)其天基智能自主的太空對(duì)抗技術(shù)是必然的要求。

從表1可以看出，XSS、DART自主交會(huì)驗(yàn)證技術(shù)衛(wèi)星、“軌道快車”計(jì)劃衛(wèi)星，均以自主接近、交會(huì)對(duì)接等為關(guān)鍵技術(shù)。雖然MiTEx和NFIRE沒有明確的自主技術(shù)項(xiàng)目，但其試驗(yàn)過程充分發(fā)揮了自主運(yùn)行的技術(shù)能力。

“軌道快車”計(jì)劃是自主智能化技術(shù)的顯著代表，該項(xiàng)目又叫太空機(jī)器人。在2007年3月至7月的軌道演示飛行試驗(yàn)中，依靠其先進(jìn)的自主導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)、捕獲系統(tǒng)、機(jī)械手系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作目標(biāo)進(jìn)行全自主捕獲與服務(wù)、使用被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全自主導(dǎo)航與制導(dǎo)，更換星載計(jì)算機(jī)，全自主地使用先進(jìn)機(jī)器人捕獲自由飛行器，并將組件和推進(jìn)劑從一個(gè)飛行器傳送給另一個(gè)飛行器。

表1　美國(guó)用于太空對(duì)抗目的的微小衛(wèi)星技術(shù)計(jì)劃與試驗(yàn)

3.2監(jiān)視識(shí)別

在太空對(duì)抗中，首先必須準(zhǔn)確掌握敵方目標(biāo)的狀態(tài)、特征，識(shí)別其功能用途，為武器攻擊提供目標(biāo)指示。美國(guó)的XSS及MiTEx都有很強(qiáng)的監(jiān)視能力，能夠近距離對(duì)目標(biāo)實(shí)施高精度、高清晰度拍照，MiTEx還能夠探測(cè)到目標(biāo)衛(wèi)星的信號(hào)特征，為揭示目標(biāo)的形狀、電磁特征積累數(shù)據(jù)，確保進(jìn)攻作戰(zhàn)的針對(duì)性和有效性。

在其他幾個(gè)項(xiàng)目中，為了保證自主交會(huì)對(duì)接的實(shí)現(xiàn)，衛(wèi)星自身攜帶有多種高精度目標(biāo)探測(cè)載荷，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的監(jiān)視識(shí)別。如軌道快車上ASRTO衛(wèi)星的跟蹤敏感器，不僅能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行近距離、遠(yuǎn)距離測(cè)距、測(cè)姿和測(cè)方位，還能夠?qū)δ繕?biāo)實(shí)施近、中、遠(yuǎn)可見光成像。這些在微小衛(wèi)星上試驗(yàn)驗(yàn)證的監(jiān)視識(shí)別技術(shù)，一旦成熟就能夠很快移植到太空目標(biāo)監(jiān)視衛(wèi)星和察打一體的天基太空武器上。

3.3擾控毀并舉

可用于天基太空對(duì)抗的技術(shù)手段多樣，但使用動(dòng)能攔截器等硬摧毀武器時(shí)，會(huì)形成大量太空碎片，產(chǎn)生嚴(yán)重附帶后果。因此，對(duì)擁有大量高性能衛(wèi)星系統(tǒng)又高度依賴太空信息系統(tǒng)作戰(zhàn)的美國(guó)，在不能完全放棄硬摧毀手段的基礎(chǔ)上，必須充分考慮其他軟殺傷技術(shù)手段。在這種背景下，美國(guó)借助微小衛(wèi)星技術(shù)，沿著“擾控毀并舉”的思路，積極推進(jìn)其太空對(duì)抗手段發(fā)展與技術(shù)儲(chǔ)備。

在表1中，DART自主交會(huì)驗(yàn)證技術(shù)衛(wèi)星是由于試驗(yàn)過程中的意外事故，將另一顆衛(wèi)星撞到了更高軌道上，但卻給其近距離監(jiān)視衛(wèi)星以實(shí)施攻擊的啟示。NFIRE原本就要攜帶天基攔截器開展試驗(yàn)，只是由于眾議院及專家的強(qiáng)烈反對(duì)，為避免刺激其他國(guó)家，而去掉了任務(wù)中的攔截器載荷。這也說明，美國(guó)并未放棄天基動(dòng)能殺傷武器技術(shù)的發(fā)展，而是借助于不同任務(wù)不斷開展技術(shù)試驗(yàn)。

相對(duì)于20世紀(jì)美蘇后冷戰(zhàn)時(shí)期的天基動(dòng)能、定向能武器等硬摧毀技術(shù)，美國(guó)更熱衷于太空實(shí)體控制技術(shù)，更加注重太空對(duì)抗技術(shù)發(fā)展的策略。MiTEx具有典型的軟殺傷能力，能夠近距離監(jiān)視目標(biāo)，實(shí)施信號(hào)偵聽、干擾破壞等太空進(jìn)攻行動(dòng)。FREND通過自主完成非合作目標(biāo)抓捕、更換元器件和推進(jìn)劑等動(dòng)作，全方位檢驗(yàn)了太空作戰(zhàn)機(jī)器人的實(shí)體控制作戰(zhàn)技術(shù)和能力[8-9]。

3.4由低軌向高軌

在地球低軌道上存在大量的各類遙感衛(wèi)星和移動(dòng)通信衛(wèi)星，完成對(duì)陸?？諔?zhàn)場(chǎng)全天時(shí)、全天候的態(tài)勢(shì)感知、指揮控制通信任務(wù)。在地球高軌道上，分布著重要的導(dǎo)彈預(yù)警、通信中繼、電子偵察、氣象等衛(wèi)星，持續(xù)、嚴(yán)密地監(jiān)視導(dǎo)彈發(fā)射和電子信號(hào)，并提供大范圍的通信覆蓋。從太空對(duì)抗技術(shù)難度來看，低軌技術(shù)相對(duì)容易，卻是重要基礎(chǔ)。美國(guó)將太空對(duì)抗的關(guān)鍵技術(shù)在低軌道上做扎實(shí)后，才逐步推向高軌。實(shí)踐證明，這種方法途徑切實(shí)可行。

美國(guó)的XSS、DART自主交會(huì)驗(yàn)證技術(shù)衛(wèi)星、“軌道快車”計(jì)劃和NFIRE，都是低軌微小衛(wèi)星項(xiàng)目，在低軌道上開展的自主監(jiān)視、接近、對(duì)接、抓捕、補(bǔ)給等技術(shù)，絕大多數(shù)都很成功，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低軌目標(biāo)的“偵、控、打、評(píng)”。MiTEx在前面那些項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，機(jī)動(dòng)、伴隨監(jiān)視等能力上了一個(gè)臺(tái)階。這標(biāo)志著美國(guó)的太空對(duì)抗技術(shù)從低軌逐步拓展到了高軌，也覆蓋了從低軌到高軌的全部軌道太空。

3.5軍民融合

太空對(duì)抗技術(shù)的基礎(chǔ)是民用航天技術(shù)，太空實(shí)體控制技術(shù)與在軌服務(wù)技術(shù)有異曲同工之處。民用的在軌服務(wù)對(duì)象是合作目標(biāo)，太空實(shí)體控制的對(duì)象是非合作目標(biāo)。美國(guó)雖然在“軌道快車”計(jì)劃中，始終宣稱是民用在軌服務(wù)計(jì)劃，但在實(shí)際試驗(yàn)中驗(yàn)證的是對(duì)非合作目標(biāo)的接近、捕獲和操控，軍事意圖十分明顯。此外，經(jīng)濟(jì)因素也是持續(xù)發(fā)展微小型航天器的原因之一，軍民融合的商業(yè)化運(yùn)作可以有效降低微小衛(wèi)星技術(shù)驗(yàn)證成本。以民掩軍，是美國(guó)在冷戰(zhàn)結(jié)束后的近些年中發(fā)展太空對(duì)抗技術(shù)的重要思路。

4適應(yīng)新技術(shù)演示驗(yàn)證，促進(jìn)航天技術(shù)的快速發(fā)展

采用微小衛(wèi)星進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，能夠有效降低試驗(yàn)成本和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)兼具靈活快速的特點(diǎn)，使許多新技術(shù)、新設(shè)計(jì)思想和新應(yīng)用能夠在太空快速得到試驗(yàn)和驗(yàn)證。用微小衛(wèi)星開展快速的新技術(shù)演示驗(yàn)證試驗(yàn)，是微小衛(wèi)星最突出的優(yōu)勢(shì)，也是近年微小衛(wèi)星承擔(dān)的各種飛行任務(wù)中數(shù)量最多的任務(wù)[10]。

以往對(duì)一項(xiàng)航天新技術(shù)開展太空技術(shù)驗(yàn)證時(shí)，大都需要在大衛(wèi)星上進(jìn)行搭載試驗(yàn)，或者單獨(dú)發(fā)射新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，這樣不但增加了衛(wèi)星的研制周期與復(fù)雜性，還有可能影響大衛(wèi)星的主要任務(wù)和功能。微小衛(wèi)星為新技術(shù)演示驗(yàn)證提供了廉價(jià)、及時(shí)、有效的途徑，能夠在太空軌道運(yùn)行環(huán)境下，對(duì)航天器采用新技術(shù)、新材料及履行新任務(wù)的性能和效果進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)估，這是在進(jìn)行正式飛行任務(wù)之前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與技術(shù)驗(yàn)證的最可行也是最可靠的方法。目前，通過微小衛(wèi)星進(jìn)行新技術(shù)試驗(yàn)的手段已經(jīng)相當(dāng)成熟，這類微小衛(wèi)星大都是對(duì)各種新技術(shù)、新產(chǎn)品進(jìn)行太空飛行演示驗(yàn)證的試驗(yàn)平臺(tái)，往往每顆衛(wèi)星承擔(dān)多種技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)，旨在促進(jìn)太空新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向?qū)嵱棉D(zhuǎn)移，以減少型號(hào)研制風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性，降低研制成本。

4.1太空自主交會(huì)與操作技術(shù)

近年來美國(guó)實(shí)施了XSS計(jì)劃、DART計(jì)劃、“軌道快車”計(jì)劃、FREND以及MiTEx，其目的就是演示驗(yàn)證太空機(jī)器人反衛(wèi)星的核心技術(shù)——非合作目標(biāo)的自主交會(huì)、逼近與操作技術(shù)。2007年完成“軌道快車”任務(wù)，演示驗(yàn)證在軌交會(huì)對(duì)接、在軌維修與器件更新等操作。按照美國(guó)航空航天局的說法，“軌道快車”計(jì)劃的目的是驗(yàn)證衛(wèi)星交會(huì)、捕獲、?？?、維修以及燃料補(bǔ)充等太空技術(shù)，以支持未來更廣泛領(lǐng)域內(nèi)的商用、民用和軍用太空計(jì)劃，為美國(guó)未來太空能力的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供支撐[11]。2009年進(jìn)行的MiTEx計(jì)劃，演示了對(duì)高軌道衛(wèi)星的在軌操作能力；XSS-12和FREND計(jì)劃，進(jìn)一步完善了太空自主交會(huì)與操作能力；并在XSS計(jì)劃成功的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)“局部空間的自主導(dǎo)航與制導(dǎo)試驗(yàn)”計(jì)劃，向地球靜止軌道發(fā)射小衛(wèi)星，為大衛(wèi)星提供防護(hù)[12]。

4.2分布式系統(tǒng)自主規(guī)劃技術(shù)

航天器自主規(guī)劃技術(shù)是指航天器在不接收地面站指令的情況下，由其自身決策，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)需求、可采取的活動(dòng)及影響，在受到時(shí)間和資源約束條件下，自主規(guī)劃方案完成特定的航天任務(wù)。其具有以下特點(diǎn)：自組織、自適應(yīng)、快速反應(yīng)、規(guī)劃與調(diào)度集成等。美國(guó)的新盛世計(jì)劃就是用分布式的太空系統(tǒng)來完成或是替代越來越復(fù)雜的、大衛(wèi)星難以完成的功能。美國(guó)《空軍2025作戰(zhàn)構(gòu)想》中提出：“由小衛(wèi)星組成的分布式星座系統(tǒng)為作戰(zhàn)提供及時(shí)連續(xù)的信息服務(wù)，也可成為有效的反衛(wèi)星武器”。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的分布式衛(wèi)星系統(tǒng)——TechSat 21三星座系統(tǒng)、3SC大學(xué)納星計(jì)劃、深空探測(cè)計(jì)劃等，都通過采用微小衛(wèi)星攜帶遠(yuǎn)程自主可控系統(tǒng)進(jìn)行分布式組網(wǎng)，進(jìn)行航天任務(wù)自主規(guī)劃技術(shù)的演示驗(yàn)證。后續(xù)研究中，將在單星自主規(guī)劃基礎(chǔ)上，通過研究分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的多Agent建模與通信技術(shù)、層次任務(wù)分解技術(shù)等協(xié)同規(guī)劃技術(shù)，來解決分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的自主規(guī)劃問題。

4.3新型發(fā)射技術(shù)

新型發(fā)射技術(shù)主要包括多星發(fā)射技術(shù)、空中發(fā)射技術(shù)等多種新型微小衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)。1960年，美國(guó)首次用一枚火箭發(fā)射了2顆衛(wèi)星。拉開了“一箭多星”發(fā)射技術(shù)研究的序幕。美國(guó)和俄羅斯分別創(chuàng)造了“一箭多星”單次發(fā)射搭載載荷最多的記錄。2006年7月俄羅斯“第聶伯”火箭創(chuàng)造了單顆火箭搭載18顆衛(wèi)星的記錄；2013年11月美國(guó)“米諾陶1”火箭將搭載記錄改寫為29顆衛(wèi)星和2個(gè)試驗(yàn)有效載荷；緊隨其后，俄羅斯再次使用“第聶伯”火箭破紀(jì)錄地發(fā)射32顆衛(wèi)星和1個(gè)試驗(yàn)有效載荷；2014年1月，美國(guó)“安塔瑞斯”火箭將記錄刷新至34顆衛(wèi)星；最近一次為2014年7月俄羅斯“第聶伯”火箭發(fā)射37顆衛(wèi)星，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄[13]。在多次的“一箭多星”火箭發(fā)射活動(dòng)中，微型衛(wèi)星成為試驗(yàn)主體，有效驗(yàn)證了“一箭多星”發(fā)射技術(shù)，也進(jìn)行了其他相關(guān)太空技術(shù)演示驗(yàn)證。

美國(guó)DARPA的空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項(xiàng)目，其目標(biāo)就是開發(fā)一種能夠顯著降低日常發(fā)射小衛(wèi)星成本的方法，該項(xiàng)目的創(chuàng)新之處是在傳統(tǒng)飛機(jī)后方攜帶一次性發(fā)射平臺(tái)，在24 h內(nèi)完成發(fā)射準(zhǔn)備工作，用低于100萬美元的成本發(fā)射45 kg的小型衛(wèi)星。

5結(jié) 束 語

軍事、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等諸多因素促使以美國(guó)為代表的航天強(qiáng)國(guó)持續(xù)不斷地發(fā)展微小型航天器。本文僅從4個(gè)方面對(duì)美國(guó)持續(xù)發(fā)展微小型航天器的動(dòng)因進(jìn)行了初步探析。從中可以發(fā)現(xiàn)美國(guó)在微小型航天器發(fā)展途徑的規(guī)劃與具體實(shí)施中的一些規(guī)律，希望能夠?yàn)槲覈?guó)開展基于微小衛(wèi)星的太空技術(shù)研發(fā)提供一定的參考。

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(編輯：田麗韞)

Analysis on Motivation for Sustainable Development of Micro Spacecrafts in U.S.

YU Xiaohong1,LI Yan2,LIU Gaoqiang3,XING Xiaochen3,XU Guofeng3

(1. Department of Space Command, Equipment Academy, Beijing 101416, China;2. Department of Space Equipment, Equipment Academy, Beijing 101416, China;3. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

AbstractAiming at the ongoing increase in research and development activities of the micro satellites in U.S., from four respects including strategic environment of space, tactical response of battlefield, space confrontation and demonstration of new technologies, the paper makes primary analysis on the motivation of sustainable development of micro spacecrafts in U.S., illustrates the efforts of this country in enhancing the strategically deterrent, fulfilling the requirement of battle force and pushing the strategy of technological development of space confrontation, and facilitating the realistic demand of new technology demonstration and verification on development of micro spacecrafts. In the end, the paper gives some cases on the top-level planning of micro spacecraft development strategy to provide a reference for China’s development of space technology based on micro satellites.

Keywordsmicro satellite; development motivation; space strategy; strength enhancement

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.02.001

文章編號(hào)2095-3828(2016)02-0001-06

中圖分類號(hào)E93

作者簡(jiǎn)介于小紅(1965-)，女，教授，博士，主要研究方向?yàn)楹教熘笓]及航天力量運(yùn)用。

收稿日期2015-10-23