孫棕檀 劉博 （中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院）

2018年2月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）發(fā)布2019財年“研究、開發(fā)、試驗與評估”（RDT&E）預(yù)算申請，對2017－2019年間的預(yù)算情況進(jìn)行了總結(jié)和規(guī)劃。預(yù)算內(nèi)容顯示，2019財年DARPA航天項目預(yù)算額相比2018財年略有增加，為歷年最高水平，同時新增了2個項目。預(yù)算額與項目內(nèi)容的變化，反映出DARPA加大核心戰(zhàn)略領(lǐng)域投資，持續(xù)推動重點航天技術(shù)項目發(fā)展，其在軍事航天前沿領(lǐng)域的布局上也出現(xiàn)了若干新動向。

1 DARPA 2019財年航天預(yù)算概況

近5年，DARPA航天預(yù)算主要來自應(yīng)用技術(shù)研究中的“空間項目與技術(shù)”和“傳感器技術(shù)”2個項目。2019財年，DARPA航天預(yù)算達(dá)到了2.76億美元的歷史最高位，涉及的9個航天子項目分布在進(jìn)入空間、利用空間、空間態(tài)勢感知、空間對抗4個領(lǐng)域，各領(lǐng)域經(jīng)費投入較均勻，并首次出現(xiàn)了經(jīng)費破億美元的項目。

航天預(yù)算額再創(chuàng)新高，航天預(yù)算占比維持在中等水平

DARPA 2019財年預(yù)算涉及的航天子項目與所屬領(lǐng)域

預(yù)算文件顯示，雖然2016財年受“空中發(fā)射輔助進(jìn)入太空”（ALASA）、“太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡”（SST）等項目中止或即將結(jié)束的影響，DARPA航天預(yù)算曾出現(xiàn)短暫下滑，但總體上DARPA航天預(yù)算在近幾年來穩(wěn)步增長，已從2015財年的1.73億美元增至2019財年的2.76億美元，5年內(nèi)漲幅接近60%。2018財年與2019財年航天預(yù)算額走高，與幾個重點航天項目進(jìn)入系統(tǒng)集成階段、經(jīng)費大幅增加有關(guān)。

DARPA航天預(yù)算在總預(yù)算中的占比逐步穩(wěn)定在8%左右?？紤]到應(yīng)用技術(shù)研究經(jīng)費僅占DARPA總預(yù)算的40%，DARPA航天預(yù)算在應(yīng)用技術(shù)研究經(jīng)費中的占比可達(dá)20%左右，維持在中等位置，凸顯了DARPA將航天領(lǐng)域視為優(yōu)先事項的意圖。

航天各領(lǐng)域經(jīng)費投入趨于均衡，單個項目申請經(jīng)費首次過億

DARPA 2019財年航天預(yù)算中涉及的航天子項目共有9個，除“先進(jìn)航天技術(shù)概念”（Advanced Space Technology Concepts） 項目外，其余8個子項目均分布在進(jìn)入空間、利用空間、空間態(tài)勢感知和空間對抗4個領(lǐng)域。這延續(xù)了DARPA在軍事航天各領(lǐng)域分布投資與注重均衡發(fā)展的特點，以往個別領(lǐng)域（如利用空間領(lǐng)域）投資過少的情況得到了改變。

值得注意的是，DARPA 2019財年航天預(yù)算中，為“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務(wù)”申請的項目經(jīng)費超過1億美元。這是DARPA首次出現(xiàn)申請經(jīng)費破億美元的航天項目。從近2年該項目經(jīng)費批復(fù)額高于申請額來推測，該項目2019財年的最終經(jīng)費很有可能超過1億美元。這反映了DARPA以加大投資力度的方式確保重點航天技術(shù)項目的發(fā)展，推動相關(guān)能力的形成。

2 DARPA航天各領(lǐng)域發(fā)展動向

通過DARPA 2019財年航天預(yù)算可以看出，其在進(jìn)入空間、利用空間、空間態(tài)勢感知和空間對抗4個領(lǐng)域均出現(xiàn)了新的發(fā)展動向，推動項目進(jìn)展與技術(shù)研發(fā)。

進(jìn)入空間領(lǐng)域

在進(jìn)入空間領(lǐng)域，DARPA面向微小衛(wèi)星快速發(fā)展需求，采用創(chuàng)新舉措持續(xù)研發(fā)快速、低成本進(jìn)入空間技術(shù)。從2011財年起，DARPA陸續(xù)推出“空中發(fā)射輔助進(jìn)入太空”和“試驗性航天飛機”項目，旨在實現(xiàn)運載器的快速、機動、低成本進(jìn)入空間，提高現(xiàn)有航天力量的戰(zhàn)時響應(yīng)性，這是美軍自21世紀(jì)以來運載器技術(shù)研發(fā)思路的延續(xù)。同時，當(dāng)前微小衛(wèi)星軍事應(yīng)用價值日益凸顯，但星座部署和組網(wǎng)受大中型運載火箭及發(fā)射方式的限制，DARPA在2019財年適時地設(shè)立了“太空彈性快速響應(yīng)發(fā)射”新項目，以推動微小衛(wèi)星專用小型運載火箭發(fā)展，滿足彈性空間力量部署和快速響應(yīng)發(fā)射需求。

“空中發(fā)射輔助進(jìn)入太空”項目計劃利用改進(jìn)的F－15戰(zhàn)斗機在7500m高空發(fā)射新型火箭，專門服務(wù)微小衛(wèi)星等小型載荷發(fā)射，每次發(fā)射成本不超100萬美元，任務(wù)時間不超24h，打破固定發(fā)射場地域與方向限制，實現(xiàn)12h內(nèi)轉(zhuǎn)場再次發(fā)射。該項目在2015年開展了2次新型火箭推進(jìn)劑試驗，均發(fā)生爆炸，DARPA取消了技術(shù)樣機研制與原定于2016年的空射試驗。該項目雖已中止，但相關(guān)經(jīng)驗和階段成果為后續(xù)項目的設(shè)立與開展提供了思路和技術(shù)基礎(chǔ)。

DARPA進(jìn)入空間領(lǐng)域近10年項目變更（深色底紋為研制期）

“試驗性航天飛機”項目計劃設(shè)計、制造與驗證馬赫數(shù)10的帶翼飛機，將一次性上面級投放至亞軌道后水平著陸返回，由上面級將有效載荷送入軌道。項目旨在對發(fā)射成本降至1/10、10天內(nèi)10次飛行、每隔24h快速響應(yīng)發(fā)射進(jìn)行飛行驗證，提供一種快速、低成本進(jìn)入空間的方式，進(jìn)而提升戰(zhàn)時響應(yīng)性，鞏固國家安全。DARPA已授予波音公司該項目第2和第3階段合同，項目經(jīng)費批復(fù)額較2018財年申請額有所增加。2018和2019年，波音公司將重點開展推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行集成，并在10天地面測試中完成10次發(fā)動機點火試車工作。

“試驗性航天飛機”項目歷年經(jīng)費情況（單位：萬美元）

“太空彈性快速響應(yīng)發(fā)射”項目又名“發(fā)射挑戰(zhàn)賽”，是DARPA 2019財年的新增項目，經(jīng)費預(yù)算500萬美元。參賽者在無法提前預(yù)知載荷配置、目標(biāo)軌道、發(fā)射場地等信息的情況下，利用自研小型運載火箭在短時間內(nèi)連續(xù)2次將有效載荷發(fā)射入軌。DARPA將選出可滿足快速響應(yīng)未知載荷發(fā)射任務(wù)需求的小型運載火箭，向獲勝者提供美國政府載荷發(fā)射合同。通過挑戰(zhàn)賽的創(chuàng)新形式，既可充分借助新興商業(yè)航天運輸企業(yè)力量促進(jìn)小型火箭技術(shù)發(fā)展，又可帶動微小衛(wèi)星大規(guī)模應(yīng)用，滿足軍方未來發(fā)射需求。

利用空間領(lǐng)域

在利用空間領(lǐng)域，DARPA利用小型化與商業(yè)搭載手段提升對地通信監(jiān)視能力，積極嘗試新型光學(xué)成像系統(tǒng)技術(shù)方案。為確保作戰(zhàn)中持久監(jiān)視與信息覆蓋，DARPA探索構(gòu)建低成本微小衛(wèi)星星座技術(shù)，提升對地通信與監(jiān)視能力。在“太空增強作戰(zhàn)效能”（SeeMe）項目基礎(chǔ)上，DARPA采取了2種技術(shù)手段：一是發(fā)展適用于微小衛(wèi)星的通信與遙感載荷；二是探索利用先進(jìn)的商業(yè)衛(wèi)星平臺技術(shù)，縮短技術(shù)研發(fā)周期，降低有效載荷與發(fā)射成本。此外，DARPA還積極嘗試新型光學(xué)成像系統(tǒng)技術(shù)方案。

DARPA曾于2011財年設(shè)立“太空增強作戰(zhàn)效能”項目，旨在構(gòu)建微小衛(wèi)星星座實現(xiàn)低成本快速發(fā)射入軌，直接向作戰(zhàn)人員提供即要即得的衛(wèi)星圖像信息。但或因蓬勃發(fā)展的商業(yè)微小衛(wèi)星同樣具備完成類似任務(wù)的潛力，該項目被取消。2016財年設(shè)立的“雷達(dá)網(wǎng)”項目著重研究輕質(zhì)空間可展開天線結(jié)構(gòu)技術(shù)，以實現(xiàn)無線電通信和遙感載荷的小型化、低功率化和大帶寬化，2019年DARPA將對演示系統(tǒng)進(jìn)行集成和測試。同于2016財年設(shè)立的“小衛(wèi)星傳感器”項目將開發(fā)驗證包括光電/紅外傳感器和星間通信器件在內(nèi)的微小衛(wèi)星載荷技術(shù)，計劃于2019年發(fā)射1顆試驗衛(wèi)星進(jìn)行在軌演示驗證。

“黑杰克”項目體現(xiàn)了DARPA利用先進(jìn)商業(yè)衛(wèi)星平臺技術(shù)研發(fā)低成本微小衛(wèi)星星座的思路。該項目旨在研發(fā)具有較低“尺寸、重量、功耗及成本”（SWaP-C）特征的低軌軍事通信與監(jiān)視衛(wèi)星，利用現(xiàn)代化商業(yè)衛(wèi)星技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)可承受性。2018年4月，DARPA發(fā)布了“黑杰克”項目跨部門公告（BAA）。2019年該項目將進(jìn)入低成本、可更換有效載荷與商業(yè)衛(wèi)星平臺的研發(fā)階段。

“雷達(dá)網(wǎng)”項目歷年經(jīng)費情況（單位：萬美元）

“小衛(wèi)星傳感器”項目歷年經(jīng)費情況（單位：萬美元）

為推動高分辨率光學(xué)成像系統(tǒng)發(fā)展，DARPA積極嘗試了多種新型光學(xué)成像系統(tǒng)技術(shù)方案。例如，曾于2015財年設(shè)立了“太空光學(xué)孔徑設(shè)備自組裝”（OASIS）項目，旨在演示驗證利用多次發(fā)射的多個小型模塊化載荷部件組裝大口徑（＞5m）光學(xué)系統(tǒng)可行性。這是DARPA繼2010年提出發(fā)展薄膜衍射成像系統(tǒng)的“莫爾紋”(MOIRE)項目后，為實現(xiàn)超大口徑光學(xué)系統(tǒng)的又一次探索。2019財年新設(shè)立的“平面成像儀”項目，將探索利用光子集成電路與計算干涉技術(shù)，構(gòu)建一種新型光學(xué)成像系統(tǒng)，代替由光學(xué)單元線性排列而成、采用傳統(tǒng)光學(xué)折反射原理的成像系統(tǒng)，可將傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)的尺寸和質(zhì)量降低一個數(shù)量級，計劃于2019年完成探測器與光子集成電路集成工作。

空間態(tài)勢感知領(lǐng)域

在空間態(tài)勢感知領(lǐng)域，DARPA從注重監(jiān)視裝備研發(fā)，逐步向重視數(shù)據(jù)應(yīng)用與作戰(zhàn)能力建設(shè)轉(zhuǎn)變。為解決美軍空間態(tài)勢感知系統(tǒng)存在的低軌與高軌探測盲區(qū)，DARPA于2004財年設(shè)立“太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡”項目，旨在構(gòu)建無盲區(qū)、精確識別與定位深空微小目標(biāo)的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)。2011財年設(shè)立的“太空領(lǐng)域感知”（SDA）項目則希望通過對分布式空間目標(biāo)態(tài)勢感知數(shù)據(jù)的收集、處理、融合，進(jìn)一步強化美軍空間態(tài)勢感知能力。完成“太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡”項目轉(zhuǎn)移和“太空領(lǐng)域感知”項目演示驗證后，DARPA于2016財年設(shè)立“標(biāo)志”項目，瞄準(zhǔn)太空作戰(zhàn)管理與指控平臺建設(shè)，開始研發(fā)空間態(tài)勢感知工具。

“太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡”項目已正式移交給空軍，向澳大利亞遷移。該項目研制的先進(jìn)地基光學(xué)系統(tǒng)探測靈敏度和覆蓋率提高1個數(shù)量級，數(shù)據(jù)采集速度提高了10倍以上，減小了美軍空間監(jiān)視網(wǎng)在南半球和東半球的覆蓋盲區(qū)。

“太空領(lǐng)域感知”項目采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、關(guān)聯(lián)未知目標(biāo)的先進(jìn)算法以及雷達(dá)、光學(xué)、射頻等探測手段，對包括商業(yè)太空態(tài)勢感知渠道在內(nèi)的分布式傳感器協(xié)作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了初始能力演示。該項目可探測1000km高度、直徑10cm的目標(biāo)，10min內(nèi)可對任一目標(biāo)進(jìn)行3次以上獨立探測，能精確測定軌道參數(shù)，彌補了美軍現(xiàn)有低地軌道態(tài)勢感知覆蓋缺口并提高隨機跟蹤能力。

為應(yīng)對日益復(fù)雜的太空行動，并滿足太空軍事行動實時決策的需求，美軍急需提升太空作戰(zhàn)指揮控制技術(shù)與能力，以確保在未來戰(zhàn)場上的技術(shù)和戰(zhàn)略優(yōu)勢?！皹?biāo)志”項目將研發(fā)一款空間態(tài)勢感知平臺與工具，一是可幫助美軍指揮官感知太空環(huán)境和潛在威脅，對太空軍事行動進(jìn)行規(guī)劃和評估；二是集成并分析從太空、陸地、空中、海洋和網(wǎng)絡(luò)空間采集的數(shù)據(jù)，同步太空和地面任務(wù)，遂行“多域”作戰(zhàn)；三是集成具有太空指控功能的工具，并對各類新型太空指控技術(shù)進(jìn)行快速評估。該項目將分三階段實施，目前第一階段的研發(fā)重點為搭建軟件測試平臺架構(gòu)，以及初步集成具有太空指控功能的首批工具。

“標(biāo)志”項目歷年經(jīng)費情況（單位：萬美元）

空間對抗領(lǐng)域

在空間對抗領(lǐng)域，DARPA借力靜止軌道衛(wèi)星在軌服務(wù)能力，獲取空間攻防對抗實戰(zhàn)能力。美軍在軌操作技術(shù)發(fā)展已歷時多年，在逐步掌握低軌和高軌合作或非合作目標(biāo)的自主逼近、交會、對接、捕獲以及繞飛和伴飛等關(guān)鍵技術(shù)后，DARPA于2006財年設(shè)立“系統(tǒng)F6”項目，研制并演示驗證實現(xiàn)分布式航天器體系結(jié)構(gòu)的使能技術(shù)。2011財年，DARPA設(shè)立“鳳凰”（Phoenix）項目，旨在重新利用靜止軌道已退役或失效衛(wèi)星上的有價值部件。自此，在空間對抗領(lǐng)域，DARPA確立了以靜止軌道衛(wèi)星各類在軌服務(wù)能力形成為核心的發(fā)展思路，以滿足未來控制空間的作戰(zhàn)需要?！傍P凰”、“大型天線在軌制造”（LIMA）和“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務(wù)”等項目的設(shè)立均沿襲這一思路。

“鳳凰”項目旨在演示驗證從靜止軌道失效或報廢衛(wèi)星上搶救、再利用零部件的技術(shù)，例如從退役衛(wèi)星上“剝離”大型天線，并在周圍構(gòu)造其他衛(wèi)星功能。該項目通過創(chuàng)新發(fā)射、部署方式的突破，探索新型在軌服務(wù)模式，建立起一個面向重復(fù)利用的在軌服務(wù)支援體系；“有效載荷軌道交付系統(tǒng)”（PODS）與“軌道守護(hù)器”（Tender）等創(chuàng)新概念的提出，也為后續(xù)衍生項目明確技術(shù)發(fā)展重點提供了借鑒。

作為“鳳凰”項目的衍生產(chǎn)物，“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務(wù)”項目將與現(xiàn)有的衛(wèi)星運營商合作，發(fā)展地球靜止軌道機器人服務(wù)能力，并攜帶充足的燃料開展為期數(shù)年的高軌服務(wù)驗證，執(zhí)行多種可能任務(wù)。項目的在軌服務(wù)任務(wù)類型包括：處理機械故障（如太陽能陣列部署）；提供輔助推進(jìn)，增強業(yè)務(wù)衛(wèi)星編隊的靈活性；利用攝像機系統(tǒng)實施非常詳細(xì)的檢測，查找衛(wèi)星問題；提高對靜止軌道運行情況的感知等。該項目研發(fā)的一系列技術(shù)，如服務(wù)星的遠(yuǎn)程機動技術(shù)、與非合作目標(biāo)的交會與逼近技術(shù)、衛(wèi)星識別技術(shù)、機械手捕獲衛(wèi)星技術(shù)、在軌切割衛(wèi)星天線和擰取部件的操作技術(shù)等，均可用于偵察監(jiān)視和攻擊在軌衛(wèi)星。DARPA已為該項目申請了超過1億美元的預(yù)算，2019年將對包括機械臂、工具轉(zhuǎn)換器、有效載荷結(jié)構(gòu)和飛行軟件等在內(nèi)的各類部件進(jìn)行制造與集成，并啟動入軌演示驗證準(zhǔn)備工作。

“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務(wù)”項目歷年經(jīng)費情況（單位：萬美元）

3 小結(jié)

DARPA以保障美國國家安全，使美國在免遭技術(shù)突襲的同時，謀求對敵技術(shù)優(yōu)勢為核心使命，同時大力促進(jìn)前沿技術(shù)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化，其項目的設(shè)立和開展具有高度靈活性。DARPA 2019財年航天預(yù)算體現(xiàn)了其在履行核心使命和持續(xù)推動前沿技術(shù)儲備、研發(fā)和應(yīng)用上所做的努力。

一是發(fā)力重點航天項目與特朗普政府備戰(zhàn)太空新動向吻合。DARPA對“標(biāo)志”和“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務(wù)”等項目的持續(xù)推動與大力投入，表明美軍已將太空軍事行動納入作戰(zhàn)域，并將空間攻防對抗視為核心能力。這與近期美國大力推動軍事航天改革與軍事航天力量重組，并在新版《太空作戰(zhàn)條令》中推動太空作戰(zhàn)深度融入聯(lián)合作戰(zhàn)等舉措十分吻合，集中體現(xiàn)了特朗普政府備戰(zhàn)太空的新動向。

二是采取挑戰(zhàn)賽與技術(shù)掃描等創(chuàng)新舉措，加速航天創(chuàng)新技術(shù)成熟。2019財年新設(shè)立的“太空彈性快速響應(yīng)發(fā)射”項目是DARPA在航天領(lǐng)域首次嘗試以挑戰(zhàn)賽形式推動航天技術(shù)發(fā)展。DARPA可以通過借鑒此前在機器人、無人蜂群、通信、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域舉辦各類挑戰(zhàn)賽的成功經(jīng)驗，加速推動微納衛(wèi)星專用小火箭技術(shù)的成熟。2018財年設(shè)立的“先進(jìn)航天技術(shù)概念”項目，將對包括先進(jìn)/新型推進(jìn)系統(tǒng)、新型傳感器、先進(jìn)輕型結(jié)構(gòu)、先進(jìn)小型無線電頻率技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、航電設(shè)備、結(jié)構(gòu)、先進(jìn)通信和在軌軟件環(huán)境等在內(nèi)的各類新出現(xiàn)的航天技術(shù)和航天概念，以類似于地平線掃描的方式進(jìn)行審查和評價，拓展DARPA發(fā)展航天前沿技術(shù)的途徑。

三是順應(yīng)商業(yè)航天發(fā)展態(tài)勢并靈活推出與之相適應(yīng)的項目。在商業(yè)航天與微納衛(wèi)星技術(shù)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢下，DARPA及時順應(yīng)并借助這一熱潮，靈活推出相應(yīng)項目并予以推動。例如“黑杰克”項目將利用先進(jìn)的商業(yè)衛(wèi)星平臺技術(shù)，研發(fā)低軌軍事通信與監(jiān)視衛(wèi)星；“雷達(dá)網(wǎng)”和“小衛(wèi)星傳感器”項目積極發(fā)展適用于微納衛(wèi)星的通信與遙感載荷，并借助工業(yè)部門投資，使軍方新的戰(zhàn)術(shù)能力可在小衛(wèi)星上實現(xiàn)等。