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2018年世界航天装备发展综述

2018/12/9 11:12:00 人评论 次浏览 分类:装备

2018年世界航天装备发展综述

国防科技大学智库国防科技与武器装备发展战略研究中心

远望智库武器装备发展研究中心


2018年度,世界航天装备继续稳步发展,重点项目实现技术突破或达到重要节点。其中美俄欧日印等国家和地区发展最引人注目,呈现出美国继续保持全面领先地位,俄罗斯大力推进航天装备的现代化发展,欧日印等努力发展符合自身需求的航天装备的特点。

一、太空态势感知(SSA)方面,美国寻求商业技术补充太空态势感知能力,美日继续推进地基空间目标监视装备研发

美国空军航天司令部今年9月表示拟向工业界征集“非政府太空态势感知”方案,征集的方向是“战术性太空态势感知”,尝试从商业传感器网络等来源获取数据。另外,美空军航天司令部今年也在开展市场调查,寻求可以每周7天,每天16小时,对“地基光电深空监视系统”(GEODSS)进行运行和维护的商业公司。

图1 “太空篱笆”设计原理概念图

今年6月,S波段“太空篱笆”主承包商洛马公司在太平洋马绍尔群岛夸贾林环礁对S波段“太空篱笆”雷达进行集成,并在随后测试运行。按照计划,该项目将于2019年获得初始运行能力,2022年具备全面运行能力,从而显著提升美军太空态势感知能力。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)正在研制新型地基监视雷达,用于探测直径10厘米的太空碎片,新型雷达将显著增强向太空碎片发射的电波输出,采用特殊信号处理技术,探测能力是现有雷达的200倍,日本准备在冈山县和山口县各部署一部。

二、太空控制方面,美国积极推进落实太空作战情报资源整合、太空战演习和在轨操作标准建设,美俄欧开展卫星机动控制和碎片移除技术演示

图2  施里弗演习地标志

美国空军太空司令部1月26日宣布,位于科罗拉多州施里弗空军基地的国家太空防御中心(NSDC)于1月8日开始不间断运行。NSDC是美国首次把军方和情报部门的资源真正整合到一起,以采集并共享美国卫星和配套基础设施所面临潜在威胁的数据。美空军太空司令部于10月11日~10月19日在阿拉巴马州的麦克斯韦空军基地举行“施里弗演习2018”(SW 18)太空战演习,这也是美国自2001年以来举行的第12次“施里弗”系列太空战演习。5月21日,DARPA“交会和在轨服务行动联盟”(CONFERS)项目团队,在加利福尼亚州举行了第一次筹建会议。会上明确了CONFERS业务范畴和近期工作重点,标志着DARPA主导的“卫星在轨服务”操作标准建立工作迈出实质一步。

今年4月,美国空军向地球同步轨道发射“老鹰”(EAGLE)技术演示卫星。这颗卫星至少安装有一颗名为麦克罗夫特(Mycroft)的可分离式卫星,以及4个用于太空态势感知(SSA)和威胁探测技术的连接式有效载荷。麦克罗夫特卫星可在一个预定时间从EAG LE上分离,先抵达一个距EAGLE 35千米的位置,再重新与老鹰进行交会,以测试不同的交会传感器。同时对轨道上其他卫星的数据进行搜集,并对相关的处理系统与成像平台进行演示。8月,俄罗斯国防部公布在轨释放了随“宇宙-2519”卫星一起发射的一颗监测卫星,并进行了卫星机动控制、对地观测、轨道通讯等测试,试验了新的弹道估算系统和运行软件。在完成测试后,监测卫星又再度返回“宇宙-2519”卫星,整个释放和回收过程都是全自动完成。10月30日,欧洲“太空碎片移除”(RemoveDEBRIS)任务团队继9月16日成功开展世界首次太空环境下飞网抓捕立方星技术验证后,又在地面程控指令下利用成像测距装置完成对立方星DS-2相对运动轨迹的绘制,不仅验证了成像测距装置的适用性与硬件性能,初步验证了太空目标运动跟踪技术的可行性。

三、定位导航与授时方面,美国即将发射GPS III首颗星,俄欧印继续完善卫星导航星座

图3  GPS III卫星空间运行效果图


8月,美国下一代全球定位导航卫星GPS III的第一颗卫星运抵卡纳维拉尔角发射场,即将年底由SpaceX新版猎鹰9号B5火箭发射。GPS III跟GPS II相比,提高3倍精度和8倍抗干扰能力,卫星寿命将延长至15年。另外,GPS III还增加了民用L1C信号,允许民用用户增强与其他国际卫星系统的互操作性。

俄罗斯今年分两次将两颗GLONASS-M卫星发射入轨,使该卫星导航系统在轨卫星数量达到27颗。ESA于7月25日发射了欧洲“伽利略”卫星导航系统的第23~26颗工作卫星,使该系统在轨卫星数量达到26颗。印度今年4月将第9颗导航卫星INRSS-1I送入地球同步轨道,再次组成7星区域卫星导航星座。

四、情报监视与侦察方面,美国进行“黑杰克”项目投标评审,欧洲完成哨兵系列第一阶段计划,美俄日印加速更新补充侦察卫星

图4  “黑杰克”项目效果图

美国国防高级研究计划局(DARPA)今年5月开始对该局去年发起的称为“黑杰克”(Blackjack)项目进行投标评审,目标是要建设一个具有较低“尺寸、重量、功耗及成本”的全球监视与通信低轨星座,未来任务范围会扩展到诸如天基作战管理等更复杂的任务。

图5  总装中的欧洲哨兵-3B卫星

欧洲今年4月成功发射海洋监视卫星“哨兵-3B”,这是哨兵家族发射的第7颗星。“哨兵”家族第一阶段计划“编制”为7颗卫星,组网后可对陆地和海洋全覆盖,进行全天候和高精度的监测。

美国国家侦察办公室(NRO)1月发射新型雷达卫星(代号为NROL-47);俄罗斯3月和10月分别发射军用侦察卫星(代号“宇宙”2525)和电子侦察卫星(代号“宇宙2528”);日本今年2月和6月先后成功发射了其“情报收集卫星”系统(IGS)“光学6号”和“雷达6号”侦察卫星;印度1月发射“制图星”2F遥感卫星。

图6  日本H-2A-202型运载火箭6月12日在种子岛航天中心发射“情报收集卫星(IGS)雷达6号”

五、卫星通信方面,美国完成“先进极高频”(AEHF)卫星全球覆盖组网,俄日印进一步推进通信卫星系列组网进程

图7 美国先进极高频卫星(AEHF)效果图

10月,美国空军成功发射第4颗“先进极高频”(AEHF)军事通信卫星(即AEHF-4),完成了该系统的全球覆盖组网工作。

俄罗斯今年4月成功发射“福音 12L”军用通信卫星(代号宇宙2526),该星是福音系列的第二颗卫星,设计寿命至少15年;日本今年4月成功发射第二颗军用通信卫星 “煌1号”,7月投入运行,进一步推进组建军用通信卫星网的进程;印度空间研究组织11月成功发射一颗通信卫星GSAT 29,首次携带光通信设备,是高通量通信卫星,设计寿命约10年,主要用于提高印度北部和东北部地区的通信服务能力。

图8 印度通信卫星GSAT 29

六、环境监测方面,美国增强西半球气象观测能力,欧洲卫星全球气象观测能力大幅提升

图9  GOES-16 与GOES-17 配合观测效果图

3月,美国最新一代的地球静止气象卫星GOES-S(即GOES-17)成功发射,该星与2016年11月发射的GOES-16 配合将能完整观测到西半球大部分地区。GOES-S基于A2100A平台,装载有多种先进探测载荷,预计使用寿命为15年。

8月,ESA从圭亚那航天中心成功发射“风神”(ALADIN)卫星,是世界上第一颗全面监测全球风况的气象卫星。

七、导弹预警方面,美国导弹预警卫星计划做出重大调整

图10 整流罩即将罩住美国SBIRS卫星

今年1月,美国空军成功发射“天基红外系统”(SBIRS)的第4颗静地轨道卫星,代号SBIRS-GEO-4,完成初期SBIRS的空间段部署工作,基本形成预警能力。按照计划,美国将部署8颗SBIRS卫星,第5颗及第6颗卫星将分别于2021年和2022年发射。不过,伴随着SBIRS的部署展开,对该系统的非议也逐渐增多,主要集中在系统生存性不高和对高超音速飞行器跟踪能力不足等。于是美国空军在2019财年预算中,取消了对SBIRS第7颗和第8颗卫星的投资。今年8月,美空军授出“下一代过顶持续红外”(OPIR)计划前3颗卫星研制合同,计划在2023年发射其第一颗下一代OPIR卫星,比其最初替换SBIRS的计划提前两年,争取实现到本世纪中期,提供预警卫星能在“竞争性环境”中生存的能力。

八、太空运输方面,新一代大中型运载火箭研发制造扎实推进,小火箭研发势头不减

图11  美国重型猎鹰火箭发射升空

2月,美国重型猎鹰火箭首飞成功,这是美国私立公司研发的目前世界现役推力最大的可重复利用火箭。该火箭采用多发动机组合,轻质箭体结构,其近地轨道运载能力达到63.8吨,地球同步轨道运载能力为26.7吨。俄罗斯今年启动安加拉-A5火箭制造工作,火箭设计遵循模块化、组合化、系列化的思想,采用高度标准化的通用火箭模块及大量成熟技术,A5近地轨道运载能力可达24吨,地球同步轨道运载能力为7吨;研发中的A7火箭设计近地轨道运载能力为35吨,地球同步轨道运载能力为12.5吨。另外,俄罗斯航天国家集团公司获准今年启动超重型运载火箭的研发,计划明年完成概念设计,该火箭设计能将80吨有效载荷送入月球轨道。ESA今年鉴于阿里安6火箭研制进展,确定为该火箭和P120C固体火箭发动机研发继续注资,支持从阿里安5火箭过渡到具有全面运行能力的阿里安6。阿里安6火箭是欧洲新一代运载火箭,采用两种配置,阿里安62配有2个P120C捆绑式助推器,地球同步轨道运载能力为5吨;阿里安64有4个助推器,地球同步轨道运载能力为10.5吨,P120C是有史以来建造的最大碳纤维固体推进剂助推器,阿里安62计划2020年首飞。

图12  俄罗斯安加拉火箭在研的几种型号


图13  Electron小火箭发射


美国维珍轨道公司今年获得美国联邦航空管理局(FAA)发放的许可证,获准进行空射型火箭的首次空中发射,这意味着维珍公司距离实现商用火箭空中发射又前进了一步。另外,美国小型卫星发射公司Rocket Lab今年1月成功发射自制小型火箭Electron,并将3颗卫星送入轨道。11月12日,该公司利用其小型火箭Electron将归属多家公司的6颗卫星及一艘航天器送入预定轨道,完成了首次商业发射任务。由于采用了3D打印技术,该公司可望今后继续降低火箭制造成本。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)今年发射了结构紧凑型运载火箭SS-520型,该火箭长9.54m,直径0.52m,重2.6吨,使用普通电池和其它元件,最大程度降低了火箭的研究和发射成本,相关总费用不超过360万美元。



图14 日本小火箭SS-520型即将发射

来源:战略前沿技术

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