轻舟已过万重山

松鼠

据中新网、国防部网站和哈尔滨工业大学网站报道，北京时间9月25日12时37分，中国在酒泉卫星发射中心使用“快舟”小型运载火箭，将“快舟一号”卫星成功送入预定轨道。这颗卫星将由中国科技部下属的国家遥感中心运行和使用，用于各类灾害的应急监测并为抢险救灾提供信息支持。

报道中的“快舟”

虽然这次发射并未预先向公众通报，但“快舟”星、箭的出现并不令人意外。中国国内期刊上早已刊登过多篇讨论空间应急飞行器的相关论文，对中国空间应急飞行器的设计和使用做了一定的介绍。

中国新闻社在2010年5月9日的一篇报道证实，哈工大正在研制应急飞行器。报道说：“中国航天科工集团公司与哈尔滨工业大学9日在北京签署战略合作协议，决定共建“快速响应飞行器”……等5个技术联合实验室，以企校联合促进产学研合作创新，为中国航天事业进一步发展注入新的活力。”2011年《装备指挥技术学院学报》上的《应急空间飞行器技术阵地贮存管理探析》一文中，介绍了应急空间飞行器的概念，讨论了技术阵地上应急飞行器的贮存管理等概念，指出它和导弹武器类似，具有批量生产、长期储备和一次性使用等特点，与常规空间飞行器大相径庭。2012年《光学精密工程》上发表了一篇题为《基于可重构技术的上面级航天器综合电子系统》一文，介绍了一种火箭上面级和小卫星一体化的综合电子系统设计，透露这种星箭一体的航天器具有快速反应的特点。上述两文的作者都来自哈工大，显示出该单位在深度关注应急飞行器的有关技术。

而2013年9月25日当天，哈工大在官方网站上发布了校报的报道，题为《“快舟一号”卫星总设计师徐国栋：悠悠我心终不悔》。由此正式公开了哈工大是“快舟一号”卫星总体研制单位，也公开了总师的身份。

中国航天科工集团网站在试验成功后的10月8日刊登了题为《中国航天科工快舟小型运载火箭研制纪实》的文章，正式公布中国航天科工集团公司承担了快舟小型固体运载火箭与机动发射系统的研制生产任务。

美国的ORS

从设计和用途上说，“快舟”火箭和“快舟一号”卫星构成了典型的应急空间飞行器系统，与美国军方大力推动的作战快速响应太空（ORS）的概念十分相似。而在应急空间飞行器领域，ORS是当之无愧的先驱。

ORS概念的出现，是美国对原有空间系统审视和反思的结果。美国拥有世界上规模最大、技术最先进的空间系统，现役的导航卫星、光学和雷达侦察卫星、电子侦察卫星、导弹预警卫星和通信卫星技术先进、性能强大，有力支持美军的作战。美军的军事行动也越来越依赖于卫星。但传统思想下发展的空间系统偏重于卫星的高性能、高可靠性和长寿命等指标，卫星的研制、生产和发射准备时间长，技术和经济上的风险越来越高，很多卫星项目的研制进度不断拖延，给美军战斗力带来了巨大的消极影响。

例如，美国国家侦察办公室的“锁眼”系列光学侦察卫星久负盛名，但其最后一个型号KH-11卫星研制成功之后，下一代卫星的研制问题不断，几个换代项目都无疾而终，最近不得不又发射了两颗第四批次的KH-11卫星维持侦察能力。国家侦察办公室的预算并不公开，但外界普遍认为这两颗卫星造价高达约30亿美元，比一艘伯克级驱逐舰还要贵。同样的尴尬也发生在“天基红外系统”（SBIRS）身上，作为新一代的导弹预警卫星系统，SBIRS原计划21世纪初完成，但它耗费巨资、几经拖延后，低轨道部分被取消，剩下的几颗高椭圆轨道和静止轨道卫星还要花费一百多亿美元。著名GPS系统也面临类似的境况，研制中的第三代GPS的经费需求水涨船高，研制却一再延期。美国空军甚至一度计划跳过第三代，直接启动第四代GPS研制。

如果说传统空间系统的延期和超支，还可以用加强管理、加大投资的办法解决，那么新的战场局势就不是这些传统空间系统所能应付的了。过去十多年里，美军主要在阿富汗和伊拉克进行反恐作战，同时要加强应付地区性冲突的能力。这些非常规的应急性战术任务，对快速、及时的情报和通信支援要求很高。这是传统空间系统无法应对的挑战。即使财大气粗的美国，也不可能为了战地指挥官的某个战术行动需求，控制“锁眼”卫星变轨到特定战区上空，更不要说立刻发射一颗新的“锁眼”了。即使美国有钱到了可以按需发射“锁眼”的程度，国家侦察办公室和战区部队之间还隔着好几道官僚机器，因此，战区下级指挥官无法直接向国家侦察办公室提出侦察申请。等到走完漫长的官僚程序后，战场局势早已发生了巨大的变化。

此外，美国未来的对手很可能拥有太空作战能力，如果继续沿用成本高、生存能力差、发射准备时间长的传统空间系统，一旦对方通过软硬杀伤措施击毁一些关键的美国卫星，美军的作战能力将遭到极大的削弱。

面对这样的困境，美军提出，希望通过空间系统廉价、快速、灵活地获得战术情报支援，同时降低卫星的研制生产和发射运营成本，由此产生了ORS的概念。

2000年美国空军提出了大规模生产的小卫星概念。随后，美国犹他州大学空间动力实验室实现了流水线方式的小卫星生产，大大降低了卫星的研制生产成本。2001年美国国防部在军事转型中提出了“联合太空作战”的概念，计划研制可进行战场快速响应的“战术卫星”（TacSat）。2003年美国国防部转型办公室正式提出了“战术卫星”的概念。“战术卫星”的基本思想是建立成本低廉具备快速反应能力的太空平台，将卫星的使用从军、师级下放到各级基层指挥员，甚至是班排长，使他们能够更灵活、便捷地使用卫星情报。2005年美国国防部又提出了包括运载火箭、战术卫星、近空间系统等多个领域的ORS倡议，旨在发展低成本、快速进入太空的能力。2006年美国空军组建了ORS小卫星中队，负责操控未来的ORS卫星。根据2006年10月17日美国总统布什批准的2007财年国防授权法案，美国国防部成立了ORS办公室，并将国防部转型办公室负责的ORS业务全部移交给这个办公室。

ORS的坎坷endprint

@发展不顺的ORS火箭

美军曾计划使用太空探索技术公司的“猎鹰一号”火箭（Falcon 1）等火箭作为ORS的发射工具，但都未能成功，目前的ORS卫星目前均由轨道科学公司的“人牛怪一号”火箭发射。“人牛怪一号”采用固体发动机，发射准备时间比液体运载火箭短得多，但因为采用传统设计，其发射准备时间长达16天，而美军所希望的发射准备时间是不到一周。目前美军虽然正在推动研制新的快速发射火箭，但尚未进行试验，更不要说投入使用了。

@不断发展的“战术卫星”系列

相比运载火箭发展的滞后，“战术卫星”发展要顺利得多。早在ORS办公室成立前，美军就计划在2005年发射的战术卫星一号。“战术卫星一号”质量约109千克，由美国国防部转型办公室和美国海军研究实验室联合研制。“战术卫星一号”使用了成熟的商业小卫星技术，主要验证目的是空间设备协作使用和通过保密IP网络分发数据，其搭载的两个主探测载荷性能并不出众。其中可见光成像仪的成像分辨率只有70米，红外成像仪更是只有850米。

根据ORS办公室最初的设想，地面部队可以直接发射指令给“战术卫星”，卫星根据指令拍摄地面目标，用星上计算机进行处理后发送到地面站。几分钟后，地面站可以通过保密IP网络把所需要的数据发送给相应地面部队。由于“猎鹰一号”火箭发射台被占用，“战术卫星一号”不断推迟。随后由于“猎鹰一号”火箭连续发射失败，外加2006年12月“战术卫星二号”发射成功并验证了相关技术，“战术卫星一号”的发射最终取消。

“战术卫星二号”的主要目标是突破掌握卫星快速研制和快速部署的工程技术。它携带了一台地球表面成像仪（ESI）作为主载荷，采用仙童公司的时间延迟积分线性扫描阵列（TDI-CCD），可实现0.9米的地面采样分辨率。“战术卫星二号”还携带了美国海军的目标指示器试验设备（TIE），可以用来识别海上船只的身份。按照官方消息，“战术卫星二号”获得了成功，但事后有媒体报道，由于美国海军和国家侦察办公室的纠纷，部分影响了卫星的试验任务。

2009年5月美国空军试验室的“战术卫星三号”卫星发射升空，它的研制开始于2004年，原定2007年发射，但由于卫星设备问题推迟了两年。这颗卫星质量约400千克，携带了雷声公司研制的超光谱成像载荷（HSI）和先进快速响应战术效果军事成像分光仪（ARTEMIS）。战场基层指挥官可以直接向卫星发出询问要求，HSI和AEREMIS对战区进行侦察后，可以用文字的形式把情报发送给询问者，整个过程可以在8分钟内完成。HIS和AEREMIS还可以获取敌方部队的超光谱影像。“战术卫星三号”还携带了海洋数据遥测微卫星链路（ODTML），用于通信中继。2009年“战术卫星三号”参加演习，达到了设计指标，显示了ORS系统对战场指挥官的巨大价值。试验结束后，这颗卫星被正式移交给美国空军航天司令部提供情报服务。据称，它的超光谱设备具备探测路边炸弹和隧道的能力，对美军的反恐作战不无裨益。

2011年9月27日“战术卫星四号”发射升空，这颗卫星由美国海军研究实验室主导，质量约363千克，携带了通信载荷用于验证超视距通信。实际上，它可以看作美国海军“移动用户目标系统”（MUOS）大型移动通信卫星的迷你版。“战术卫星四号”的轨道近地点400千米、远地点12000千米，在高轨道位置时，可以对热点地区提供持续的通信中继。

按计划，还将研制“战术卫星五号”，为战区指挥官提供实时数据搜集的能力。不过目前战术卫星五号的平台和载荷仍未确定。

@ORS卫星系列

ORS办公室成立后，启动了另一个独立的快速响应卫星和运载火箭系列。2008年5月29日美国空间设备公司宣布，其“开拓者”卫星平台赢得ORS办公室“跳跃启动”任务合同。不过2008年8月，携带“开拓者”卫星的“猎鹰一号“火箭发射失败，这个项目不得不黯然收场。

“作战快速响应太空卫星一号”（ORS-1）项目是ORS办公室的第一颗实用型全任务卫星。ORS-1卫星的主承包商是古德里奇公司，该公司生产的SYERS-2光电图像传感器还是ORS-1卫星的主要载荷，它是U-2S/TR-1高空侦察机所使用的侦察相机的升级版本。古德里奇公司在卫星和传感器领域具有深厚的底蕴，因此ORS-1从获得合同到最后发射升空只用了两年多时间。2011年6月29日ORS-1搭载轨道科学公司的“人牛怪一号“火箭升空。ORS-1在设计上充分体现了快速响应的特点，已经接近了按需发射，可以实现卫星的快速补网或是更灵活的战术使用。

ORS办公室还计划进行后续的ORS-2、ORS-3和ORS-4任务。ORS-2计划试验可重构的太空标准模块化系统，目标是在一年内完成卫星系统的研制、装配、整合、发射和调试，进入运行状态。ORS-2的主载荷将是合成孔径雷达，用于为地面部队提供全天候的情报支持，它还将携带通信和电子战载荷。

ORS-3的目标是进行缩短发射时间和总体运行成本的尝试，它将使用“人牛怪一号”火箭把一个立方体卫星释放器（IPS）送入倾角40.5度、高500千米的轨道。立方体卫星是美国近年提出的新概念，基本型卫星是边长10厘米的方块，所有的电源、控制、测控、有效载荷等都装在这个方块的表面和内部；如果确实需要更大的星体来容纳较大的有效载荷，可以扩展为两个或三个这种立方体拼接成的长方体。立方体卫星以微机电系统技术为基础，具有研制周期短、研制成本低、集成装配快、发射灵活和发射准备时间短等特点，还可以组成编队或是星座执行任务，甚至可以进行某些单颗大型卫星无法实现的工作。立方体卫星的研制门槛低，无论是传统老牌航天大企业还是新型小企业或是高校都能参与，加上使用成熟货架产品（COTS）和标准化卫星平台，便于小企业和高校实施技术创新，对促进和推动航天技术的发展有着不可忽视的作用。IPS将携带27个立方体卫星，入轨后释放到各自独立的轨道上以避免碰撞。目前很多公司和大学都对参与ORS-3任务表示了兴趣。endprint

ORS-4则是一个小型低成本运载火箭项目，名为“超级斯迪比”，能将300千克的载荷送入近地轨道，主要用于发射小卫星和立方体卫星。“超级斯迪比”采用三级固体运载火箭，发动机由美国阿罗杰特公司提供。它不仅增强了ORS办公室的快速发射能力，还将为美国大学提供进入太空的能力。各种小卫星和立方体卫星可以用它来发射，而无需等待大型运载火箭发射时搭载。这不仅有望降低发射成本，还提高了发射时间和轨道的灵活性，具有很高的军用和民用价值。

总的说来，虽然美军的ORS还未最后定型，但其概念已经取得了巨大的成功，得到了广泛认可。未来快速响应太空系统将进一步验证不同的载荷、卫星平台和轨道，加速卫星平台和载荷研制的标准化，进一步加强卫星快速标准化设计、快速制造、组装和测试等方面的能力。

浅说“快舟”

美国的ORS概念引起了全世界航天界的关注，其中当然也包括中国的航天人，于是就有了前文所说的“快舟”。“快舟一号”卫星注重快速设计、制造和发射，在技术上与ORS有相同的方向。相比ORS，“快舟”项目的规模要小得多，用途也完全不同。但两者在技术上是存在可比性的。

@世界先进水平的”快舟一号”卫星

哈工大王树国校长于2012年11月22日在中国高等教育改革与发展网发表了一篇题为《乘势聚力 协同创新 推进世界一流大学建设》的文章，介绍了该校承担的国家重大专项工程，其中指出“应急空间飞行器，该系列卫星的第一颗，总经费7.9亿元，2011-2012年飞行演示，用于国家应急减灾等方面”。7.9亿元这个数字与美国ORS-1卫星的总体投入基本相当，可见国家对此的重视程度很高。而根据徐国栋的论文，“快舟一号”卫星很可能使用了柔性化和模块化的设计构型，构建了可灵活配置满足多种载荷需求的通用小型航天器平台，在设计概念上赶上了世界先进水平。

当然，在应急飞行器的应用体制上，中美之间存在着巨大的不同。“快舟一号”卫星用于应急救灾，体现了中国和平利用空间的一贯主张。美国从战术卫星系列到ORS系列，全都是军用卫星。不过在应用的技术上，ORS却有很多地方值得“快舟一号”继续借鉴。在突发性灾害的现场，应急救灾人员同样需要高时效地获取灾区图像和信息，这与美军战区基层指挥官的需求有很大相似之处。只不过一个用来救人，一个用来杀人。从目前公开的信息开，遥感部门似乎还没有推出相应的技术、设备和流程，供应急人员现场指挥卫星拍摄并及时获取信息。只有做到了这一点，“快舟”才配得上快速响应的称呼。当然，这需要更多的研发与实践。

@世界先进水平的“快舟”火箭

ORS概念中，具备快速发射能力的运载火箭也是核心因素。航天科工的网站报道说，这次发射标志着中国首次成功采用固体小型运载火箭，也意味着航天科工在国内率先开展了固体小型运载火箭的研制，并取得了重要成果，具备了基于固体小型运载火箭进行卫星发射的能力。其中引用集团董事长高红卫的话说：“我们目前与世界在同步的起点上，未来发展空间很大。如果能实现卫星的按需发射，将发射时间压缩到数天以内，发射成本比目前的水平再降低20%左右，竞争优势将十分明显。”从其机动发射的设计看，“快舟“的运力肯定不大，但配合作为小卫星的”快舟一号“，已经满足了快速发射的要求。从技术上说，”快舟“是一种自动化和智能化水平很高，地面测试和发射准备时间很短的快速发射运载火箭。按照高红卫董事长的说法，“快舟”瞄准的发射时间只有几天，很可能不到一周。这在当今已经公开的运载火箭中具有最高水平，有望先于美国实现ORS的指标。它不但为中国应对突发性自然灾害提供了新的技术手段，并很可能以低廉的发射成本和便捷的发射服务，促进中国小卫星和立方体卫星的发展，带动卫星研制生产的产业化。

从战略层面讲，“快舟”的出现，丰富了中国的运载火箭品种，壮大了航天发射能力，有利于中国对外提供更加多样化的商业航天发射服务。

总的说来，“快舟”火箭和“快舟一号”卫星是中国空间应急飞行器的开路先锋，它们的成功是中国快速响应太空系统发展的里程碑。虽然中国在宇航器件的研制上仍然明显落后于美国，但”快舟“的成功说明，中国航天在观念上一点也不落后于美国。随着中国航天技术的进步，相信无论是我们的快速发射火箭还是应急飞行器都将迅猛发展，赶超ORS。endprint