美国航天军民融合向深度发展

美国航天军民融合向深度发展

美国在军民融合（或称军民一体化，Civil-Military Integration）方面走在世界的前列。冷战结束后，美国经济发展迟缓，国防投入也随之降低，但是国防军工项目内含的经济效益并没有得到有效的利用。直至20世纪90年代后期，美国政府将发展经济确定为新的国家安全战略的重要内容，开始探讨如何将军工需求同民用技术相结合，以推动经济发展。近年来，随着国防经费的不断削减，美国更强调要利用民用经济中的技术创新，来实现国防科技的跨越式发展。

航天是军民融合的重要领域。美国的航天事业分成民用、商用和军用三大部分。因此，美国航天的军民融合既包括军用和商用航天的融合，也包括军用和民用航天的融合。

一、发挥硅谷在军民融合中的作用

2015年4月下旬，美国新上任的国防部长阿什顿·卡特（Ash Carter），在其上任3个月后就访问了硅谷。这次卡特去硅谷，首先是作为2015年的年度德雷尔讲座（Drell Lecture）的演讲嘉宾。4月23日，他在斯坦福大学发表了题为“重新链接五角大楼：创新与网络安全的新路径”（Rewiring the Pentagon: Charting a New Path on Innovation and Cybersecurity）的演讲。这个讲座是为纪念斯坦福大学的著名量子电动力学家和军控专家西德尼·德雷尔（Sidney Drell ）而设立的。卡特在演讲中，首先回忆了自己在德雷尔领导的斯坦福线性加速器中心进行博士后研究的经历 ，并说明也正是德雷尔的引导，才使他走进了国防安全领域。

卡特告诉听众，当他成为国防部长时，他的最重要的承诺之一就是在不断变化的世界中保持美国的领先地位、保持竞争力、吸引报效祖国的新一代，跟上技术发展的步伐。他说，就利用商业利益驱动的技术而言，美国国防部希望与产业界就各个方面建立合作伙伴关系。硅谷和整个技术界开发的产品，一直在推进经济、社会、国防领域的转型、进步和繁荣。这使许多事情变得更容易、更经济、更安全。他接着表示，近年来，越来越明显的是这些进步和技术，也给企业、政府、军队和个人带来了一定程度的风险。我们如何减少技术带来的风险而又同时发挥其益处呢？答案就是建立合作伙伴关系。

卡特说，美国国防部和政府机构的投资，曾在推动硅谷和斯坦福的技术创新上发挥了重要作用。例如，互联网就是源于美国国防高级研究计划局（DARPA）的推动，全球定位系统（GPS）最初就是一个防务项目；谷歌的搜索算法是由美国国家科学基金会资助的；苹果公司集成到iPhone中的许多技术都有美国政府和国防部的资助，美国国家科学基金会和美国中央情报局共同资助了多点触控的开发者；苹果操作系统iOS的Siri源于DARPA推动的人工智能和话音识别研究；谷歌的自动驾驶汽车源于DARPA的一个挑战大赛。由此可见，美国国防部和其他联邦机构点燃了火种，但硅谷高科技公司让星火燎原，创造了超乎想象的应用。

卡特在这次演讲中，关于后GPS 的导航定位技术，对硅谷提出了特别的期望。他认为美国国防部会继续支持GPS卫星的研制和发射，因为它不仅是军用，而且也提供民用。但需要寻找军用的不受干扰和不脆弱的另一种途径。作为这个任务的重要组成部分，即研制集成在芯片上的更小的惯性导航器件、更小更精确的加速度计和更精确的时钟，需要发展微机电系统技术。这些技术目前已在智能手机上得到了应用，现在要把这些技术转移到军用上来，并让它更精确。

为了利用硅谷的创新能力，卡特宣布了一个新倡议——国防科技创新单元-X（DIUX）。这个倡议将探索新兴的和突破性的技术，并与国防部建立直接的关系，一种新型伙伴关系。卡特说：“我们最好的现役军人和军事人员、生活在这里的预备役人员以及一些最优秀的技术人才，共同组成了这种伙伴关系。这个团队将加强现有的关系，并建立新的关系，同时担当国防部其他部门的当地互动节点。国防部将继续在其他方向进行尝试，把我们政府的最好技术引到产业界，然后再引回来。”这方面已经在实施的一个项目是“国防部长公司研究员”（Secretary of Defense Corporate Fellows）。每年将派遣约15名国防部人员到商业公司，如甲骨文、思科、联邦快递和其他公司工作。

卡特接着说，为了投资于最有前途的新兴技术，美国国防部需要初创公司和小型企业的创造力和创新能力，因为初创公司是商业创新的前锋。

卡特在演讲的最后部分宣布了美国国防部新的网络安全战略，这方面国内媒体已有广泛报道。除这次演讲外，卡特为期3天的硅谷之行，还与很多科技公司高管会面，同时参加由有关风投机构主办的协商会议。

对于卡特的硅谷之行，有美国媒体指出，美国近来一直担心潜在对手，这些对手正在积极缩小与美国的技术差距，甚至可能赶超美国。因此，卡特的硅谷之行的目的旨在促进技术以更快、更廉价的方式投入国防应用。然而，五角大楼的入驻，也可能面临科技公司和风险投资界的抵制，他们长期以来一直对美国国防部的官僚作风和变化无常的预算计划感到担忧。由此可见，美国的“军民融合的深度发展”还有一段很长的路要走。

二、探索军民融合新方向——搭载载荷

2014年7月10日，“搭载载荷解决方案”（HoPS）向14家公司授出“无限期不定量供货”（IDIQ）合同。这14家公司包括了欧美主要卫星制造商和运营商，如波音、洛马、空客、 阿里安、诺格、雷神、哈里斯、国际移动卫星通信、国际通信卫星、铱星、SES、劳拉空间系统等公司。这14家公司已在2011年组成“搭载载荷联盟”（HPA）。在这次的“无限期不定量供货”合同中，也包括给波音等3家公司的项目，要求搭载对北美大部分地区进行大气污染测量的“对流层污染排放监测”（TEMPO）载荷。在前一段时间内，美国空军和联盟在按照传统商业惯例制定合同时，关于价格和技术标准难以达成一致意见，经过近2年的反复协商，双方才终于达成了共识。

近年来，美国空军悄然推进了HoPS，在这方面美国既有经验，也有教训。早在1976年，美国海军在休斯公司的商业卫星上就搭载过军用通信载荷。美国航空航天局（NASA）的载荷也进行过多次搭载。但美国空军第一次采用这个办法，是在2011年9月由阿里安-5火箭发射的SES-2通信卫星上，搭载了美国空军的“商业搭载红外有效载荷”（CHIRP）。该有效载荷是一种导弹预警实验传感器，以试验美国空军宽视场红外凝视传感器执行太空大范围监视的能力。通过2年的在轨试验，获得了大量目标和传感器性能的数据，为今后的设计提供了重要依据，而据报道搭载费用只有2500万美元。

☆ 2011年9月，阿里安-5火箭成功发射SES-2通信卫星

美国空军计划用天基红外系统（SBIRS）代替从1970年开始建设的国防支援计划（DSP）卫星，但进展很不顺利。天基红外系统由两部分组成，一是位于地球静止轨道（GEO）上的大型专用卫星，二是在高椭圆轨道（HEO）的大型卫星上搭载相关载荷。2011年5月，成功发射了天基红外系统-地球静止轨道（SBIRS-GEO）第一颗质量达2540kg的专用卫星，落后于原定计划 9年。美国政府问责办公室（GAO）的报告指出，每颗卫星的成本高达30亿美元。因此，为了用较少的钱完成天基红外系统的传感器的性能试验，美国空军积极实施了“商业搭载红外有效载荷”计划。这次任务的圆满完成，让美国空军增加了信心，准备继续在商业卫星搭载太空红外传感器、太空感知传感器和太空环境传感器，但对于在商业卫星上搭载军用通信载荷，仍存在较大顾虑。他们认为军用通信有效载荷，对于卫星质量和功率都有较高的需求，频谱兼容问题也使其难以在一个单一的卫星平台上分别适应军事通信有效载荷和商业通信有效载荷。在这方面，澳大利亚国防军（ADF）却利用寄宿有效载荷机会，将他们从波音公司购买的特高频（UHF）载荷安装在了国际通信卫星-22（Intelsat-22）上。该卫星是波音公司根据合同为国际通信卫星公司建造的。澳大利亚当局表示UHF载荷项目利用寄宿有效载荷的方案，与常规的专用卫星购买和发射方案相比，节省了约40%的成本。

掌管着美国军事太空系统的美国空军航天和导弹系统中心（SMC）发展计划指挥部是HoPS的主管机构。HoPS项目要求合同签约方能向美国空军及其他美国政府组织提供在商业卫星上寄宿政府有效载荷以完成目标任务的能力。HoPS的合同要求对方可以建成全功能的在轨寄宿有效载荷系统，并建成将有效载荷数据发送到政府终端用户的地面集成系统的装备和界面。在卫星工业中，多重有效载荷是常见的，例如将为完成不同特殊任务而设计的电子元件和传感器包安装在同一航天器上，共享发射、推进和电力，并分担成本。在商业卫星上寄宿有军用有效载荷，由于不需要研制整星，不仅节省了成本，而且大大缩短了研制时间，更由于分散布置了军用载荷，提高了美国空军太空体系结构的抗毁性。在未来5年内，将发射80颗商业通信卫星，寄宿载荷机会很多，因此美国空军准备向该项目投入近5亿美元。因此，在商业航天器上寄宿军方有效载荷，是一种将军方需求融合到商业卫星任务中的创新方法。

三、开展“商业整合单元”项目

据美国《航空周刊》网站2015年6月7日报道，美国政府日渐形成一种共识，即太空资产，包括商业、民用和国防卫星，在轨道上已不再安全，美国空军与6家顶级商业运营商正在开展第一个全新的试验项目，以期改善他们之间的数据交换。

为此，2015年夏季，在范登堡空军基地的联合太空运行中心（JSPOC），将开展对“商业整合单元”（CIC）为期6个月的试用期运行。联合太空运行中心是集成化态势感知及指挥与控制中心，最终向美国战略司令部提供报告。这个试点项目的目的是更好地改善商业运营商和军方之间的计算机接口。“商业整合单元”将包括来自六大国防部商业供应商的人员和资源：这些公司包括数字地球公司、欧洲通信卫星公司、国际移动卫星通信系统公司、SES、国际通信卫星公司、铱星公司等。不过，其他商业运营商也将受益。“商业整合单元”将作为联合太空运行中心内部的行业代表与联系中介。长期以来，商业运营商一直呼吁加强与国防部及情报界的合作。“商业整合单元”就是美国国防部希望改善其太空态势感知的若干举措之一。“商业整合单元”将从联合太空运行中心获得信息技术支持，并占用运行中心计算机的存储空间。

联合太空运行中心宣布，现已跟踪到轨道上23000个目标，随着2颗新的地球同步轨道空间态势感知计划（GSSAP）卫星提供情报之后，这一数字有望增加。GSSAP卫星将帮助美军获取太空态势感知能力，帮助美军应对电磁干扰，还能帮助其他商业卫星公司了解运行卫星存在的威胁。在试点阶段，“商业整合单元”每天将运行8～12h。在突发事件中，参加者将随叫随到。最后，该单元将实现24h运作。在试点期间，参加者将建立那种“机到机”接口，以便军事和商业用户之间更好地共享数据。

运营商希望演练在各种太空场景下太空保护的运行概念和流程，从最引人注目的卫星碰撞或攻击，到常规的电磁干扰。目前，美军应对大多数太空中的突发事件（如卫星碰撞）的常规流程已经就位。不过，有了“商业整合单元”，处理卫星干扰事件的流程及过程将更加严格，通过向运营商提供更多与异常事件相关的数据，或将有助于确定是否有某些危险原因在起作用。通过试点项目，有望形成可供商业和国防运营商开展训练的标准化流程。

自美国白宫批准在2016—2020财年为“太空防护”增加50亿美元投资之后，开展“商业整合单元”项目是空军强调的若干举措之一。美国空军航天司令部司令约翰·海腾称，实际上，其他项目也将受益于投资改善联合太空运行中心的任务系统，该系统可以让指挥官在太空对异常事件做出反应，而不仅仅是观察它们。美国空军也有可能开始天基空间监视系统（SBSS）卫星的后继项目，以收集更多数据，增加现有太空目标跟踪目录；还有可能采购更多GSSAP卫星。

四、军方深化与NASA的合作

☆ GSSAP卫星

美国的航天体制与中国不同，整个航天事业分成民用、商用和军用三大部分，其民用航天活动由NASA负责。因此，美国航天军民融合的内容的另一方面就是军方和NASA的合作。

1958年7月29日，美国总统艾森豪威尔签署了法案，成立NASA，取代了其前身美国国家航空咨询委员会（NACA）,负责制定、实施美国的民用航天计划与开展航空航天科学研究。由于NACA承担的任务是发展军民两用的航空科学技术，因此，在NASA成立后继承了NACA的这个传统。

在NASA早期的民用航天活动中，也十分重视发展军民两用航天技术，而NASA与军方的合作在发展航天运载系统中尤其明显。在许多民用航天发射中，也采用许多军方研制的弹道导弹。例如，在水星计划（Project Mercury）的轨道飞行任务中，使用了美国空军的阿特拉斯导弹；在双子星计划（Project Gemini）使用了空军的泰坦导弹。阿波罗登月计划时中断了这种合作，但在登月计划结束后，NASA和军方都把低轨航天运载的希望寄托在航天飞机，甚至军方为此放弃了运载火箭的研制。但航天飞机的运输费用居高不下，迫使美国空军开始研制新的改进型一次性运载火箭（EELV）, 并组建了美国联合发射联盟公司（ULA），运营德尔他-2、4（Delta-2、4）和宇宙神-5（Atlas-5）等3套发射系统。

☆ NASA曾设想用航天飞机发射X-37

NASA与军方很早就在先进航天运载系统和高超声速技术方面就与NASA进行过紧密合作。在20世纪80年代中期，NASA在美国空军的大力支持下（空军出资占比80%），实施了“国家空天飞机计划”（NASP）。在这项计划下马后，NASA执行了一项规模较小的X-43A的飞行试验计划。飞行试验结束后，根据NASA和军方联合制定的“国家航空航天倡议”（NAI），高超声速技术的主要研究工作转由美国军方负责，继续进行了以高超声速导弹为背景的X-51A的飞行试验和其他高超声速飞行器的飞行试验。另外一个NASA与美国军方接力跑的例子，就是发展著名的无人小型航天飞机X-37B。它在前期为NASA开发的X-37，后来中途交给军方，军方接管后改名为X-37B，其试验任务也有相应变化。

在航天飞机退役后，NASA寄希望发展商业运载火箭来向国际空间站运货运人。但由于轨道科学公司的安塔瑞斯-130（Antares-130）火箭和美国太空探索技术公司的猎鹰-9（Falcon-9）火箭相继失事，下一次载货任务只能用宇宙神-5火箭来发射轨道科学公司的天鹅座（Cygnus）货运飞船，而波音公司的乘员空间运输-100（CST-100）载人飞船本来就是要用宇宙神-5火箭发射，而NASA自己的猎户座（Orion）飞船的第一次无人飞行试验是采用德尔他-4运载火箭来发射的。由此可见，在运载火箭方面，军方和NASA又有了很大的合作空间。例如，美国空军将与NASA合作开展一项关于下一代上面级推进系统的研究，研发的新的上面级发动机将替换军方使用的普惠·洛克达因公司的RL-10发动机。

在其他方面，包括太空监测、在轨服务、网络、通信和遥感等领域，军方和NASA都将有更深入的合作。也应指出，军方和NASA在使用对方的地面基础设施上也相互提供方便。如军方在研制X-37B和X-51A时，曾使用过NASA有关研究中心的风洞设备，而NASA研制猎户座飞船时，也使用了美国空军阿诺德工程中心的9号高超声速风洞。

五、结束语

从上述美国航天军民融合的新动向中，我们看到美国航天的军民融合已经从“以军带民”向“军民一体化”和“寓军于民”的方向转变。为了实现军民的深度融合，美国最大的困难是军方和商业公司存在利益冲突，而军方和NASA的合作也比较松散。因此，美国航天军民融合仍然面临许多困难。

● 文 _黄志澄