2014年世界航天发展的重要趋势与进展

● 文| 中国国防科技信息中心 方勇 孙龙

2014年世界航天发展的重要趋势与进展

● 文| 中国国防科技信息中心 方勇 孙龙

2014年，世界主要航天国家强化空间领域的战略谋划，推动航天军民融合式发展。美国航天领域的经费投入虽有所降低，但仍继续保持航天技术创新能力的领先地位，重点发展可能“改变未来游戏规则”的航天技术。其他国家紧紧围绕保障其空间战略利益，积极谋求在空间领域的优势地位。卫星应用系统建设取得新进展，军事航天装备发展更加重视提高其抗毁能力，深空探测成为空间竞争的重要领域，航天技术创新发展不断取得新突破。

一、重要趋势

1.空间安全成为主要国家航天力量发展的首要着眼点

随着空间能力在国家安全及军事领域中地位与作用的快速提升，空间安全在国家长远发展中的战略地位更加重要。世界主要国家都将空间安全视为空间发展的重要着眼点。继2011年美国发布首份《国家空间安全战略》后，英国2014年发布首份《国家空间安全政策》，突出强调拥有安全、可靠和持续利用空间的能力；日本防卫省在2014年出台的修订版《关于空间开发利用的基本方针》中，强调确保空间的安全利用。

2.美国以空间合作为名构建“空间利益集团”

鉴于当前世界空间力量发展呈现多极化态势、美国空间领导地位受到现实挑战的事实，美国以加强空间领域国际合作为借口，积极构建空间利益联盟。2014年8月，美国战略司令部与欧洲航天局、国际商业卫星运营商组建的太空数据协会签署协议，加强空间态势感知领域数据共享。9月，美国国防部与加拿大、澳大利亚和英国签署了联合空间作战倡议谅解备忘录，提出通过天基能力的联合利用，实现空间作战行动同步化、统一化，使参与国在空间领域的战略优势最大化。此举本质是企图打造美国领导的“空间利益集团”，是美军应对空间威胁、维护空间稳定、巩固空间领导地位的一种新手段。通过构建“捆绑式”利益集团，可以为美国推行所谓“负责任”的空间行为准则铺平道路，主导空间活动的话语权，塑造符合自身利益的“空间新秩序”。

3.航天信息装备向抗毁能力强的弹性体系结构方向发展

随着空间对抗能力和技术的不断发展，加之航天装备固有的“易攻难守”的脆弱性，其面临的干扰、破坏甚至被摧毁的威胁越来越大，为此，航天强国采取多种途径提升对抗环境下航天装备的体系抗毁和持续保障能力。2014年7月，美军航天司令部司令在阐述美军空间系统的未来发展时提出，美国必须增强空间系统的弹性和经济可承受性。美国将继续推进“分散式空间系统体系结构”发展，将大型、多载荷卫星分散成多个小型简单系统，以有效降低成本，提高系统抗毁能力。美国正在论证的下一代预警卫星系统，计划将集中于大卫星系统的导弹预警能力分散到多个小卫星平台，使关键的天基导弹预警能力不易受到攻击。美国商业卫星搭载军用载荷计划进入实质阶段，将军用载荷分散部署到商业卫星，将增加攻击者的难度，增强军用卫星系统的生存能力。

4.航天军民融合发展趋势更加突出

航天系统建设周期长、投入高、风险大，其技术具有典型的军民两用性，为最大限度发挥航天装备效益，实现军事航天能力的持续发展，航天大国积极推进航天军民融合式发展。美军在发展下一代气象卫星计划中，注重航天能力共用，把军事需求与民用需求进行整合，与国家海洋与大气管理局联合开发联合极轨卫星系统以满足军事作战所需的战场气象监测与预报信息。法国通过销售斯波特（SPOT）卫星的高分辨率图像及后续增值服务，形成对地观测卫星产业。日本2014年5月发射的先进陆地观测卫星-2卫星，除用于对地观测外，也兼具海洋监视能力。

二、若干重要进展

1.主要国家发布空间政策

2014年2月，俄罗斯总统普京签署了《2030年前使用航天成果服务俄联邦经济现代化及区域发展的国家政策总则》。《总则》明确了各阶段航天应用任务目标，计划2020年前，部署包括第一阶段的地球遥感数据终端用户服务系统、各类区域信息分析系统在内的航天成果应用基础设施；2030年前，进一步发展航天成果应用国家基础设施，推进有前景的项目开发，创新航天服务方式，采取多重机制促进航天成果应用，广泛吸引私营资金来保证预算外资金，发展国家与私营企业的伙伴合作关系，与前苏联各成员国建立长久、稳定的合作关系，与其他国家共同开发大规模航天成果应用项目，并制定符合国际标准的航天成果应用国际法律。

4月30日，英国航天局、国防部、外交与联邦事务部等部门联合发布首份《国家空间安全政策》。该政策文件贯彻落实英国《国家安全战略》要求，提出四大政策目标，以确保英国空间安全利益，增强国家安全。一是使英国的空间系统和能力在面对风险时具有更强的抗毁能力，增强空间运输和通信等关键服务应对干扰以及空间恶劣气象的弹性；二是利用空间增强英国的国家安全利益，确保获得有效、可靠和高效的空间能力，保障军事作战；三是推动塑造更加安全可靠的空间环境，通过建立外层空间活动国际行为准则，尽快在最大范围内推行负责任的空间行为规范，为空间态势感知制定更加一致的国家发展策略。

8月28日，日本防卫省出台修订版《关于空间开发利用的基本方针》。10月31日，日本内阁空间政策战略司令部提交“未来10年空间政策基本计划”草案。这些空间政策文件明确空间力量将围绕保障“综合机动防卫力量”建设而展开，强调确保空间的安全利用。一是将确保空间安全视为最重大挑战。二是强调开展合作加强空间利用。在国内，着重加强与其他政府部门以及承包商的合作。国际上，通过加强人员交流、开展卫星监控海洋合作、积极参与空间军控规则制定等措施，密切与盟国和伙伴国的关系。三是加速空间装备体系构建与技术研发。计划2016～2017年装备专用的军事卫星；建设侦察卫星星座；提高空间态势感知能力，确保具备精确跟踪反卫武器的能力；推进准天顶导航卫星系统建设，使其从当前4颗卫星增至7颗，另外，《方针》还特别提出，为提高空间监视能力，自卫队将组建专门的空间监视部队。

2.美国发布新版《出口管制条例》，放宽与管控并举

2014年5月13日，美国国务院和商务部发布了最新修订版《出口管制条例》。修订的主要内容：一是将大部分商业、科学、民用卫星及相关组件从军品管制清单转移到商业管制清单，适度放松出口管制。二是细化军品管制清单。对继续保留在清单中的关键航天物项，如带有秘密组件的通信卫星、参数在特定范围的遥感卫星、大多数抗辐射微电子器件等，在清单中逐条列出，内容更加具体详细，便于相关机构强化对这些关键物项的管控。三是在商业管制清单中设立新的类别号，专门管控从军品管制清单中转出的航天物项，结合运用美国出口管制的国别政策，这些物项的管控措施较商业管制清单原有物项更为严格。特别是对于中国，美国采取了比其他武器禁运国更严厉的措施，规定向中国或被认为支持恐怖主义的国家出口任何“500组”物项时，直接采用“否决”政策。

3.高分辨率对地观测卫星纷纷入轨

图1 S

2014年，一批重要高分辨率对地观测卫星发射入轨，这些卫星在服务民用的同时，也兼顾军事用途。8月13日，POT-7卫星美国数字地球公司的世界观测-3（WorldView-3）卫星发射，该星全色分辨率0.31m，多光谱分辨率1.24m，是目前分辨率最高的商业成像卫星。

6月30日，法国斯波特-7（SPOT-7）卫星搭载印度极轨运载火箭成功发射。SPOT-7具备很强的姿态机动能力，可在14秒内侧摆30°。卫星全色分辨率1.5m，多光谱分辨率6m，星上载有两台空间相机，两台相机的总幅宽为60km（见图1）。

4月3日，欧盟哨兵-1A雷达成像卫星搭载俄罗斯联盟火箭从法属圭亚那航天中心发射。哨兵-1A卫星是欧盟哥白尼计划首颗卫星。卫星携带C频段雷达，可全天时、全天候提供欧洲、加拿大和极地地区的陆地和海洋表面实时图像（见图2）。

图2 哨兵-1A卫星

5月24日，日本发射先进陆地观测-2卫星。卫星搭载L频段合成孔径雷达，除用于对地观测外，还可用于执行海洋监视任务。卫星能够全天候提供50km×350km区域内分辨率1～3m的目标图像。该卫星还携带一个天基自动识别实验系统，能够融合“船舶自动识别系统”信号SAR图像，进而辨识SAR所跟踪的船只（见图3）。

图3 先进陆地观测-2卫星

8月19日，中国高分辨率对地观测系统高分二号卫星在太原卫星发射中心成功发射。卫星全色分辨率优于1m、多光谱分辨率优于4m，具备快速机动侧摆能力和较高的定位精度，是目前中国自主研制的首颗空间分辨率优于1m的光学卫星。卫星成功发射标志着中国遥感观测进入亚米级时代。

4.卫星导航系统呈现四家领跑、两家加速发展态势

目前，世界卫星导航定位系统发展的格局，已经从GPS独霸天下，演变为美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和欧洲伽利略四大导航系统竞相发展，日本准天顶卫星系统、印度区域导航卫星系统猛赶直追的局面。

美国加快GPS系统现代化。2014年，共发射4颗GPS-2F卫星（2F-8/7/6/5），使GPS-2F卫星数量达到8颗，GPS系统工作星数量达到34颗。

俄罗斯继续推进GLONASS系统建设。2014年3月23日和6月4日，俄罗斯发射两颗GLONASS-M卫星，对卫星星座进行补充更新。11月29日，俄空天防御部队负责人宣布，GLONASS-K卫星计划于2015年完成状态测试。当前GLONASS系统工作星为24颗，新一代GLONASS卫星将于2020年完成在轨部署。

欧洲伽利略导航系统工作星开始发送导航信号。2014年8月22日，欧洲发射首批两颗具备完全运行能力的伽利略-5和伽利略-6导航试验卫星，卫星未能进入预定轨道。当前，伽利略系统在轨卫星4颗，计划于2017年完成30颗全部卫星组网。

印度导航卫星系统建设取得新进展。2014年4月4日和10月16日，印度发射区域导航卫星（IRNSS）系统第二颗和第三颗卫星，向建立独立卫星导航系统又迈进一步。印度计划2015年前完成7颗卫星组网并投入运行。建成后，可为印度及其周边1500km范围内的用户提供定位、导航和授时服务。

中国北斗卫星导航系统首次获得国际组织认可，将用于海事领域。2014年11月21日，国际海事组织海上安全委员会第94次会议审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，使北斗导航系统成为继GPS、GLONASS后第三个服务世界航海用户的全球卫星导航系统。

5.主要国家深空探测竞争更为激烈

为彰显航天强国地位，争夺世界空间领导权，引领未来航天技术发展，主要航天国家纷纷出台以深空探索和利用为核心的新计划，竞相发射以月球、小行星、火星等天体为目的地的深空探测器。

2014年9月22日，美国火星大气与挥发物演变探测器成功进入火星轨道，开始为期6周的测试，包括实施机动进入最终科学轨道、测试仪器等（见图4）。

图4 火星大气与挥发物演变探测器

9月24日，印度首个火星探测器曼加里安号成功进入火星轨道。印度成为全世界继美国、俄罗斯和欧洲航天局后，第四个成功完成火星探测的国家或组织。印度曼加里安号探测器研制周期15个月，成本仅7000万美元。

11月1日，中国嫦娥五号试验飞行器返回器成功在预定主着陆场安全着陆。服务舱与返回器分离后已进入地月轨道，将进行为期半年的拓展试验。这标志着中国探月工程三期再入返回飞行试验获得圆满成功，为探月工程三期任务实施奠定坚实基础。

11月13日，欧洲航天局彗星探测器罗塞塔分离的菲莱着陆器成功登陆距地球约4亿km的彗星“67P/丘留莫夫-格拉西缅科”。这是人类探测器首次成功登陆彗星。

12月3日12时22分，日本隼鸟-2小行星探测器由H-2A火箭搭载，从种子岛航天中心发射升空；14时9分，探测器与火箭成功分离，开始为期6年的太空之旅，将实现对小行星1999 JU3的采样并返回，这是日本第二次进行小行星探测。这表明日本正在以深空探测为突破口带动整体航天快速发展。同时表明日本已具备物化成空间攻防装备的能力。

6.商业航天飞船发展遭遇挫折

10月29日6时22分，美国轨道科学公司的安塔瑞斯火箭搭载装有约2.3t货物的天鹅座飞船从NASA沃洛普斯岛航天发射场起飞，火箭在升空后约6s发生爆炸，船箭尽毁并严重破坏地面发射设施。这是安塔瑞斯火箭的第五次发射，第四次运送天鹅座飞船，第三次执行商业轨道运输服务任务。11月1日凌晨，英国维珍银河公司的太空船-2号商业载人亚轨道飞船在美国西南部莫哈韦沙漠试飞时出现异常，导致飞船上2名飞行员一死一伤。一周内两次失败，使世界商业航天运输系统发展遭遇重大挫折，表明商业航天运输系统的可靠性和安全性仍需进一步提高。

7.美国天基空间态势感知能力向高轨拓展

7月28日，美军利用德尔他-4火箭将2颗地球同步轨道空间态势感知计划（GSSAP）卫星和1颗局部空间自主导航与制导试验（ANGELS）卫星发射入轨。作为美军空间目标监视能力建设的最新举措，GSSAP和ANGELS计划将使美军天基空间监视能力从低轨拓展至高轨，其立体式的天基空间态势感知能力发展格局业已显现（见图5）。

图5 地球同步轨道空间态势感知计划（GSSAP）卫星

当前，美军绝大多数战略性卫星都部署在地球同步轨道。美军认为，在中俄两国空间对抗能力快速发展的情况下，这些高轨卫星面临的威胁与日俱增。为此，美军急需提高地球同步轨道的空间态势感知能力：一方面可以更加清晰地掌控他国在地球同步轨道开展的空间活动，为己方航天器规避风险提供预警；另一方面，可为其空间对抗技术（如凤凰计划等）的演示验证提供信息支援，在未来甚至可以成为空间进攻的基础。

8.美、俄积极发展静止轨道在轨操作能力

9月3日，美国国防高级研究计划局（DARPA）发布一份项目信息征询书，寻求发展可对运行在地球同步轨道内的卫星进行在轨维护的机器人技术。DARPA希望2019年能进行相关技术的在轨演示验证。要求该机器人平台能支持在地球同步轨道开展多种长期在轨服务，包括：检查轨道内卫星运行过程中出现的异常，诊断故障原因；对卫星机械故障进行在轨维修；对卫星进行辅助变轨，包括重新定位卫星或使其进入废弃轨道。根据DARPA设想，在轨服务机器人平台将携带能使用多种工具的机械臂、一套故障诊断与维修设备、控制系统、摄像机、灯具和高分辨率成像传感器，并能通过在轨补给获得新的工具和传感器。

美国凤凰计划开始第二阶段研发，重点研制配备有机械臂和工具包的自动服务系统，主要包括：地球同步轨道空间机器人、细胞卫星（新型模块化卫星）和有效载荷在轨释放系统等。凤凰计划目标是演示验证从退役的地球静止轨道卫星上获取并利用有价值组件组装新卫星的技术。

俄罗斯计划2025 年前研制出名为“清理者“的航天器清理空间碎片。俄联邦航天局计划2016～2025 年投资约2.97 亿美元，设计并建造一款新型航天器，用于清理地球同步轨道上报废的通信卫星和火箭上面级。

9.美国和日本发展下一代气象卫星

10月7日，日本在种子岛航天中心成功发射了下一代地球静止轨道气象卫星向日葵-8。相对于将被取代的多功能传输卫星（MTS），向日葵-8卫星和它的姊妹星向日葵-9（计划2016年发射）将会以更高的频率和更宽的光谱段执行对地观测。这样的观测手段将会为云层、其他气象条件甚至是火山灰、大气气溶胶的监测提供前所未有的观测精度。

美国空军2015财年预算申请中，申请3500万美元用于发展新的气象卫星——气象卫星后续卫星 ，将用于取代空间目前的国防气象卫星系统，计划2015财年进入初始技术风险降低阶段，2021～2022年发射首颗卫星。正在研发的关键技术领域包括：微波探测、海洋表面矢量风和热带气旋强度等技术。

10.美、俄发展下一代导弹预警卫星

美国考虑发展下一代导弹预警卫星。美国空军航天司令部司令约翰·海顿表示，美国空军正在研究下一代导弹预警卫星替代方案。主要考虑：一是天基预警能力分散部署。将目前集中于大型卫星系统的导弹预警能力分散到更多平台中，目的是使关键的天基预警能力不易受到攻击。二是利用先进传感器和数据处理技术升级或替换天基红外系统（SBIRS）。美空军正考虑使用更大的传感器收集更多信息。在SBIRS系统现代化改造项目支持下，美空军2015财年申请2900万美元用于宽视场传感器研发。预算文件显示，空军正考虑6°视场传感器研发合同。俄罗斯加紧研制新一代导弹预警卫星系统——统一空间系统，计划2015年发射首颗卫星，将取代目前已严重老化的“眼睛”预警卫星。

11.以色列发射下一代雷达成像侦察卫星

4月9日，以色列用沙维特火箭成功发射下一代雷达成像侦察卫星——地平线-10（Ofeq-10）卫星，卫星空间分辨率达0.5m，用于对特定地区进行侦察监视，例如伊朗的核场所等。这是以色列继Ofeq-9卫星发射4年后，再一次发射成像侦察卫星。与此前发射的Ofeq系列卫星运行于约500km近圆轨道不同，Ofeq-10卫星运行于近地点385km、远地点600km，倾角140.9°的椭圆轨道。与合成孔径雷达技术验证卫星（TecSAR，即Ofeq-8卫星）相比，Ofeq-10卫星采用新的成像模式，可以在短时间内完成不同目标区域的快速切换进而实现多点成像，而不是只能大条带式扫描成像。

12.美军实质推进利用商业卫星搭载军事有效载荷

2014年 7月10日，美国空军航天与导弹系统中心授予14家空间公司寄宿有效载荷解决方案（HoPS）项目合同，研究在商业卫星上搭载专用军事有效载荷的标准化程序与接口，以实现利用商业卫星快速、灵活地搭载军事有效载荷的目标。

商业卫星搭载军事有效载荷具有以下优点：一是降低军事空间系统的采办成本；二是提高军事空间系统的生存能力；三是增强航天工业基础。商业卫星搭载军事有效载荷的发展将引入大量商业公司参与竞争，从而增强美国航天工业基础的稳定性。

13.欧洲发射O3b通信卫星

7月11日，欧洲阿里安航天公司联盟号运载火箭从法属圭亚那航天中心发射，成功部署4颗O3b卫星。O3b公司是一家总部在英国的新兴宽带卫星通信公司，专门提供卫星宽带批发业务。目前O3b公司计划部署16颗卫星，部署在7830km高度、0.04°倾角的圆轨道上。O3b卫星单星吞吐量约12Gbit/s，16颗卫星可提供1920 路36MHz等效转发器。这16颗卫星中，8颗为一组，未来可按需求进行扩展。卫星采用“寿命延长平台”，单

星发射质量700kg，设计寿命约10年。

14.印度发射GSAT-14和GSAT-16 通信卫星

1月5日，印度空间研究局在萨迪什·达万航天中心成功发射一枚地球同步轨道卫星运载火箭（GSLV-D5），将重达1980kg的GSAT-14通信卫星送入预定轨道。GSLV-D5火箭首次成功应用了印度国产氢氧低温发动机，使印度成为继美国、俄罗斯、法国、日本、中国之后世界上第六个掌握低温火箭发动机技术的国家。GSAT-14用于取代现役的GSAT-3卫星。卫星有效载荷为特高频、S、C、Ku频段转发器。其中，特高频载荷支持印度海军的小型和移动终端，Ku 频段载荷可提供大容量语音和数据通信。

12月7日，印度GSAT-16卫星搭载欧洲阿里安-5运载火箭发射升空。卫星携载Ku频段和C频段转发器，以进一步提高印度卫星通信服务能力。

15.太空3D打印技术取得重要进展

11月17日，NASA宣布已在国际空间站成功安装世界首台零重力3D打印机，以帮助航天员在微重力环境中进行增材制造试验。该台零重力3D打印机于2014年9月搭载SpaceX公司的“龙”飞船运往国际空间站。12月，国际空间站的宇航员利用这台打印机打印出第一把太空工具——扳手。欧洲航天局计划2015年上半年将首台在轨便携3D打印机安装到国际空间站进行测试。该3D打印机的形状为边长25cm的立方体，可通过热加工处理工艺，并使用能进行生物降解和无害的塑料进行打印。太空3D打印将使未来太空按需制造成为可能，改变未来空间开发、探索和利用方式。

16.小卫星应用领域不断拓展

截至2014年10月，全球微小卫星发射数量达到150颗，占同期入轨卫星总数的68% 。随着小卫星技术的快速发展，在继续作为重要技术验证平台的同时，其应用领域正在不断拓展。一是军民侦察与对地观测小卫星快速发展。2014年1～7月，美国成功发射67颗质量5千克级、分辨率3～5m的光学成像卫星，组成迄今世界最大的对地观测卫星星座“鸽群”。“鸽群”主要收集赤道南北纬52°区域图像，可覆盖世界大部分地区，还可有针对性地获取目标区域图像。二是小卫星仍是新概念、新技术和新系统重要的在轨验证平台。2014年作为演示验证平台的小卫星占小卫星总数37%，典型军事应用是开展多种战术应急支持与空间攻防对抗技术验证。2014 年1月，美国星历表精化天基望远镜项目开展有效载荷的地面试验，对空间目标进行定位。

17.空间激光通信技术发展取得新突破

11月27日，欧盟哨兵-1A卫星通过激光通信，将刚刚获取的卫星图像传输给地球同步轨道的阿尔法卫星，实现星间激光通信图像传输，通信距离达45000km，通信速率为0.6Gbit/s，最高达1.8 Gbit /s，创造星间激光通信新纪录，向实现空间宽带通信和星间激光通信组网迈近了一步。

6月，NASA利用激光通信科学有效载荷成功向地面传输175MB视频，最高数据传输速率达50Mbit/s，将传输时间由以前的10min缩短至3.5s。

18.美国新一代载人飞船“猎户座”进行首次飞行试验

12月5日，美国“猎户座”载人飞船从肯尼迪航天中心发射升空，进行首次不载人飞行试验。此次飞行试验是美国航天飞机退役后，NASA进行首次载人飞船试验。也是42年来NASA第一次将一艘旨在为载人航天设计的飞船发射到超过数百千米范围之外的宇宙深空之中。此次飞行试验共持续约4.5小时，飞船飞行高度达到5800km，最后通过降落伞降落在加利福尼亚州以西约965km的太平洋海域。“猎户座”飞船是美国新一代载人航天飞船，具有空间更大、安全性更高、着陆方式灵活等方面特点。“猎户座”飞船试飞成功将为美国未来载人深空探索奠定基础。?