2018年国外航天技术发展综述

陈建光 王 聪 贾 平 梁晓莉 刘 博 文

2018年，世界主要国家航天装备与技术发展重点，重点发展新一代运载火箭和快速响应运载技术，陆续部署新型卫星并开展新概念卫星技术研发，积极发展空间控制装备和技术。

航天运载器及技术

在新一代大中型火箭稳步发展的同时，快速响应发射和重复使用是航天运载技术的重要发展方向，均取得重要进展。同时新型火箭动力技术可有效提升运载火箭性能。

美国“猎鹰重型”成为现役运载能力最强的火箭。美国太空探索技术公司（SpaceX）“猎鹰重型”火箭2月成功首飞。该型火箭的低地轨道运载能力达60吨级，两倍于此前运载能力最强的“德尔他”-4H火箭，且发射价格仅为后者的三分之一。该火箭已获得美空军的两项发射合同，未来将持续为美军部署大型空间信息系统提供低成本发射选择。此次发射也实现2枚火箭一子级同时回收。截至2018年底，“猎鹰”-9系列火箭共计进行67次发射任务，其中编号B1046的一子级5月、8月、12月分别执行一次发射任务并成功回收，实现一子级的第二次复用，此外还有17枚一子级一次复用，充分验证了一子级重复使用技术。

美俄新一代大中型火箭进入研制生产阶段。美国联合发射联盟9月完成“火神”火箭完成动力系统选型，上面级选用成熟的RL-10液氢／液氧发动机，芯级选用新型BE-4液氧／甲烷发动机，表明其已基本完成系统设计，即将进入生产制造阶段。该型火箭是美空军重点投资的下一代运载火箭，计划2020年首飞。

俄罗斯4月完成“联盟”-5火箭初步设计方案，进入研制阶段，计划2022年首飞。该型火箭利用“天顶”火箭的成熟技术，低地轨道运载能力约18吨，发射价格为5500万美元，可增强俄罗斯在国际商业发射市场竞争力以及满足载人航天发射需求。

快速响应运载器重点项目取得重大突破。美国国防高级研究计划局（DARPA）7月完成“试验性航天飞机”-1（XS-1）运载器的首台AR-22主发动机制造，并成功在10天内进行了10次地面点火试验，突破发动机快速后处理技术，为缩短复用周期奠定基础。XS-1为两级入轨重复使用运载器，在2017年5月确定采用波音公司的带翼升力体构型，计划2020年前首飞；一级采用两台AR-22液氢／液氧发动机发动机，该发动机推力为170吨，具备高可靠性且可重复使用55次。

新型火箭动力技术取得研究进展。美国推动研发火箭上面级辅助系统。美国家航空航天局（NASA）8月授予联合发射联盟公司（ULA）火箭上面级“集成火箭流体系统”（IVF）研发合同，计划在2020年利用“半人马座”上面级进行飞行试验，2023年用于新一代“先进低温上面级”。该系统是全球首个上面级辅助方案，采用小型氢氧内燃机和推力器取代传统上面级的氦增压和肼姿控系统，可将现役“半人马座”上面级干重降低5%～10%，运载能力提升0.5吨；且上面级点火次数由2次增加到10次，在轨时间由12小时延长到数天。

欧洲完成“自噬”型固体火箭发动机原理验证。苏格兰格拉斯哥大学、乌克兰第聂伯国立大学5月联合开展“自噬”固体火箭发动机原理样机试验。此次试验采用1：1.5的聚丙烯／高氯酸铵作为固体燃料、硝酸铵作氧化剂，并进行了60秒实验室燃烧试验。该发动机的原理是药柱在外加压力作用下进入气化装置，并在气化后燃烧产生推力，并通过改变压力调节药柱的给进速度，实现节流控制，从而具备液体发动机的节流特点和固体发动机的简单结构，有望提升传统固体火箭发动机的性能。

卫星及技术

国外通信、导航、遥感卫星取得重要发展；区块链、吸气式离子推进等新概念技术推动天基应用的创新发展。

侦察与预警卫星系统组网更新。美国第五颗“未来成像体系”卫星和第四颗“天基红外系统”卫星相继发射，实现两大系统组网运行，前者是5颗卫星组成的雷达成像侦察星座，具备重点区域的快速重访能力，后者由4颗卫星和在轨的3个大椭圆轨道载荷组成，可提升美军对全球导弹发射的预警能力。西班牙“帕兹”雷达成像卫星2月成功部署，可增强西班牙以及欧洲整体的天基成像侦察能力。日本“光学六号”“雷达六号”卫星成功发射，分辨率均可优于0.5米，不断升级侦察监视卫星能力。印度“制图卫星”-2F卫星成功发射，完成该系列全部7颗卫星部署，其中后四颗为改进型号，将替换前三颗超期服役卫星，确保稳定的侦察监视能力。

通信卫星。新型军用通信卫星持续部署和应用。美军第四颗“先进极高频”卫星10月成功发射，可实现全球范围强电磁对抗环境下的安全通信；“移动用户目标系统”启用新型宽带码分多址信号，通信容量可提高10倍。俄罗斯第二颗“钟鸣”卫星成功部署，加快建设宽带卫星通信系统，保障高速互联网接入、数据传输和视频会议通信等。日本“煌”-1/“超鸟”-8卫星4月发射，逐步构建覆盖印度洋和太平洋地区的军事通信卫星系统，提升日本自卫队指挥通信能力。

低轨卫星互联网星座开展在轨试验。加拿大电信卫星公司和美国SpaceX公司分别部署试验卫星，包括1颗“低地轨道”-1卫星和2颗“丁丁”卫星，开展低轨卫星互联网巨型星座的先期验证。加拿大电信卫星公司的星座计划由117颗卫星组成，部署在高度1000千米轨道，拟提供吉比特/秒量级的宽带接入；SpaceX公司的星座在第一阶段将由4425颗卫星组成，部署在高度1150～1320千米轨道，提供覆盖全球的高速互联网服务。

导航卫星多极化发展态势进一步加强。全球卫星导航系统持续发展。美国持续推进新一代GPS卫星研制，计划在12月发射首颗卫星。该型卫星定位精度可达0.5米，采用信号增强的点波束提升抗干扰能力，完善星间链路增强系统的自主运行能力。俄罗斯“格洛纳斯”系统补充2颗卫星，确保星座稳定运行。欧洲“伽利略”系统增加4颗卫星，在轨卫星达26颗，已具备星座组网运行能力。

区域卫星导航系统建设达到关键节点。日本“准天顶卫星系统”投入运行，可使日本周边GPS定位精度提升至亚米级，增强日本在该地区的导航定位优势。印度区域卫星导航系统补充1颗卫星，替换因原子钟故障失效的卫星，已恢复星座组网。

英国和韩国谋划独立导航卫星系统。英国受脱欧影响而无法使用欧盟“伽利略”系统的公众安全服务，因此提出建设独立的全球卫星导航系统，计划在2020年建成。韩国在《第三次航天开发振兴基本计划》中，提出发展由3颗地球静止轨道卫星和4颗倾斜地球同步轨道卫星组成的区域卫星导航系统，计划在2034年建成。

新概念卫星及技术。小卫星技术持续进行研发和在轨验证。美国防高级研究计划局4月启动“黑杰克”项目，旨在研发标准化设计、快速生产、自主运行等技术，分解大型军事卫星功能和降低研制成本，构建由60～200颗卫星组成的低轨星座，实现全球连续覆盖，并通过与商业星座“共生”提高弹性能力；已与空军联合启动研发小型、轻质、低成本的红外望远镜，设计用于大规模小卫星星座，实现持续和可调整的天基侦察监视能力。

区块链技术用于研发自主决策航天器。美国国家航空航天局4月启动研发基于区块链技术的自主决策航天器。该项目由阿克伦大学开展，利用以区块链技术研发认知性的航天系统网络和计算设施，用于分布式航天器自主协同执行任务、航天器在轨自主躲避太空碎片、减少深空通信和导航对地面站的依赖等。区块链技术本质上是一个去中心化的数据库，所有存储节点能够自由安全地交换数据。

吸气式离子推进技术完成地面点火试验。欧洲航天局3月宣布成功进行了世界首台吸气式离子推力器的地面点火试验。试验模拟了高度200千米、飞行速度7.8千米/秒的空间环境。吸气式离子推力器通过创新设计的气体进口捕捉极稀薄的气体分子，当气体分子被收集并压缩达到一定阈值时，推力器将其施加电荷，使其成为离子，离子在电场作用下高速喷出产生推力。试验最初利用粒子流发生器收集氙粒子实现重复点火，随后对氮氧混合气体分子进行了成功试验。试验表明，吸气式电推进有望使卫星运行在非常低的轨道，也可用于行星外大气层环境。

空间对抗装备及技术日趋成熟

在空间态势感知技术持续发展的同时，在轨机器人、机载激光反卫、空间碎片移除等空间攻防技术取得重要突破。

美军空间态势感知技术持续发展。美国持续完善空间态势感知装备，包括首部S波段“太空篱笆”雷达系统完成集成，其部署在西太平洋中部的夸贾林环礁，可与部署在澳大利亚的C波段雷达共同加强对亚太地区上空目标的监视能力；国防高级研究计划局启动“太空环境开发”项目，通过机器学习方法，综合运用天基和地基数据预测72小时内的近地轨道环境，为太空作战指挥官战役战术行动提供支持。

俄罗斯8月恢复了苏联时期建造的空间监测望远镜网络，利用全球部署的10个天文台拓展俄境外空间监测能力，此外还在境内建造8个应急卫星观测站。

日本1月启动研制2部新型地基空间目标监视雷达，分别监视低地轨道和地球同步轨道，计划在2023年建成。

空间攻防技术取得重要突破。美军完成轨道机器人项目初步设计评审。7月，DARPA“地球同步轨道卫星机器人服务”（RSGS）项目通过初步设计评审，其海军研究实验室设计的机器人载荷符合目标，可与劳拉空间系统公司的卫星平台兼容，确保了在2021年进行在轨试验的进度要求。此外，DARPA计划与NASA合作建造“在轨机器人服务站”，平时用于燃料加注、修理等任务，战时则可破坏敌方卫星。

俄罗斯积极推动发展反卫技术。2018年，俄罗斯积极发展机载激光、地基激光、电子战飞机等反卫技术。金刚石-安泰公司2月完成可攻击敌方卫星的新型激光武器研发。该系统安装在别里耶夫A-60SE飞机上，利用激光脉冲致盲敌方卫星或烧穿敏感的光学器件，有效作用距离为1500千米。此外，俄罗斯加快研发可用于反卫星的“伐木人”-2新型电子战飞机和地基激光器等，其中“伐木人”-2飞机据报道可关闭导航卫星、通信卫星的星载电子设备，以及对地面、空中、海上任何目标进行电子抑制；地基激光器计划改造阿勒泰光学激光中心的望远镜，用于发射可烧灼摧毁太空垃圾的激光束。

欧洲开展在轨碎片移除技术试验。9月，英国“空间碎片移除”（RemoveDEBRIS）卫星成功开展世界首次真实太空环境下飞网抓捕立方星技术验证，后续还将验证鱼叉穿刺靶板、运动跟踪、拖曳帆离轨等技术。该系列试验将加速空间碎片移除技术的实用化进程，对空间对抗技术发展也将产生影响。