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盘点09全球航天武器技术发展事件:美欧双边争

资料图:波音公司美国空军研制的X37B军用空天飞机

2009年的全球航天武器技术发展以美国和欧洲最为耀眼,呈现出双边争锋的景象,两者在技术纷争中合作,并驾齐驱地推动航天技术的新发展。

欧空局和英国政府推进“空天飞机”概念研发

2009年3月消息,欧空局和英国政府授予英国喷气发动机有限公司(REL)一项价值100万欧元(128万美元)的合同。该合同是“云霄塔”(Skylon)空天飞机吸气式火箭发动机研发项目的一部分。

“云霄塔”是一种无人驾驶的可复用空天飞机,最大载荷达12吨。它能够从一般机场跑道起飞,将货物送入轨道后返回同一跑道。但是这一项目面临众多竞争者,也包括自身的技术挑战。喷气发动机公司的项目负责人Hempsell 称,“云霄塔”空天飞机的独特之处在于其特有的SABRE混合发动机。因此,“云霄塔”的设计有着超越其他空天飞机的潜在优势,旨在取代老化的航天飞机以及“阿里安”或“战神”火箭。

在冷却技术方面,“云霄塔”空天飞机的SABRE发动机将氢作为燃料、液氧用作冷却剂。这意味着吸气模式将依赖于一个创新性的热交换预冷装置,它负责将压缩后的空气冷却,并与混合燃料一起进入火箭发动机。一旦空天飞机进入火箭模式,混合燃料将与液氧一起点燃。

在喷嘴工艺方面,“云霄塔” 空天飞机在STERN 原型发动机的基础上,还试图利用重新设计的排气喷嘴,使发动机具备更大功率。“云霄塔”空天飞机的新喷嘴包括一个中央“塞”,迫使废气在塞子和外壁间流动。如果新喷嘴设计成功,“云霄塔”空天飞机的载荷运输能力可能增长10%。

盘点09全球航天武器技术发展事件:美欧双边争

资料图片:2009年2月10日11时55分,美国铱卫星公司的“铱33”商用通信卫星与俄罗斯已报废的“宇宙2251”军用通信卫星相。

美国通信卫星与俄罗斯废弃卫星空间相撞

据美国战略司令部空间监视网观测,美国东部时间2009年2月10日上午11时55分(北京时间2月11日0时55分),美国“铱-33”通信卫星与俄罗斯已经废弃的“宇宙-2251”通信卫星在西伯利亚北部上空约790千米的轨道上相撞,形成超过500个较大的碎片。这是人类历史上首次两颗大型卫星相撞事件,预示着空间安全环境的日益恶化。美国战略司令部将这一观测结果告知美国国家航空航天局(NASA)约翰逊空间中心下属的空间碎片项目办公室,用于评估相撞事件是否会威胁到国际空间站的运行安全。

美国的“铱星”低轨通信卫星系统由分布在6个轨道面的66颗卫星组网。“铱星”公司表示,将在30天内完成备份星替代“铱-33”卫星的工作。但是,相撞造成的碎片是否会威胁到其他“铱星”的运行安全,还有待进一步的观测判断。这是航天史上的首次卫星相撞事件,对空间环境的破坏也是最为严重的一次。目前,约有130多颗通信、气象和遥感等卫星运行在轨道高度为750-850千米的太阳同步轨道或极轨道上。美俄卫星相撞产生的大量碎片,可能将在一定程度上危及这些卫星的安全运行。卫星相撞事件引发人们对空间安全问题的强烈关注。世界主要航天国家多次举行相关会议,希望制定空间行为准则、建立空间信任措施和增加空间发展透明度。

美国防部提前启动卫星跟踪服务

据路透社2009年4月28日报道,美国军队可能在2009年10月以前完成对800颗机动卫星的碰撞分析。美国战略司令部空间联合功能构成司令部的拉里?詹姆士司令表示,空军一直致力于应对日趋复杂和拥挤的空间环境,但仍存在许多挑战。

继2月10日美俄卫星发生碰撞后,美空军增补了大量分析家和计算机处理器,以便更好地跟踪卫星和空间碎片。美国军方或其他私营跟踪机构都未能对此次碰撞做出预告,这对于美军“明确演示空间资产弱点”的未来计划造成了重大影响。

美空军预计10月1日前将卫星跟踪数量增加到800颗活动的卫星,甚至可能提前完成指标。此举可进一步加强与商业卫星运营商的接触,以加强数据共享,从而改善数据的实时和精确性,并保护敏感情报。空军官员们正在制定有关的法律协议以扩展一项领航计划。该计划允许商业用户获取空军轨道位置数据,可能还包括联合评估、发射支持和其它服务。

此外,美空军还在探索将政府传感器置于商业卫星的可能性,由此帮助改进空间监控的力度。国际通信卫星组织副总裁认为,美国政府需要决定是否要建立一个类似于联邦航空管理局空中交通控制系统的空间控制系统。

盘点09全球航天武器技术发展事件:美欧双边争

2009年2月10日,美俄卫星相撞。这是人类历史上首次发生完整的在轨卫星相撞事件。图为欧洲航天局发布的电脑合成照片显示约有12000块太空碎片围绕地球运转,太空原来如此拥挤。

美国防部新型空间系统的研发面临挑战

2009年4月30日,美国政府责任办公室(GAO)主任Cristina Chaplain告知美国众议院军事委员会的战略力量分委员会,美国政府和工业界合作伙伴在国防部新型空间系统的研制方面面临挑战。

为准备这次陈述,美国政府责任办公室依赖自身在空间和其他项目上的积累,包括以往关于个别空间项目评审、常见问题对空间系统采办的影响以及国防部采办政策的GAO报告。Chaplain的陈述主要集中在以下四个方面:(1)空间采办环境;(2)成因;(3)航天工业基础观察;(4)为更好的部署项目和实现航天工业蓬勃发展的建议。

从2008财年到2013财年,重大空间采办项目的估算成本已经增加了109亿美元。针对部分项目,国防部不得不削减数量和能力以应对逐步攀升的成本。而另一些项目,则在存在成本增长和相关问题的同时,仍始终坚持。首先,国防部启动的武器项目超过了它所能承受的数量,开创一种投资竞争以鼓励成本估算的降低和进度的优化;其次,国防部在确定能利用可用资源而获得某种能力之前,就启动了空间项目。

美国政府责任办公室和其他承包商发现许多阻碍采办进程的压力,包括野心勃勃的需求、产业合并的影响以及技术专家的不足。虽然国防部已经采取许多行动处理GAO报告中提到的问题,但仍旧需要额外的领导和支持以确保国防部改革的执行。

射束能量推进技术的最新进展

美国科技商评网2009年8月5日报道,在丹佛举行的第45届联合推进器会议与展览上,研究人员、科学家和工程师们将讨论航天器和商用飞机推进系统的最新进展。所讨论的热点之一是射束能量推进技术,即利用定向能量射束,加热航天器推进剂或者向其发动机输送电流。通过取消火箭自身的能源,射束能量推进技术使航天器发射变得更廉价,更可靠。

射束能量概念是在1970年代后期,由NASA艾姆斯研究中心和加州理工学院构想出来的。这一概念利用激光器作为热交换器,使能量变成一种可流出喷嘴的热流体。当前,研究人员正在开发陆基激光器系统,利用这种系统加热燃料如氢燃料,达到一个更易控制的温度。利用外部光源可以减轻火箭自身携带的系统重量和质量,为科学有效载荷留出空间,并提供更大的推力。

来自伦斯勒理工学院的研究人员称,最近3-5年,这种系统已离现实越来越近了。这名研究人员已进行过验证,利用光脉冲加热推进剂,将一艘小型“光运载具”在空中推进了71米。当前,他从美国空军获得了一份5年合同,开发低成本、高可靠性的卫星发射用激光推进系统,并在巴西与该国空军协作进行试验。他称,该系统可在5-10年内实现。来自洛克希德?马丁公司航天系统公司管理人员表示,大气干涉可能对射束造成影响。他称,尽管该系统能够产生足够的动力,并降低成本,但它要成为切实可行的还需20年。

盘点09全球航天武器技术发展事件:美欧双边争

美国未来太空战想像图

美国空军准备新太空系统的密集发射期

美国航空周刊2009年9月18日报道,美国空军太空与导弹系统中心司令约翰?谢里丹中将称,自50年前冷战以来,美国空军准备进入最繁忙的部署新太空系统的阶段。

谢里丹在9月17日出席美国航空与航天学院的2009太空大会时称,在未来24个月,美国空军准备发射6个全新的太空系统。发射活动密集在很大程度上是因为几个项目在过去两到三年由生产和开发的停顿造成了重叠。因此,这对空军来说确实是关键时期。

这一系列的发射以10月美国下一代国防气象卫星计划的DMSP-5D3 F18气象卫星,以及被推迟的天基太空监视(SBSS)卫星的发射为起点。DMSP-5D3 F18准备由“宇宙神”-5火箭从范登堡基地发射。SBSS将提供24小时/7天的太空监视,并能使LEO和GEO轨道的监视分辨率提高一个数量级,使用电光学相机对卫星和太空碎片进行探测、跟踪和成像。

2009年11月,美国空军计划使用“德尔它”-4火箭发射“宽带全球卫星通信”-3卫星(WGS-3)。WGS-3能提供高容量的X和Ka波段的通信,设计用来逐步替代现有的国防卫星通信系统(DSCS)星座。WGS-2已经服役。 首颗GPS-2F导航卫星目前最新的发射日期为2010年5月10日,预计将在2009年12月到2010年1月间运往发射场,准备由“宇宙神”-5火箭发射。 首颗先进极高频(AEHF)卫星准备2010年夏季到秋季之间发射。AEHF将是军事星通信系统的继任者,将担负起战略和战术防御任务。与加拿大、英国和荷兰合作者合作,AEHF将提供北纬85度至南纬25度之间安全、可持续的卫星通信。

两年期的密集发射将随着首颗SBIRS-GEO 1卫星的发射而结束,SBIRS-GEO 1是由洛马公司建造的天基红外系统(SBIRS)卫星。SBIRS计划由静地轨道卫星和高椭圆轨道卫星组成,设计用来提供导弹预警和探测、导弹防御和情报等信息。首个发射窗口是“2010年末到2011年初或2011年中”。

欧洲整合天基安全与防务

美国《航天航天电子周刊》网站2009年10月28日报道,欧洲打算构建一套通用的需求及体系机构。该机构可以作为基础设施,服务于民事防务与军事卫星系统的联合网络。在近期召开的一次研讨会上,欧盟各局与欧空局同意制定一份路线图,普查用户对天基安全任务的需求,鉴定目前能满足这些需求的两用能力,并测定需要解决的能力缝隙。这一进程可能会形成单一系统的界定,几乎囊括欧洲除了信号情报、预警及纯粹防御系统之外所有的安全能力。

名为“太空与安全结构性对话”工作组是启动这项进程的基础,它可以联合欧空局、欧洲防务局、欧盟,以及欧洲理事会秘书处。这份新工作的动因来自欧盟内部利用空间以便形成安全与国防能力日益增长的需求,以及欧盟国家加强军事空间合作的趋势;另外一个动因是《里斯本条约》。长期以来,欧盟与欧空局一直寻求在欧洲安全与防御领域发挥作用。2008年底欧空局启动了两项新的安全计划—— 一个是太空态势感知(SSA)活动,另一个是欧洲数据中继系统。欧洲防御局也已经开始制定太空态势感知初始军事需求。

当前,欧空局正在研究的一个方案是“欧洲太空及时响应系统”,就是通过将导航、卫星通信、对地观测与其它能力集成为单一、合作的、用户驱动的系统,寻求解决这一弊端。这一方案又称为“门神”,尚处于早期阶段,一段时间内还不能形成可执行计划。工业界消息称大致时间表是:在2011年前完成准备工作,2014年左右开始研发一套运行系统。无论怎样,这套系统已经吸引了防务界的兴趣。不久前,北约联合空中力量能力中心官员曾建议,“门神”和GMES、“伽利略”一样,对北约和盟军来说应该是有用的,具有成本效益。

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