航天快速发射内涵分析

杨永锋，李明泽，钱 军，赵 磊

(中国酒泉卫星发射中心，酒泉，732750)

综述

航天快速发射内涵分析

杨永锋，李明泽，钱 军，赵 磊

(中国酒泉卫星发射中心，酒泉，732750)

航天快速发射内涵分析是理论研究的重要内容，针对目前航天快速发射内涵不清的现状，以航天快速发射的需求为切入点，明确航天快速发射的特征,梳理归纳出航天快速发射提供的4种能力，基于需求、技术和性能3个维度，给出了航天快速发射的定义。这对于促进航天快速发射能力建设，具有重要理论和实践价值。

航天；快速发射；内涵

0 引 言

“快速发射”的概念起源于战略导弹，在20世纪70年代引入运载领域，在20世纪80年代美国开始研制飞马座火箭，验证快速机动发射的可行性。进入21世纪，航天发射迅猛发展，开始实现由进入空间到应用空间的过渡，在这一发展浪潮的推动下，航天领域专家提出了很多新理论、新概念、新观点，其中就包括航天快速发射的概念。

航天快速发射的提出是信息化时代来临和航天力量兴起的产物，作为航天领域研究的热点，其诸多特点代表着航天系统的发展方向。但是目前对航天快速发射的研究还处于起步阶段，顶层设计缺失、技术革新保守，都是因为对快速发射的研究不足，缺乏理论支撑，无法指导实践。

目前，针对航天快速发射内涵的研究，虽然取得了一定成果[1～4]，但尚未建立航天快速发射内涵框架，存在内涵交叉、外延混乱等观点不一致的问题，严重阻碍了航天快速发射的发展，因此开展航天快速发射内涵的研究十分必要。

针对内涵不清、定义不明的现状，本文对航天快速发射的内涵做进一步的分析，旨在全面揭示航天快速发射的本质，弥补航天快速发射理论研究的不足，力求统一人们对航天快速发射的认识，为航天快速发射发展规划提供决策支持。

1 航天快速发射需求

航天力量的运用已经渗透到方方面面，面对突发性强且持续时间短的事件，如局部战争、剧烈自然灾害等，无法做到事前有效应对，要求空间系统在较短的时间内迅速做出反应需要航天系统提供应急支持。

传统航天发射侧重于对长期计划的处理，产品研制生产、发射场准备工作时间不确定，不能满足突发情况的需要。依靠在空间长期部署大量卫星的方式，以随时应对突发事件、耗资巨大且不符合实际的情况。因此，迫切需要一种快速发射力量，弥补传统航天发射的不足。梳理航天快速发射的需求，可总结为以下4个方面：

a）局部战争。

现代高技术局部战争是海陆空天一体化的战争，其特点就是充分利用卫星，作为侦查、通信、导航、预警的有效手段，卫星被称为作战效能的“倍增器”。为了满足战争对空间系统的要求，往往会在战前部署大量卫星，必要时还会进行应急发射。文献[5]指出，现代发生的4场典型局部战争，战争中都有应急发射卫星的情况，在战时单颗卫星的平均发射准备时间仅45天左右，单纯依靠传统航天发射方式远远不能满足要求。

b）自然灾害。

重大自然灾害发生时，以遥感卫星、通信卫星、导航卫星组成的“太空救援队”，为救灾指挥、次生灾害预防、灾害评估以及灾后重建提供信息。由于太空中部署卫星的数目有限，无法满足灾害发生时爆炸式的信息请求，通信卫星数量的不足极大地限制了抢险救援的开展，快速发射能够及时向空中投送所需卫星，满足地面对卫星数量的要求。

c）空间抢险。

随着空间攻防对抗的加深，目前已经有多国拥有了反卫星武器，此外，随着载人航天事业的推进，中国的航天工程已经进入空间实验室和空间站阶段，开展空间救援相关问题的研究已经提上日程。应对空间紧急事件，不能完全依赖产品的可靠性或者机动规避的方式，还需采用其它补救的方法。快速发射是空间维修、空间补网的有效应对方式，实现空间救援同样需要快速发射力量。

d）其它方面的需求。

由于航天发射的应用领域众多，对于快速发射的需求，除局部战争、自然灾害、空间抢险外，还包括其它方面，如中东、南海、中亚局势紧张，需侦查监视以提供态势感知；发生偶见的短暂科学现象，需提供卫星工具进行科学观测；新疆或敏感地区发生重大恐怖事件，需对热点地区提供连续的监视等。

2 航天快速发射特征

快速发射作为一种新型的发射模式，与传统航天发射相比，其任务需求和目标导向均不同，因而表现出的特点不同。快速发射的特点可总结为以下几个方面：

a）任务实施“突发性强”。

传统发射任务按照卫星工程规划与年度卫星发射计划相结合的方式进行，发射活动预先清楚，根据项目安排程序严格组织实施，具有“计划性强”的特点；快速发射任务主要满足不确定性的应急需求，发射任务和发射计划事先无法确定，针对不同的发射任务需要临时指定发射方案，具有“突发性强”的特点[3]。

b）任务目标预先不确定。

传统发射任务计划明确，预先确定每次发射采用的有效载荷、运载器、推进剂类型以及发射方式和入轨点等，具有“目标明确”的特点；快速发射的任务目标因应急需求的不同而不同，是应急通信、应急侦查还是应急补网均无法预先确定，无法明确发射要素，具有“目标不确定”的特点。

c）任务侧重于响应时间。

传统发射严格按照工程计划执行，准备时间长，投入费用高，一旦发射失败，损失严重，所以其发射任务侧重在成功率上，与传统航天发射相比，快速发射受应急需求的驱使，首先需要满足响应时间的要求，若一次发射失败可快速进行第二次发射，或者多枚航天器同时发射。

d）发射活动精简。

传统发射活动处理工序长，例如在测试工作上，要经历单机、分系统、整星的联合测试，涉及的设施设备多，准备活动复杂；快速发射为尽快缩短响应时间，其准备活动处理工序少，测试工作主要验证分系统间、分系统各单元设备间电接口关系的正确性与兼容性，发射活动紧凑、低冗余，具有精简的特点。

e）任务可靠性低。

快速发射为满足时间上的要求，会减少不必要的冗余部分来换取响应时间。此外，任务和目标的不确定性以及新技术应用带来的不确定性也会降低任务的可靠性。

f）产品价格低。

快速发射任务只针对特定的目标任务进行，航天器执行任务专一，有效载荷类型单一化，数量也较少，不追求全面的高性能，任务的实施往往采用小卫星和小型运载器，与传统发射中的航天器和运载器相比，其产品价格较低。

综上所述，航天快速发射具有与传统航天发射不同的特点，两者的特征对比如表1所示。

表1 快速发射与传统发射特征对比

3 航天快速发射提供的能力

目前，随着快速发射应用领域的不断扩大，对快速发射提供能力的研究不断深入，本文归纳了快速发射提供的4种能力：

a）增强现有空间能力。

空间高地作为新的战场，快速发射能够拓展空间系统的应用范围，为空间攻防对抗提供有力的支撑，使空间系统不仅具有战略服务能力，还具有战术应用能力，实现由“利用空间”到“控制空间”的转变。

b）重建失效空间能力。

卫星因寿命终止或者因空间武器破坏而失效，可运用快速发射力量迅速替换失效卫星，快速组建新的卫星星座，补充天基系统，保持其原有功能，弥补空间空隙带来的风险，保证空间系统的正常运行。

c）信息保障能力。

当处于战事打响或战事升级需要的状态，迅速发射卫星以缓解在轨卫星的高负荷状态，对态势变化较快的目标持续跟踪，获取最新的目标态势图，同时加强对特定时间段和敏感区域的持续侦查，为指挥人员提供丰富准确的信息，增强对未来态势的有效预测。

d）救援支持能力。

发生剧烈自然灾害时，实施快速发射以迅速弥补卫星数量的不足，实现应急通信与应急探测，发挥应急卫星的辅助决策作用。此外，随着载人航天活动的不断增加，当发生空间紧急事件时，快速发射飞船以提供救援支持，避免重大生命财产损失。

4 航天快速发射定义

“航天快速发射”是近几年新兴起的名词，查阅各类文献资料，尚无明确的定义，一是因为航天快速发射的概念还处于不断发展、不断完善的阶段，其理论研究还不够成熟；二是不同的研究者站在不同的角度对于航天快速发射都有不同的理解，很难达成统一。

针对航天快速发射定义，国内外学者分别从需求[7,8]、趋势[9,10]、特征[11,12]和能力等角度进行描述性的定义，在定义中，“快速”通过具有相对特征的词语来描述，而“发射”通过一系列的准备过程来表征。这种定义方法往往只展现快速发射的某一个侧面，未能全面揭示快速发射的本质。航天快速发射作为一种新型的发射方式，需综合考虑其现实需求、目标导向和客观实际，因此获取航天快速发射的定义需考虑以下3个维度：

a）需求维度，决定了航天快速发射的现实意义。航天快速发射来源于现实需求，实现快速发射的根本动机是为空间快速应用提供支撑，最终达到满足空间需求的目的。所以，航天快速发射在强调时间响应的同时，更应该侧重功能上的响应，通过地面的规划、协调、组织、部署，及时满足用户需求。目前，航天快速发射的研究普遍局限于发射场的活动，并没有考虑研制生产环节，因此断开了用户需求与准备工作的联系。快速发射系统中的地面支持系统，虽以发射场为主体，但是单纯强调发射场的“快”，而忽略了生产研制这个“源头”，这是对航天快速发射的一种片面性的理解，不具有现实意义。

b）技术维度，决定了航天快速发射的实现方式。航天快速发射是及时应对不确定性的一种新型发射方式，这一点与传统航天发射有本质不同。对突发事件的适应性，涉及到对目前的作业程序、指导思想、组织结构的重大改变。因此，实现航天快速发射并不是在现有的技术体制上进行单纯的成熟化设计，如流程优化、渐进式技术改进等，而是通过理念和技术革新，围绕航天快速发射关键要素，建立新的技术体制。

c）性能维度，决定了航天快速发射的效用水平。航天快速发射，以及时满足用户需求而存在，“快速性”是对航天快速发射的根本要求，但航天快速发射作为对传统航天发射的继承和发展，是航天系统整体性能提升的标志，而不是单纯表现在快速性上。衡量航天快速发射的效用，需要从响应性、经济性、机动性、灵活性、生存性、可操作性、互操作性等多个方面综合考虑，否则会陷入以空间换时间，以成本投入代替技术革新的惯性思维中。

航天快速发射，是在功能和性能上对传统航天发射的延伸和扩展，其立足于满足突发事件需求，力求保证最大限度内发挥航天系统的支援作用，以快速性为首要目标，兼顾经济性、机动性、灵活性、生存性、可操作性、互操作性，通过对航天发射理念和技术上的革新，最终形成快速发射力量，达到快速进入空间的目的。其侧重于对突发情况下空间需求的灵活应对，重点强调航天系统必须具备快速支援、补充以及重构的能力，其定义分析如图1所示。

图1 航天快速发射定义分析示意

考虑以上3个维度，结合航天快速发射的特征，对航天快速发射可做如下定义：a）广义上讲，就是指航天系统高效完成发射任务，及时满足空间需求的新型航天发射能力；b）狭义上讲，是指在接到发射命令后，快速实现运载器和航天器的生产研制、集成、测试、加注和发射的全过程。

5 结束语

本文对航天快速发射内涵进行了细致的分析,梳理了航天快速发射的需求并明确了特征，归纳了航天快速发射提供的4种能力。为全面揭示航天快速发射的本质，综合考虑需求、技术和性能3个维度，做出了航天快速发射的定义。本文进一步丰富了航天快速发射的内涵，弥补了航天快速发射理论研究的不足，对于提升对航天快速发射的认识水平，避免陷入认识上的偏颇，为顶层设计人员提供规划参考，促进航天快速发射能力建设，具有重要意义。

[1] 蔡远文, 辛朝军, 程龙, 李旭光. 航天快速发射现状与发展[C].西安：第四届军队高层次科技创新人才工程学术交流会，2014.

[2] Matthew G. Implementation Challenges for Responsive Space Architectures[C]. Los Angeles: 7th Responsive Space Conference, 2009.

[3] 陈志敏, 李宏. 快速响应空间发射场系统能力建设探讨[J]. 导弹试验技术, 2013, 1: 2-5.

[4] 李洪良. 航天器应急发射需求与技术分析[D]. 北京：装备学院, 2008.

[5] 李明泽，航天快速发射需求研究[J]. 现代电子技术, 2014, 37(19)：125-127.

[6] Ed A, Jeffrey R. Rapid launch: the third pillar of responsive space[C]. California: AIAA SPACE 2011 Conference & Exposition, 2011.

[7] 庞建国, 陈志敏, 叶正茂, 刘书华. 基于快速测试发射的发射场保障技术分析[J]. 导弹试验技术, 2012, 4: 40-43.

[8] 刘竹生, 孙伶俐. 航天运输系统发展及展望[J]. 中国科学, 2012, 42(5): 493-504.

[9] 殷兴良, 申世光. 构造快速进入空间和应用空间的能力[J]. 中国航天, 2002(2): 12-13.

[10] 邓启文, 沈雪石. 加快发展空间对抗技术, 提升我国空间对抗能力[J]. 军事学术, 2012, 1: 2-5.

[11] 郑永煌, 张桂洪. 快速响应航天测试发射技术探讨[J]. 东风航天, 2010, 5: 1-5.

Connotation Analysis on the Aerospace Rapid Launch

Yang Yong-feng, Li Ming-ze, Qian Jun, Zhao Lei
(Jiuquan Satellite Launch Center of China, Jiuquan, 732750)

Connotation analysis on the aerospace rapid launch is an important part of the theoretical research. On the issues that the connotation of aerospace rapid launch is not clear, the requirement of aerospace rapid launch is researched. The characteristic is clearly put forward and four abilities of the aerospace rapid launch are carded. Based on the three latitudes of requirement, technique and performance, a definition of aerospace rapid launch is given. It is important to promote capacity building of aerospace rapid launch.

Aerospace; Rapid launch; Connotation

V553

A

1004-7182(2016)05-0044-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160510

2016-01-29；

2016-05-26

全军军事科研计划课题暨国家社科基金军事学项目（15QJ003-028）

杨永锋（1976-），男，工程师，主要研究方向为航天测试发射技术总体