DARPA携手商业航天公司共同为未来太空竞争布局

北京远望智库科技咨询有限公司高级研究员 黄志澄

自美国总统特朗普上台以来，美国开始对其战略竞争对手从政治、军事、经济和科技等各个方面进行施压，这在太空领域表现尤甚。2017年12月，美国公布了《国家安全战略》；2018年1月，美国公布了《国防战略》；2018年3月，美国又进一步公布了《国家太空战略》。这些文件明确指出，美国必须维持在太空自由行动领域的领导地位，并对任何干扰或攻击美国太空资产及对其利益造成威胁的行为进行报复。为此，这些文件要求美军优先发展弹性、重建和作战能力，以确保增强美军的太空作战能力。这些文件还要求美军加紧实施转变太空体系架构，增强威慑和作战能力选择，以进一步提升美军太空作战的基础能力。美国国防高级研究计划局（DARPA）作为美国国

一、邀请商业航天公司共同讨论未来太空竞争

DARPA成立于1958年，成立的目的是防止战略意外对美国国家安全产生负面影响，并通过保持美军的技术优势，为美国的竞争对手制造战略意外。DARPA与多种多样的执行机构合作，既通过基础研究增进知识，又通过应用研究解决当前的实际问题，通过创造创新技术，并采用多学科交叉研究来完成其使命及任务。DARPA虽然承担的项目持续时间有限，但却带来了持久的革命性变革。

DARPA自成立以来，对发展军用卫星作出了许多贡献。在2002财年，时任国防部长拉姆斯菲德命令DAPRA开始着手制定一项雄心勃勃的计划，通过“保证美国畅通无阻进入太空”和“保护美国航天资源不受攻击”等方针，确保美军保持独一无二的太空优势。DAPRA将其工作概括为以下5点：

一是进入太空与基础设施：快速、低成本地进入太空；

二是太空态势感知：了解太空中存在的其他物体及其当前活动状态；

三是航天任务保护：保护美国航天资源完好无损；

四是航天任务拒止措施：防止敌人利用航天设施伤害美国及其盟国；

五是保障太空行动：保障地球上军事行动的遥测、通信和导航。

2018年9月5—7日，DARPA在美国马里兰州举行了60周年纪念会议，主题为“突破性技术——过去、现在、未来”。DARPA局长史蒂文·沃克(Steven Walker)在开幕式上表示，DARPA必须继续保持高度的适应性和敏捷性，以及“首先创造未来”的能力。为此，他提出了以下4项战略重点：

第一，保护美国免受存亡威胁。沃克表示，与如今集中式、昂贵且过度扩展的单个系统相比，DARPA必须启用“系统体系架构”，因为这种架构能够更好地抵御攻击，且开发成本更低，升级速度更快。

第二，为美国军队提供能力，以在大规模冲突中慑止和战胜水平相当的对手。沃克认为，美国需要在所有疆域分解作战资产，并专注于开发可提高杀伤力且迅速响应的项目。在这些场景下，太空和电磁领域都显得尤其重要。

第三，更有效地从事反恐工作。沃克指出，DARPA需要开发出支持在城市环境中作战的技术。

第四，其他所有任务的基础——基础研究。沃克表示，DARPA需要继续赢得21世纪重要的技术竞赛：人工智能、先进微电子、合成生物学、神经技术、新型计算技术，而且要对社会科学有更深入的了解。

在DARPA 60周年纪念活动中还举办了一场研讨会，主题是 “太空的未来”（Future of Space）。DARPA与合作方共同讨论了当前在太空领域的项目，并展望了未来的关键太空技术。出席研讨会的有DARPA前局长托尼·特瑟（Tony Tether）博士，美国国防部主管科研和工程的副部长、前NASA局长迈克尔·格里芬（Michael Griff i n）博士，以及SpaceX公司总裁格温·肖特维尔（Gwynne Shotwell）女士、Planet公司创始人罗比·辛格勒（Robbie Schingler）先生。通过研讨，与会者共同认为：几十年来，美国依靠其建造、发射和运营先进太空系统的能力，享受着全球太空优势，然而，在过去10年中，这些优势正在因同行和竞争对手在太空能力（微电子革命、小型卫星和更好的太空进入能力）的提高而退化。SpaceX公司这样的新兴商业力量正在引发新一轮的技术变革，太空作战带来新的发展、部署和运作模式，颠覆了美国国防部和其他政府机构所长期依赖的传统方法及路径。这些新的力量既是挑战，也是机遇。在这种充满不确定性的环境中，迫切需要对太空的未来进行谋划。

值得注意的是，格里芬博士在会上阐述了未来的关键太空技术：一是核动力推进。采用核动力将深刻改变航天器推进方式，但当前并未开展相关研究。二是原位资源利用。重返月球最有价值的方面是从月球中获取原位资源，而不必从地球上运送相关资源。三是大规模定向能。在太空收集能量并将能量定向发送到太空其他位置，为其他设备供能，以加强太空能源的收集与利用。

二、支持商业航天公司，以增强太空体系的弹性

2018年版美国《国家太空战略》强调必须加速变革，以便增强太空体系的弹性与防御能力，以及在遭受打击后的重建能力，并强调简化监管框架、政策和程序，以更好地利用和支持美国商业产业。实际上，增强太空体系的弹性将使整个体系从系统防护向能力保证转变，目的是确保军事航天系统能够在较低的风险下完成作战任务。为了使太空体系在面临攻击时更具弹性，DARPA近年来开展了以下几方面的工作。

（一 ）在进入太空领域

在进入太空领域，发展一种低成本的发射小型卫星入轨的体系。2002年，DARPA开始启动“空中发射辅助太空进入（ALASA） ”项目，最终选择了波音公司的用F-15飞机发射小型火箭的方案。不过在研制过程中，火箭发动机所用非常规推进剂NA7出现问题，NA7是四氧化二氮和乙炔的混合物，地面试验发现，这种推进剂的燃烧稳定性低于预期。因此，在2015年11月，DARPA取消了火箭研制工作。2003年，美国空军和DARPA联合对“猎鹰（FALCON） ”计划招标，当时创立不久的SpaceX公司就获得了该项目中的小型运载火箭 （SLV）合同。在SpaceX公司的“猎鹰1号”火箭初试失败后，DARPA仍然给予支持，对SpaceX公司的发展壮大功不可没。

2013年，DARPA启动了“实验性航天飞机（XS-1） ”项目。该项目要求整个系统能将大于1361kg的有效载荷送入轨道倾角为90o、高度为185.2km的地球圆轨道。在没有上面级或有效载荷时，航天飞机的第一级能在10天内飞行10次，每次发射费用为500万美元。该项目的目标是研制一种可重复使用的助推器，以验证快速反应和低成本的航天发射能力。2017年，DARPA仍选定由波音公司来承担XS-1项目第二和第三阶段的研制工作。波音的方案称为“鬼怪快车”（Phantom Express），其方案将采用AR-22发动机，AR-22是航空喷气洛克达因公司（Aerojet Rocketdyne）在“航天飞机主发动机（SSME） ”基础上进一步研制得到的。但目前波音研制的航天飞机能否在2020年如期进行试飞，存在着很大的不确定性。

同时，当前在军事上，微小卫星的应用日益广泛。目前，美军发射卫星及星座部署和组网均采用了大中型运载火箭。DARPA为了摆脱这种限制，在2019财年设立了“太空弹性快速响应发射”项目，以推动发射微小卫星的专用小型运载火箭的发展。这个项目实际上是展示小卫星快速发射能力的一项有奖竞赛。1年后，矢量航天（Vector Space）公司、Vox航天公司和另一家公司获得了参赛资格。Vox航天公司是维珍轨道公司在美国注册的子公司，维珍轨道公司正在研制“运载器一号”空射系统。

（二 ）在利用太空的卫星领域

在利用太空的卫星领域，DARPA在“太空增强作战效能（SeeMe） ”项目的基础上，在2019财年重点发展“黑杰克（Blackjack） ”项目，该项目旨在利用商业公司研发小体积、小质量、低功率、低成本的低地球轨道（LEO）卫星星座。最终目标是实现军方卫星有效载荷的高度网络化、弹性和持久性，能够持续在全球范围内为军方提供最大的超视距遥感、信号和通信功能。每颗“黑杰克”卫星由1个商业化卫星平台、1个控制单元（Pit Boss），以及1个或多个能够自主运行超过24h的军用有效载荷组成。截至2019年1月，DARPA已经与4家公司签署了“黑杰克”项目的合同，其中Telesat和Airbus两家公司为商业化平台供应商，另外两个为有效载荷供应商。2019年2月1日，DARPA发布广泛机构公告，就“黑杰克”项目之下的Pit Boss子项目向行业征求解决方案。美国参议院军事委员会在2019财年国防预算中，对DARPA的“黑杰克”项目新增1.1亿美元预算，用以加速太空网络基础设施建设及军事导弹预警星座在轨验证。美国空军也向国会申请为这个项目增加了5000万美元预算。这些足以证明美国军方对加速发展低轨军事卫星星座的重视程度。

与此同时，DARPA还通过“雷达网”“小卫星传感器”等项目以发展适用于微小卫星的卫星通信载荷与卫星遥感载荷，以及通过“平面成像仪”项目，积极探索新型光学成像系统的技术方案。

（三 ）在太空态势感知领域

在太空态势感知领域，为解决美军存在太空态势感知盲区的问题，DARPA将从注重卫星研发逐步向重视数据应用与作战能力建设转变。DARPA于2004财年设立“太空监视望远镜”项目，希望构建精确识别与定位深空微小目标的太空态势感知系统。2011财年设立的“太空领域感知（SDA） ”项目，则希望通过对散布的太空目标数据进行收集、处理、融合，进一步强化美军的太空态势感知能力。在完成上述两个项目之后，DARPA又于2016财年设立了“标志”项目，瞄准太空作战管理与指控平台的建设。

（四 ）在太空对抗领域

在太空对抗领域，美军逐步掌握低轨和高轨合作或非合作目标的自主逼近、交会、对接、捕获，以及绕飞、伴飞等在轨操作的关键技术后，DARPA将利用发展静止轨道卫星在轨服务能力，发展太空攻防对抗的实战能力。2006年，DARPA设立了“F6”项目，要求研制并演示验证实现分布式航天器体系结构的关键技术。2011年，DARPA设立了“凤凰”项目，要求研究如何重新利用静止轨道已退役或失效卫星上有价值的部件。2012年和2013年，美国初创的商业航天公司NovaWurks就获得了这个项目的两项合同。在2015财年预算中，“凤凰”计划被拆分为新“凤凰”和“地球同步轨道卫星机器人服务（RSGS） ”两个项目。新“凤凰”仅保留原“凤凰”的前期阶段，将在近地轨道开展有关细胞星的飞行试验；RSGS是原“凤凰”的后期阶段及后续拓展。2016年3月，DARPA开始征集RSGS的商业合作伙伴。DARPA负责研发模块化硬件和软件工具包，提供机器人技术、专业知识和政府发射机会；劳拉太空系统公司（SSL）则负责研发机器人平台，集成机器人有效载荷后形成“机器人服务飞行器”，且具有运营权。2018年8月，DARPA完成RSGS的有效载荷初始设计评审。评审结果表明，机器人有效载荷设计连同SSL公司提供的航天器，将完成一项检修至少20个位于地球同步轨道（GEO）上的商业、政府和军方航天器的任务。DARPA计划在2021年进行在轨试验。

除以上4个方面外，2019年3月，DARPA发布了2020财年“研究、开发、试验与鉴定”（RDT&E）的预算申请，对未来经费支出情况进行了系统规划，预算涵盖军用生物技术、材料技术及航天技术等多个领域，集中体现了DARPA当前的发展重点及未来工作方向。2020财年，DARPA预算申请约为35.56亿美元资金（含管理保障），比2019财年增加约3.8%，比2018财年约增加15.2%。DARPA的技术项目总体可分为7类，包括信息系统技术、先进武器平台及技术、电子元器件技术、军用生物技术、网电空间技术、航天技术、材料技术及制造技术。航天技术领域的预算申请约为

三、结束语

2.30亿美元，比2019财年减少了约20%。这主要是由于减少了XS-1和RSGS两个项目的资金，且在2019财政年度已经完成了“雷达”项目。另外，DARPA的“黑杰克”项目将增加到2500万美元，且2019财政年度增加860万美元。DARPA在2020财政年度还将启动一个新的“火箭上的反应堆（ROAR）”项目，以开发一种高含量的低浓缩铀（HALU）推进系统，引起广泛关注。

特朗普政府上台后，美军在太空领域以应对未来太空战略竞争为核心。在此背景下，DARPA的航天项目将以增强太空体系的弹性为主要目标。在进入21世纪后，DARPA除了与传统的商业航天公司合作外，更多地支持了一大批新创的商业航天公司。这些公司掌握战略前沿技术，并具有充沛的创新激情，是DARPA打开新局面的新兴力量。美军认为，在整个军事航天领域，基于商业航天发射和卫星服务的分布式特点和多样化性质，商业航天公司可以直接推动保证太空任务和增加弹性方面的工作，为进行拒止型威慑贡献力量。因此，商业航天在美国应对未来太空战略竞争方面将具有重要的战略价值。