2019年国外航天技术发展盘点

陈建光 许红英 刘 博 梁晓莉 姚保寅 李薇濛/文

2019 年国外航天技术加速发展：重复使用和降低发射成本仍是航天运载器的主要发展方向；新型卫星系统陆续组网，商业卫星互联网星座进入部署阶段；高轨太空态势感知、在轨服务机器人等太空对抗技术取得重要突破。

航天运载器及技术

国外新型主力运载火箭研制完成重要节点，而以“猎鹰”-9 火箭为代表子级重复使用技术得到更多应用；同时天地往返运载器持续发展。

运载火箭子级重复使用技术趋于成熟。首先，美国“猎鹰”-9 火箭一子级实现第4 次复用。美国太空探索技术公司在2019 年通过改进“猎鹰”-9 火箭一子级格栅舵材料、发动机热防护罩设计、箭体热防护涂层等方面，进一步提升回收复用性能，成功发射8 次复用火箭，占全年发射任务的72.7%。其中，“猎鹰重型”火箭在4 月份首次成功实现芯级和两枚助推器同时回收，“猎鹰”-9 火箭在11 月份首次实现一子级第4 次复用。此外，该公司还成功实现火箭整流罩回收与复用，进一步压缩了航天发射成本。

猎鹰九号火箭实现了第一级回收和重复使用

其次.美欧新型运载火箭验证子级重复使用技术。美国火箭实验室公司“电子”号火箭在12 月的发射任务中测试了子级回收所需的制导和导航硬件，包括采集火箭子级再入过程数据，但未配备减速装置，后续计划通过降落伞减速并利用直升机捕获回收。欧洲阿里安集团、法国国家太空研究中心在2 月共同启动“卡利斯托”垂直起降可重复使用火箭一子级项目，计划2021 年试飞，成熟后有望应用于“阿里安”-6火箭。该火箭子级直径1 米，高约13 米，设有格栅舵和着陆支架，采用推力可调的氢氧发动机，最大推力40 千牛。

新型主力运载火箭完成主发动机测试。美国、欧洲、日本的新型大中型主力火箭完成多轮动力系统测试，部分主发动机已达到首飞需求。美国“火神”“新格伦”火箭的主发动机BE-4 相继完成75%推力和100%推力的试验，发动机推力可达2400 千牛。欧洲“阿里安”-6 火箭主发动机“火神”-2.1 完成持续15 个月的静态点火测试，共进行26 次试验，点火总时长近4 小时，最大推力为1300 千牛；目前该火箭的上面级发动机和主发动机均已达到设计要求，固体助推器计划在2020 年初完成最后一次试验。日本H-3火箭完成首飞箭全部3 台LE-9 发动机的多轮点火试验，性能达到预期目标，发动机最大推力为1470 千牛。新型主力运载火箭将降低发射成本作为重要指标，其动力系统的成功测试，为2021 年前后提供低成本发射服务奠定基础。

天地往返飞行器技术持续发展。首先，美国X-37B轨道机动飞行器验证多任务能力。X-37B 轨道机动飞行器10 月成功返回，完成持续780 天的第五次任务，创造了新的留轨记录。美空军目前共2 架X-37B 飞行器，此次任务已是其中一架的第三次任务，不仅验证了其重复使用能力，而且进行高轨道倾角运行、在轨释放小卫星等试验，扩展了任务能力。

其次，欧洲“空间骑士”轨道飞行器完成初步设计评审。“空间骑士”在6 月完成初步设计评审，计划2022 年首飞。该飞行器为部分重复使用，“再入复用模块” 可重复使用6 次，最高装载800 千克载荷，可实现国际空间站补给、近地轨道小型载荷部署、微重力在轨试验、轨道碎片清除等功能。

第三，英国“佩刀”发动机完成核心部件的高超环境测试。“佩刀”协同吸气式火箭发动机3 月和10月分别完成马赫数3.3 和5 条件下的预冷器性能测试，验证了该组件对高温气流的快速冷却能力。第一次试验时，预冷器的热交换功率达到1.5 兆瓦，在0.05秒内将气流温度从426 摄氏度冷却至100 摄氏度；第二次试验时，气流温度达到1000 摄氏度，在0.05 秒内被冷却到100 摄氏度。此次试验为研制两级/单级入轨重复使用飞行器动力系统迈出关键一步。

卫星系统及技术

新型卫星系统陆续组网运行，创新型卫星技术持续发展，提升天基信息系统作战支援能力。

遥感卫星系统与技术快速发展。一方面，新型侦察与预警卫星加快研发部署。美军新型“锁眼”光学成像侦察卫星1 月发射，采用倾角约74 度的低轨近圆轨道，可在整个轨道周期进行高分辨率成像，并获取目标在不同光照条件下的图像，从而提取更多特征信息；“下一代过顶持续红外”系统完成地球静止轨道卫星初步设计评审，计划在2025 年部署首颗卫星，2029 年前部署3 颗地球静止轨道卫星和2 颗极轨卫星。俄罗斯“统一空间系统”部署第3 颗卫星。这3 颗卫星均部署在高度1620 千米×38550 千米、倾角63.37度的大椭圆轨道，增强该系统对北半球中高纬度地区的覆盖。印度天基侦察监视装备加快部署，4 月部署首颗电子侦察卫星，使其成为全球较少具备天基电子侦察能力的国家，12 月部署“制图卫星”-3 新型光学成像卫星，分辨率提高到0.25 米。

另一方面，新型光学成像技术快速发展。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）提出研发地球静止轨道光学成像卫星。卫星重约4 吨，光学相机口径3.6 米，由6 个口径1.4 米的子镜环绕拼接而成，分辨率可达3 米，视场100 千米×100 千米，并可进行1 帧/秒的连续成像；从接收成像指令到下传图像的时间不超过30 分钟。美空军学院“猎鹰卫星”-7 卫星6 月发射，开展全球首次天基薄膜衍射光学成像技术试验。该卫星仅重5 千克，其薄膜口径0.2 米，厚28 微米，表面散布有25 亿个微孔；角分辨率达0.4 微弧。

通信卫星系统持续提升信息传输能力。一是军用通信卫星系统持续建设并加快运用。美国“宽带全球卫星通信”“先进极高频”系统分别部署1 颗卫星，前者完成10 星组网，具备对欧洲、中东、印太等地区的多重覆盖；后者具备在极端条件下的生存能力。俄罗斯第4 颗“钟鸣”卫星8 月发射，完成俄军首个宽带通信卫星系统组网，可在覆盖俄罗斯全境的基础上，实现对中东、欧洲的多重覆盖。该型卫星设计寿命15 年，上行/下行链路使用Q/Ka 频段，保障高速互联网接入、数据传输、视频会议通信等。

二是低轨卫星互联网星座进入部署阶段。“一网”系统2 月发射首批6 颗试验卫星，其星座规模约3000颗，部署在高度1200 千米轨道，总容量达1000 太比特/秒，用户接入的峰值速率可超过500 兆比特/秒，传输延迟低于50 毫秒；“星链”系统5 月和11 月发射两批120 颗卫星，其星座规模约42000 颗，部署在高度300 ～1325 千米轨道，速率可超过1 吉比特/秒。

主要导航卫星系统发展总体稳定。美俄导航卫星系统有序发展。美军首颗GPS-3 卫星已完成在轨测试，计划在年底正式运行，并在10 月进行与地面应急系统的连通试验，确保后者在新一代地面系统部署前对GPS-3 卫星的运控能力；第二颗GPS-3 卫星8月成功发射，在轨卫星共计32 颗。俄罗斯“格洛纳斯”系统5 月补充1 颗卫星，在轨卫星共计27 颗。

此外，欧洲“伽利略”系统因地面系统故障导致服务中断。7 月10 日～18 日，“伽利略”系统的2部地面精密授时设施同时发生故障，导致系统服务降级，甚至连续5 天中断服务。这两部设备分别位于意大利福齐诺控制中心和德国奥伯法芬霍芬控制中心，互为备份。“伽利略”系统尽管已恢复服务，并与GPS 系统联合使用以查明故障原因，但此次故障将极大影响该系统未来独立运行的可靠性。

太空对抗装备及技术

太空态势感知技术持续发展，已形成对地球静止轨道以内太空域的多手段监测能力，太空攻防技术取得重要进展。

美俄太空态势感知能力持续提升。首先，美军小卫星抵近监测失联高轨卫星。美空军研究实验室Mycroft 卫星10 月实施轨道机动，对失联的S5 卫星进行为期数周的外部状态监测。前者重约100 千克，部署在高度约3.9 万千米轨道，可在距离目标卫星10千米处进行监视，后者是由1 颗商业通信卫星2 月在地球静止轨道释放的太空目标监视卫星，重60 千克，用于验证低成本太空监视传感器性能，但在3 月失联。

此外，俄军新型地基太空目标监视装备开始部署。新型“沃罗涅日”-SM 雷达在克里米亚半岛启动建造，计划在2020 年底完成，该型雷达工作在厘米波频段，是俄罗斯目前探测精度最高的雷达。俄罗斯计划2022年完成3 部该型雷达部署。

欧洲“伽利略”导航卫星

主要国家太空攻防装备技术快速发展。一是美欧在轨服务机器人技术进入实用化阶段。美国“任务扩展飞行器”卫星10 月成功发射，将与部署在地球同步轨道的“国际通信卫星”-901 通信卫星进行对接形成组合体，并转移到新的定点位置继续提供通信服务。该卫星重2.3吨，装有电推进系统和化学推进系统，用于轨道转移和位置保持，设计寿命达15 年。英国“太空碎片清除”卫星继2018 年飞网捕获技术之后完成世界首次鱼叉捕获太空碎片的在轨试验，利用鱼叉装置以20 米/秒速度刺穿距离1.5 米的铝制蜂窝靶板，并利用头部倒刺勾住靶板回收。

二是俄罗斯太空攻防技术持续研发。俄中央机械制造研究所、卫星信息系统公司联合研发天基离子束技术，用于清除高轨垃圾技术；核动力“船员”卫星启动研制，可能用于太空电子战；俄航天国家集团获得一项卫星隐身技术专利，计划通过改变太阳能电池板外形降低可探测性。

三是印度反卫星技术取得重要进展。印度3 月成功进行“女神力量行动”反卫星试验，利用一枚改进型“大地防御飞行器”拦截弹击毁了一颗高度284 千米的目标卫星。与普通拦截弹相比，该拦截弹增大了一级、二级固体助推段尺寸，使拦截弹射高从150 千米提高到300 千米；第三级“碰撞杀伤”段变化不大。后续将研制部署的实战型号将具备拦截高度2000 千米卫星的能力，可覆盖整个低地球轨道。