美军地月空间活动发展研究

王帅（北京空间科技信息研究所）

1 地月空间的战略意义及军事应用潜力

已成人类活动新疆域，是有待开辟的第八大洲

“地月空间”（Cislunar Space）概念尚无准确定义，通常指的是以地球和月球引力为主导的区域，至少延伸至距地面40多万千米处。相比于当前重点关注的地球同步轨道以内区域，地月空间的距离扩展了10倍以上，空间扩展了1000倍以上。

随着人类技术的不断进步，地月空间不再只是探索为主的“科研站”和“试验场”，在月球建立人类永久存在有望在近期实现，经济活动和国家主权将延伸至地月空间，成为人类迈向“星际物种”的第一站。特别是由于月球的存在，地月空间具备近地空间没有的实体特性，这导致地月空间更加类似于海洋，有可能成为国土的一种延伸，在国家经济、外交、国防等方面产生巨大影响。

经济层面，除了近地空间轨道和频谱等资源的扩展之外，由于月球富含水冰及各类矿物资源，地月空间有望成为人类未来重要的资源地，地月经济圈将成为人类商业活动的新蓝海，在支撑地球经济发展的同时释放过剩的产能。

外交层面，基于解决人类共同问题和推动人类发展的名义，“同一片蓝天”促成的应对气候变化联盟可能在地月空间得以复刻，地月空间新联盟将为“人类空间活动”构建新的规则体系，颠覆或进一步巩固当前的世界运行规则。

国防层面，经济和国家主权的扩张必将辅以国防力量的跟进，地月空间军事力量的提升本身就是国家国防能力的扩展。并且作为未来战场的一部分，地月空间的态势感知、通导基础设施以及后勤力量也将服务于未来的各类地面和太空战争。此外，地月空间活动牵引的技术发展也将服务于国家科技实力的提升。

空间广阔、易守难攻，是攻防博弈的战略高地

空间广阔加上轨迹预报困难，导致地月空间航天器具有很强的隐蔽性。并且地月空间还存在着类似地球静止轨道（GEO）一样的高价值周期轨道，即拉格朗日点轨道。这些轨道因其具备高位优势、相对于地月位置不变、高势能和弱稳定的特性，适合于对地月空间进行持续监测、部署天基信息支援设施、储备武器装备以实现地月空间全域打击等。可在地月空间部署“核潜舰”（类似于深海中部署的核潜艇），进而形成新的域外核设施，构建新的天基战略威慑。

地月之间存在着一系列关键通道，结合美国《阿尔忒弥斯协定》中推动的“安全区”概念，特殊地理位置的先占者将具备“交通要道”的部分控制权，可部署军事要塞对区域进行控守和支援。美国“门户”地月空间站拟采取的近直线晕轨道（DRHO）就是载人任务的最优中转轨道之一，能够为地月空间的设施提供全方位的后勤保障服务。此外，依托于月球的资源，可以在月球表面建设大型观测设施，形成对地球表面至月球空间的全域监视能力。

地月拉格朗日点轨道及一些转移轨道被美天军视为空间域中的关键“地形” “交通线”和“后勤点”，被考虑用于扩展感知架构和作为后勤站点。已有人提出在地月空间拉格朗日点隐蔽部署“狼群”战术航天器，由一个母舰携带多颗子星，可释放子星对地月空间全域进行打击。美国智库战略与国际研究中心就在2021年2月发布的《太空黑魔法防御：保护太空系统免遭太空对抗武器攻击》报告中，设想中国的“鹊桥”中继星释放子卫星，从地月拉格朗日L2点向地球同步轨道加速前进并进行打击的场景。

2 美军地月空间发展战略

“重返月球”自20世纪初便被列为美国航天发展战略的核心事项之一，长期以来，该国都以美国国家航空航天局（NASA）为主推动相关计划和系统的发展。2019年新确立的“阿尔忒弥斯”计划继承了“星座计划”核心系统，提出2024年登月、2028年建立月球基地的设想。随后，国防部提出地月空间已经与国家利益绑定，需要实施地月空间军事活动以保护国家利益，进而开始推动地月空间相关活动的发展。在攻防尚处于概念和技术研究的阶段，发展威慑能力是当前美军关注的重点，主要涉及感知和威慑失效时的威胁减缓。

出台顶层文件，明确地月空间战略意义

天军《太空顶层出版物：天权》（Space Capstone Publication: SPACE POWER）学说中多次提及地月空间，认为月球及其周围的空间可能成为下一个军事领域，必须为未来的发展做好准备。《天权》中指出，不久的将来，国家太空利益范围有可能扩展到地月轨道区域甚至更远。技术在持续向前发展，美国军事太空力量必须要与其他国家权力工具保持同步发展，以保护、防御和维护国家的太空战略利益。《天权》将“一条轨道至另一条轨道的最小能量转移轨道，从地心轨道向地月轨道或更远区域的转移轨道”都视为有价值的“交通线”，一些地月空间的特殊轨道被看作太空战场的“关键地形”。

加强军民合作，优先发展态势感知能力

2019年春季，时任太空发展局局长费雷德·肯尼迪（Fred Kennedy）透露，已将跟踪月球空间的目标列为太空发展局的优先事项。2019年3月，空军航天司令部召开太空未来研讨会，探讨太空到2060年的作用，形成了《太空未来2060及其对美国战略的影响》报告。报告提出保护地月空间资产，使用地月空间基础设施监测和控制太空活动并提供信息服务，在整个地月空间投射军事力量，抢先其他国家垄断关键后勤点（月球极地、拉格朗日点等）或关键资产（小行星、月球水冰等）用于军事用途。报告还将深空勘测与跟踪技术、地月操作（通信、导航、空间结构维修、装配和制造）能力、地球轨道以远的共享平台和搭载载荷、地球轨道及以远的可互操作航天器通信网络等列为天军发展领域。

2020年9月，NASA和美国天军正式同意在太空政策、研究、技术以及行星保护等领域合作，新的谅解备忘录取代了14年前NASA与美国空军航天司令部之间签署的协议。NASA正在将所有人利益推向更远的太空，天军则将确保“太空行动自由”，以便NASA可以安全返回月球并实现载人火星探索。天军提出，当航天器遭受攻击时识别肇事者至关重要，而发生在太空的攻击很难识别肇事者，NASA和天军将共享数据以帮助解决这些问题。

出台战略规划，瞄准未来进行能力储备

美国国防部太空发展局已经制定了长期规划，开发监视卫星，以保持对地月空间的关注。2019年7月，美国防部太空发展局在其下一代“七层”太空体系中提出“威慑层”概念，该层的主要功能是提供地月空间范围太空态势感知和快速介入。威慑层的主要目标是针对航天国家在地月空间的探索和利用活动越来越频繁，探索范围不断拓展的情况，构建对敌方攻击太空资产具有威慑效果的能力。构想的体系包括地球轨道上的上百个太空态势感知节点、地月拉格朗日点轨道的数个感知节点和3架先进地月空间机动飞行器。2020年2月，美国天军太空和导弹系统中心（SMC）首席合作官迪安娜·瑞艾斯对外透露了天军“主宰太空2030”规划构想，提出在2030年及以远阶段，太空态势感知、在轨服务和力量投送能力向GEO以远的地月空间拓展，保持军事力量存在，与国家太空活动和利益延伸相匹配。这一阶段将实现深空“狼群”、深空飞行安全/环境监测、深空在轨服务，支持地月空间民用系统运行，支持同步轨道以远力量投送。2021年，美国空军研究实验室发布了《地月空间基础》，描述了地月空间的动力学、观测挑战以及航天器运行轨迹等相关知识，旨在使读者熟悉地月空间，目标读者是开发计划、能力、专业知识和作战概念的军事航天专业人员。

3 美军地月空间发展举措

目前，美军在地月空间的主要发展举措是由空军研究实验室（AFRL）推动地月空间态势感知研究，由国防高级研究计划局（DARPA）推动地月空间核动力航天器研究，联合商业部门一起研究地月空间的潜在应用及所需技术，研究重点仍停留在概念和技术研究，目前尚未提出明确的装备型号和项目。

开展概念研究，梳理太空域感知架构

空军研究实验室正重点推动地月空间太空域感知的前期研究，意图首先梳理清楚地月空间太空域感知所需架构，即需要怎样的天地基系统、天基系统的部署位置和敏感器类型、地面目标跟踪和数据分析系统等。

空军研究实验室最初的研究重点在于了解当前的太空态势感知架构如何扩展至地月空间，开展收集和管理月球情报的概念研究，从战略角度发现当前的不足并提出相应的建议。2019年12月，美国“空军小型企业创新计划”发布公告，征集商业创新研究概念，以支持未来地月空间太空域感知的需求，以便获得工具用于分析任务时能够快速地对任务进行可视化和审查。之后，美国初创公司瑞亚太空活动公司（RSA）联合澳大利亚感知航天公司（Saber Astronautics）获得了一份价值5万美元的研究合同，提议使用三维空间态势感知门户跟踪目标和分析数据。

完成上述研究后，空军研究实验室于2020年10月宣布了名为“地月空间高速公路巡逻系统”（CHPS）的一项实验，将研究地月空间太空域感知技术，克服地月空间监视的困难。“地月空间高速公路巡逻系统”项目即是解决地月空间监测架构和技术的先驱项目。空军研究实验室已初步明确CHPS项目将建造用于监测地月空间活动的航天器，并正在向工业界征求设计和研制航天器的方案。

“地月空间高速公路巡逻系统”

经营轨道目标跟踪业务的外空分析解决方案公司（ExoAnalytic Solutions）与空军研究实验室和太空发展局签订了合同，以展示跟踪地月空间目标的能力，并找出进行地月空间监视的天基架构的组件。该公司正在研究的问题之一是在哪里放置航天器，以及需要什么传感器来监视地月甚至更远的空间。公司发展的观测更暗目标的技术可以用于观测更远的月球轨道，预计还需要大量投资用于建设地月空间的通信和导航系统。

直观上来讲，地月空间的态势感知是地球同步轨道以外空间的延伸，因此延续当前从地球“向外看”的思路是最为直接的，在地基设施受限于大气等因素干扰的情况下，在近地空间部署星座对外进行监测是最简单的一种地月空间态势感知架构。“七层体系”中的威慑层即考虑利用近地的小卫星星座对地月空间进行监测，一方面符合新体系低成本、分散和弹性的初衷，另一方面可与其他层有较好的融合。然而，由于月球反射太阳光线，导致以地球为顶点、月球周边为基底的锥形区域无法从地球方向有效观测。因此，美军设想了在拉格朗日L1点和L2点轨道补充放置航天器的架构，这样可以利用拉格朗日点的特性保持对地月之间空间的长期连续观测，提供独特的感知视角。基于当前美军的活动，可以推测美国未来地月空间太空域感知架构将是在现有地基设施的基础上，建设近地球轨道网络进一步补强能力，同时在L1点、L2点、L4点等位置部署设施，补全观测区域的同时对地月转移通道实现增强观测。

推动试验项目，发展核动力推进技术

美国防部太空发展局在其“七层”太空体系的“威慑层”中首次提出要建造3架先进“地月空间机动飞行器”，旨在将太空威慑和太空军事力量投射能力延伸至地月空间。目前虽尚无“地月空间机动飞行器”具体方案设计和规划，但美军已率先通过国防高级研究计划局（DARPA）开展地月空间力量投射的重点技术验证工作。

2020年2月，DARPA在2021财年预算申请中确定了“敏捷地月空间飞行火箭验证”（DRACO）项目近2年的开发计划，重点开发和演示验证高丰度低浓缩铀（HALEU）核热推进（NTP）技术。DRACO项目将利用增材制造方法打印核热推进燃料单元，从而优化核热推进系统反应堆设计，使其不再受传统制造工艺的约束，并对增材制造打印铀燃料单元进行首次验证。DARPA期望该项目在完成演示验证后，把相关技术转移给美国天军应用。尽管地月空间监视不需要核推进，但具备核推进的航天器可以快速进入监视目标的位置，同时能够在更长的时间内保持活跃。DRACO计划的两个关键目标是：为各种任务提供灵活、敏捷的机动能力；及时对地月空间进行态势感知。DRACO计划的目标是在2025年发射由核热推进驱动的低地球轨道航天器，DARPA认为这项技术将使航天器能够快速远距离机动，获得类似于化学推进的高推重比，并接近电推进系统的高推进效率。DARPA表示，监视地月空间需要“推进技术的飞跃”。敏捷航天器对于保持太空态势感知至关重要，并且可以显著减少广阔地月空间中的运输时间。

2021年4月，DARPA先后授予美国通用原子公司（General Atomics）以及洛马公司和蓝源公司DRACO项目合同，通用原子公司获得了2200万美元的合同，来设计用于太空推进的小型核反应堆；洛马公司和蓝源公司分别获得了290万美元和250万美元的合同，用于开展航天器概念设计。DRACO计划的第一阶段将持续18个月，并将侧重于通用原子公司的核反应堆以及核推进子系统概念；第二阶段，蓝源公司和洛马公司将独立开展航天器的概念设计。

广泛征询概念，瞄准未来新型技术

除了核推进以外，空军研究实验室还在支持其他的先进推进系统研发，包括电推进以及太阳能热推进。此外，DARPA还在考虑发展月球大型设施。

DRACO计划概念图

空军研究实验室的快速创新中心（CRI）与天军联合开展“防御深空哨兵”（Defense Deep Space Sentinel）项目，将通过先进的电力推进和紧凑型电力系统技术展示小型卫星的极端机动性，这些技术是各种深空任务的基础，包括态势感知、交会/近距离操作、空间服务、空间目标移除和回收等。

SCORPIUS航天器概念图

2021年7月，瑞亚太空活动公司（RSA）宣布获得美国空军的“小型商业创新研究”合同，以探索太阳能热推进系统，研究改进实现太阳能热推进的路径以及推进剂可储存性和寿命。RSA公司提出了名为天蝎座（SCORPIUS）的太阳能热推进航天器，作为解决未来地月空间系统推进问题的一种无核方案，将允许美国天军在地月空间进行设备的运输，促成巡逻地月拉格朗日点、在低地球轨道和地球同步轨道之间转移卫星、移除空间碎片等任务。SCORPIUS通过展开式太阳能反射器加热钨块，进而蒸发推进剂以产生推力。反射器还能够作为大面积通信天线，并为其他航天器子系统提供能源，在地月空间提供通信服务。SCORPIUS还将配备电推进发动机，在大推力/低比冲和小推力/高比冲模式之间自由切换，允许航天器在非紧急情况下节省燃料。

2021年2月，DARPA宣布了一个名为“新型轨道和月球制造、材料和高效率设计”的新项目，希望从航天工业部门了解在月球上制造大型结构的能力。DARPA的愿景是开发大型、精确和灵活结构的太空制造所需的材料、工艺和设计。DARPA还没有发放合同的计划，而是在进行市场研究。公告中并未说明为什么DARPA或国防部对月球系统感兴趣。DARPA想了解的一些月球制造技术包括大型高精度机械结构、大型太阳能电池板、大型射频反射器天线和分段红外反射光学器件。

如果国防部需要在月球上建立基地，最大的问题将会是材料和设备的运输。尽管当前航天发射变得更加普遍，但由于火箭对发射载荷的质量和体积限制，开发和部署大规模动态空间系统将仍受到限制。声明中称，太空制造将大大提高未来太空平台的结构效率、尺寸、弹性和精度。制造可以利用从地球运送来的先进材料完成。DARPA还希望探索从月球表面原位开采资源的可能性，希望调查用于轨道和月球表面建造的新材料和制造技术，并探索新的高效设计。DARPA设想了一个分三个阶段的计划，每个阶段持续约18个月。

联合民商力量，制定地月空间发展路线

空军研究实验室正推动解决地月空间监视、跟踪、机动等难题，在此过程中积极向NASA、太空发展局、太空导弹系统中心寻求建议，还与其他政府部门以及商业公司等利益相关者共同合作。

2021年4月，空军研究实验室召开了一次地月空间利益相关者会议，旨在与政府航天机构共同协调围绕地月空间能力的活动。这次会议包括来自国防部、NASA和情报界的人员。会议讨论了支持未来军事行动所需的研究和开发，这些活动将超越近地球轨道。会议还指出天军目前在地月空间的最高优先事项是建立通信和态势感知能力。此外，还需要研究利用月球资源作为火箭推进燃料等关键技术，以及地月空间后勤能力。会议计划为每个机构负责的技术领域制定更加全面的路线图，并协调技术开发活动。

4 美军发展地月空间意图研判

美国对外宣称国家利益已扩展至地月空间，需要实施相应活动以保护其利益。这符合未来远景发展，但在近中期地月空间的利益体量仍相对较小。因此，除了对地月空间设施的保护之外，美军推动发展地月空间更多地出于契合国家战略、推动自身发展以及实现全面制天等目标。

美军推动地月空间发展符合政治利益与诉求

和平利用空间的大背景下，月球已成中美航天力量直接对抗与竞争的核心舞台。美国通过“阿尔忒弥斯”协定已构建了新的太空联盟，与此同时，中俄国际科研站项目也在快速发展，中美在月球的活动已被美国视为一场新的太空竞赛。为进一步抢占太空优势，美军推动地月空间发展，符合美国顶层的国家航天战略。通过宣扬应对所谓的“中国威胁”、保持对中国领先，也有助于美军相关项目的立项与经费支持。

发展地月空间有助于天军扩展和实现自我价值

当前太空活动主要集中于近地空间，天基设施的主要作用为信息支援，太空作战具有明显的多域属性，天地一体作战是目前主要作战形式。但随着地月空间的开发与利用，新的战场可能出现在月球及其周围，地月空间可能打响独立于地球的太空战争。且随着地月空间基础设施的不断完备，可能出现完全的“天对天”作战。地月空间或可为美国天军提供一个独立的战场开展独立太空作战，以实现其三大顶层职能中的“提供独立选项”，证实“军事太空力量绝不仅是陆、海、空和网络的支援力量”。

控制地月空间战略要地是全面制天的关键要素

《天权》强调了太空域作为物理空间的特性，指出引力在太空域塑造出不可见的“地形”，识别、占领、利用和保护有价值的物理位置是所有作战域军事力量的一项关键任务。地月空间存在的特殊地理地形优势，有利于支持用户、收集信息、保护其他资产或与对手交战，在太空域中执行任务和投射力量，以及军事部队的及时调整、补给和增援。正是基于这样的考虑，美军当前正在重点推动态势感知和空间推进，以保障自由进出、控制关键交通线并占领关键地形。感知和自由行动相关基础技术的发展，将促成美军将近地装备能力移植到地月空间。

5 小结

近年来，美国多项战略和规划文件已将地月空间视为新的作战高地，并积极推进地月空间知识普及、关键技术探索和作战场景设想。天军在《天权》学说中指出地月空间可能成为下一个军事作战域，与NASA签订谅解备忘录提出将确保地月空间及深空的行动自由，并在“七层”体系和“主宰太空2030”中规划了地月空间活动。美军正同步甚至超前于民用设施部署军事力量，计划首先发展作战用指挥控制系统，再发展攻防体系，提出了首要发展地月空间态势感知系统、通导基础设施，在此基础上发展后勤力量、军力投送的思路。空军研究实验室、国防高级研究计划局正推动地月空间态势感知、核动力飞行器等技术研究，并联合民商机构共同制定地月空间发展路线。美军正通过地月空间军事航天活动推动其政治与经费诉求、独立作战愿景以及全面制天目标等。