2021年世界航天裝備發(fā)展綜述
《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》雜志
百尺竿頭更進(jìn)一步
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《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》宗旨：秉承星云大師“達(dá)人達(dá)己”的理念，我們調(diào)動我們的智慧，專業(yè)、真誠、用心……為我們的合作伙伴在市場上出一份力。祝各家企業(yè)發(fā)展順利，年年進(jìn)步！
在大國競爭、太空對抗日益加劇的大背景下，世界主要航天國家在頂層戰(zhàn)略政策的指導(dǎo)下，積極構(gòu)建更為完備的裝備體系，重點(diǎn)布局下一代裝備轉(zhuǎn)型發(fā)展。
2021年底，由于國外低軌寬帶通信衛(wèi)星星座開始進(jìn)行規(guī)?；渴?，同時低軌遙感微納衛(wèi)星星座延續(xù)部署，發(fā)射航天器數(shù)量大幅躍升，全年國外火箭共發(fā)射1618個航天器，其中成功入軌航天器1601個，航天器發(fā)射數(shù)量創(chuàng)造了航天器年度發(fā)射數(shù)量歷史新高。
2021年，美國正在加速裝備體系重塑，積極推動構(gòu)建彈性化、網(wǎng)絡(luò)化、去中心化、支持全域聯(lián)合作戰(zhàn)的新一代軍事航天裝備體系；俄羅斯加速發(fā)展軍事航天裝備，涵蓋偵察監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域多個新型號開始部署，導(dǎo)航定位和導(dǎo)彈預(yù)警等骨干系統(tǒng)補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)。歐洲部署新型電子偵察衛(wèi)星，骨干通信衛(wèi)星系統(tǒng)補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)，持續(xù)發(fā)展微納雷達(dá)星座，同時，為了應(yīng)對氣候變化，積極發(fā)展新型環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星。
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截至2021年底，國外偵察監(jiān)視衛(wèi)星領(lǐng)域共進(jìn)行5次發(fā)射，成功將7顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。
在大國競爭背景下，美國試圖提升體系彈性，并在所有作戰(zhàn)域通過聯(lián)合全域指揮和控制近乎實(shí)時地發(fā)現(xiàn)、跟蹤和打擊目標(biāo)。在這些需求牽引下，美國充分考慮情報界、國防部和其他政府機(jī)構(gòu)的需求，重新制定了商業(yè)光電衛(wèi)星的服務(wù)采購合同。同時，重視新興能力的應(yīng)用，開始將先進(jìn)的雷達(dá)、射頻定位等商業(yè)力量納入國家地理空間情報體系。2021年在裝備發(fā)展方面，美國一方面補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射傳統(tǒng)大型光學(xué)偵察衛(wèi)星系統(tǒng)。另一方面，繼續(xù)“七層體系”中“看護(hù)層”的建設(shè)，美軍嘗試商業(yè)雷達(dá)衛(wèi)星直連傳輸層；看護(hù)層多源數(shù)據(jù)融合軟硬件進(jìn)入在軌測試階段，標(biāo)志著遙感數(shù)據(jù)在軌智能處理進(jìn)入新的階段，也意味著遙感數(shù)據(jù)進(jìn)入火控鏈，支持重要時敏目標(biāo)的遠(yuǎn)程精確打擊邁出重要一步。
1.以政策促進(jìn)商業(yè)航天軍用化，大力加強(qiáng)偵察監(jiān)視能力
美國“國家偵察局”（NRO）2021年8月24日提出正在推行體系架構(gòu)變革，構(gòu)建由政府和商業(yè)公司的運(yùn)行在不同軌道的衛(wèi)星組成“未來架構(gòu)”，以增強(qiáng)彈性、提高能力。
10月，國家偵察局發(fā)布“戰(zhàn)略商業(yè)增強(qiáng)框架廣泛部局公告”，旨在采購商業(yè)雷達(dá)、高光譜圖像和射頻定位等新興遙感領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。11月，國家偵察局發(fā)布“光電商業(yè)層”（EOCL）的正式招標(biāo)書（RFP），EOCL是繼“增強(qiáng)視景”（EnhancedView）合同后的商業(yè)衛(wèi)星服務(wù)采購合同。EOCL只限于美國擁有和在美國經(jīng)營的公司。同時，EOCL具有快門控制條款，國家偵察局可在特定時間、特定區(qū)域獲得供應(yīng)商衛(wèi)星的獨(dú)家訪問權(quán)，該條款的執(zhí)行需要國家情報局局長和國防部長批準(zhǔn)。
此外，美地理空間情報局11月發(fā)布《國家地理空間情報系統(tǒng)—商業(yè)地理空間情報戰(zhàn)略2021-2025》，倡議在現(xiàn)有與軍方、政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界和盟友的伙伴關(guān)系上，共同進(jìn)行商業(yè)地理空間投資，以更多的利用商業(yè)能力。
在美國倡導(dǎo)利用商業(yè)能力的同時，也看到了利用商業(yè)遙感衛(wèi)星服務(wù)國家能力的隱患，因而考慮制定限制條款。11月，美國商務(wù)部對美國運(yùn)營的中高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星成像的頻率設(shè)置新的限制，這是由于國防部和情報界擔(dān)心商業(yè)遙感衛(wèi)星對美關(guān)鍵安全設(shè)施成像導(dǎo)致的潛在安全威脅。
2.補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射KH-12衛(wèi)星
2021年4月26日，美國發(fā)射1顆鎖眼-12（KH-12）衛(wèi)星，發(fā)射代號NROL-82，這是第9顆鎖眼-12衛(wèi)星，全色分辨率優(yōu)于0.1m，紅外分辨率可能達(dá)到0.5m。
NROL-82發(fā)射徽標(biāo)
3.商業(yè)微納雷達(dá)成像衛(wèi)星得到軍方高度重視
隨著商業(yè)微納雷達(dá)成像衛(wèi)星星座的快速發(fā)展，美國多個軍事部門都在積極與美國卡佩拉航天公司、芬蘭冰眼公司合作，探索微小SAR技術(shù)的軍事應(yīng)用潛力。2021年6月，美國太空發(fā)展局（SDA）授予卡佩拉公司研究合同，為正在開發(fā)的“國防太空體系架構(gòu)”（即七層體系）提供支持。2021年11月，卡佩拉公司宣布將于2022年開始在SAR衛(wèi)星上安裝激光通信終端，與“傳輸層”直接通信，實(shí)現(xiàn)向國防部用戶快速提供數(shù)據(jù)。同月，美陸軍與冰眼公司合作，尋求利用天基SAR數(shù)據(jù)縮短殺傷鏈閉合時間，提升戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力。
Capella衛(wèi)星
4.看護(hù)層多源情報融合軟硬件進(jìn)入初步在軌測試階段
2021年6月30日，又一次任務(wù)-3（YAM-3）商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射入軌，星上搭載了太空發(fā)展局的“原型在軌驗(yàn)證試驗(yàn)臺”(POET)。目的是初步驗(yàn)證將安裝在七層體系衛(wèi)星上的“戰(zhàn)場管理指揮控制與通信”（BMC3）模塊上的“看護(hù)層”在軌數(shù)據(jù)融合應(yīng)用程序。
2021年，俄羅斯發(fā)射新型光學(xué)成像偵察衛(wèi)星和電子偵察衛(wèi)星，并持續(xù)補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)原有系統(tǒng)。
俄羅斯于2021年9月9日發(fā)射Cosmos-2551軍用光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，又名起跑-1（Razbeg-1）衛(wèi)星。Razbeg-1源于實(shí)驗(yàn)型小衛(wèi)星（EMKA），基于EMKA衛(wèi)星平臺研制，分辨率0.9m。
俄羅斯持續(xù)推進(jìn)新一代電子偵察衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)。先后于2月和6月發(fā)射了“蓮花-S”（Lotos-S）電子偵察衛(wèi)星和首顆介子-NKS（Pion-NKS）海洋監(jiān)視衛(wèi)星。
介子-NKS衛(wèi)星
2021年，歐洲發(fā)射新的業(yè)務(wù)型電子偵察衛(wèi)星，并重視商業(yè)微納雷達(dá)成像衛(wèi)星的發(fā)展。
法國成功發(fā)射首個業(yè)務(wù)型電子情報衛(wèi)星系統(tǒng)——“空間電磁情報能力”（CERES）三星星座，取代已超期服役的“電子情報衛(wèi)星”（Elisa）星座。CERES星座由3顆衛(wèi)星編隊運(yùn)行在低地球軌道，設(shè)計壽命8年，衛(wèi)星質(zhì)量446kg，采用時差定位方式，探測和定位地面無線電和雷達(dá)信號。
在商業(yè)方面，歐洲冰眼公司正在積極構(gòu)建商業(yè)微納雷達(dá)成像衛(wèi)星星座，在軌規(guī)模已達(dá)到14顆，最高分辨率達(dá)最高0.25m×0.5m，幅寬5km，同時隨著初始18顆星座即將構(gòu)建完成，已開始發(fā)射二代試驗(yàn)星。
冰眼公司ICEYE衛(wèi)星
2021年，國外共計進(jìn)行1次軍事通信中繼衛(wèi)星發(fā)射活動，成功將1顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，即法國的錫拉庫斯-4A（Syracuse-4A）衛(wèi)星。美國方面，2021年未發(fā)射軍事通信中繼衛(wèi)星。2020年，美國新一代防護(hù)衛(wèi)星系統(tǒng)“先進(jìn)極高頻”星座（AEHF）成功組網(wǎng)，至此，美國新一代軍事通信中繼衛(wèi)星系統(tǒng)基本建成，當(dāng)前處于向下一代軍事通信衛(wèi)星過渡階段，未來兩年內(nèi)無新增高軌軍事通信衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。歐洲方面，公布“天基安全通信系統(tǒng)”初步建設(shè)方案，加強(qiáng)歐洲數(shù)字主權(quán)，推進(jìn)安全通信自主可控。
美國2021年未發(fā)射軍事通信中繼衛(wèi)星，截至2021年底，在軌衛(wèi)星合計60顆。
2021年6月，美國太空發(fā)展局（SDA）和國防高級研究計劃局（DARPA）共發(fā)射4個演示驗(yàn)證有效載荷，主要對支撐美國防部用于全域作戰(zhàn)的彈性衛(wèi)星通信骨干能力——光通信，以及星上多傳感器數(shù)據(jù)融合等開展測試。曼陀羅-2（Mandrake-2）衛(wèi)星關(guān)注星間激光鏈路；激光互連與組網(wǎng)通信系統(tǒng)（LINCS）關(guān)注從衛(wèi)星到地面MQ-9“死神”無人機(jī)的激光鏈路。
歐洲2021年發(fā)射1顆軍事通信中繼衛(wèi)星，即法國的錫拉庫斯-4A（Syracuse-4A）衛(wèi)星，在軌衛(wèi)星合計16顆。
2021年10月，法國發(fā)射第四代軍事通信系統(tǒng)兩顆衛(wèi)星的第一顆Syracuse-4A衛(wèi)星，采用SpaceBus Neo-100全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺，搭載X頻段和Ka頻段有效載荷，配置星上數(shù)字透明處理器和抗干擾天線，具備抗網(wǎng)絡(luò)攻擊、抗干擾和高空核爆炸的能力。
2021年6月，歐盟委員會公布“天基安全通信系統(tǒng)”初步建設(shè)方案，擬投資60億歐元（折73億美元），打造一個大規(guī)模、多軌道通信衛(wèi)星星座，旨在加強(qiáng)歐洲數(shù)字主權(quán)，提供高可靠性、彈性和安全性的通信服務(wù)。
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2021年，國外共進(jìn)行3次導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射，成功發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星4顆。其中美國1次，成功發(fā)射GPS-3衛(wèi)星1顆，日本1次，成功發(fā)射準(zhǔn)天頂衛(wèi)星1顆；歐洲1次，成功發(fā)射GALILEO-FOC衛(wèi)星2顆；預(yù)計年底前俄羅斯將進(jìn)行1次發(fā)射，發(fā)射1顆GLONASS-M衛(wèi)星。
總體來看，美國政府、軍方更加重視天基定位導(dǎo)航與授時技術(shù)、能力的發(fā)展，發(fā)布新版《天基定位導(dǎo)航與授時系統(tǒng)政策》，追求天基定位導(dǎo)航與授時領(lǐng)域的全球“領(lǐng)導(dǎo)地位”。該政策取代了2004版《美國天基定位導(dǎo)航與授時政策》，其不單是特朗普政府彰顯、鐫刻自身重視航天重磅政治遺產(chǎn)，更是美國、美軍基于其天基導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展到一定階段、為應(yīng)對日趨復(fù)雜環(huán)境出臺的新的指導(dǎo)政策。
同時，美國軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、技術(shù)與能力持續(xù)增長，一方面持續(xù)推進(jìn)GPS現(xiàn)代化計劃，持續(xù)開展GPS系統(tǒng)空間星座與地面運(yùn)行控制系統(tǒng)的更新；另一方面，導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星-3（NTS-3）項目通過初步設(shè)計審查，轉(zhuǎn)入系統(tǒng)研發(fā)階段。
按照2025年完成全部由GLONASS-K系統(tǒng)衛(wèi)星組成的GLONASS系統(tǒng)空間星座部署的計劃，2021年初俄羅斯航天局計劃2021年完成6～7顆GLONASS衛(wèi)星的發(fā)射，其中GLONASS-K系列衛(wèi)星5～6顆，至少包括1～2顆GLONASS-K2衛(wèi)星。但受疫情持續(xù)等因素的影響，預(yù)計2021年俄羅斯僅進(jìn)行1次發(fā)射，發(fā)射GLONASS-M衛(wèi)星1顆。由此可以看出，俄羅斯已經(jīng)放緩了GLONASS系統(tǒng)空間段的更新速度，甚至有可能已經(jīng)調(diào)整了2025年完成全部由GLONASS-K系統(tǒng)衛(wèi)星組成的GLONASS系統(tǒng)空間星座部署的計劃。
歐洲2021年開展了1次發(fā)射活動，成功發(fā)射GALILEO-FOC衛(wèi)星2顆。目前，歐洲也在持續(xù)推進(jìn)新一代伽利略系統(tǒng)的發(fā)展，2021年簽署了12顆新一代伽利略衛(wèi)星及星載原子鐘的研發(fā)合同。按計劃，每顆新一代伽利略衛(wèi)星將配置2部被動氫鐘和3部銣原子鐘，其中銣原子鐘的頻率穩(wěn)定性將達(dá)到2×10-14，以保證新一代伽利略系統(tǒng)的空間信號誤差達(dá)到0.3m。
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2021年國外太空安全領(lǐng)域共進(jìn)行4次發(fā)射，成功將4顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，包括3顆導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星和1顆在軌服務(wù)衛(wèi)星。
2021年，美國成功發(fā)射1顆SBIRS-GEO-5導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星和1顆PIRPL導(dǎo)彈預(yù)警試驗(yàn)星。
1.成功發(fā)射“天基紅外系統(tǒng)”第5顆GEO衛(wèi)星
2021年5月18日，美國成功發(fā)射了一顆SBIRS-GEO-5導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星，衛(wèi)星由洛克希德-馬丁公司研制，采用新型LM2100衛(wèi)星平臺，用于替代SBIRS系統(tǒng)的首星SBIRS-GEO-1。
2.下一代天基導(dǎo)彈預(yù)警體系加速推進(jìn)
2021年8月10日，美國太空發(fā)展局發(fā)射了1顆“原型紅外載荷”（PIRPL）試驗(yàn)衛(wèi)星，帶有一臺中視場多光譜相機(jī)，為未來“過頂持續(xù)紅外”任務(wù)進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)，衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量58kg，其探測譜段為短波紅外與中波紅外，運(yùn)行在傾角為51.6°，高度為400km×400km的低地球軌道。該衛(wèi)星可能是太空發(fā)展局正在進(jìn)行的“追蹤現(xiàn)象學(xué)試驗(yàn)”項目的主體，用于優(yōu)化算法、作戰(zhàn)概念（CONOPS）和探測與跟蹤先進(jìn)導(dǎo)彈的波段。SDA計劃在此次試驗(yàn)中研制一種能將導(dǎo)彈信號和太空背景噪聲分離的先進(jìn)傳感器。
2021年，俄羅斯僅發(fā)射1顆凍土-5（Tundra-5）導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星，加速向?qū)崿F(xiàn)全球?qū)楊A(yù)警能力發(fā)展的目標(biāo)邁進(jìn)。
2021年11月25日，俄羅斯發(fā)射了第5顆“探測、戰(zhàn)場指揮與控制集成式空間系統(tǒng)”（EKS）衛(wèi)星，即Tundra-5衛(wèi)星。俄羅斯將共計發(fā)射10顆EKS衛(wèi)星組成名為“穹頂”（Kupol）的天基預(yù)警系統(tǒng)，“穹頂”系統(tǒng)最終由6顆大橢圓軌道衛(wèi)星與4顆地球同步軌道衛(wèi)星組成，形成全球?qū)楊A(yù)警的能力。
“穹頂”天基預(yù)警系統(tǒng)示意圖
2021年11月15日，俄羅斯從普列謝茨克發(fā)射場發(fā)射了1枚陸基直升式反衛(wèi)（DA-ASAT）導(dǎo)彈，擊中并摧毀了低地球軌道上1顆代號為Kosmos-1408的俄羅斯（前蘇聯(lián)）衛(wèi)星。
據(jù)外媒推測，本次試驗(yàn)使用了A-235“努多利”導(dǎo)彈。“努多利”是俄羅斯研制的一種可移動部署發(fā)射的高超聲速、洲際彈道導(dǎo)彈攔截武器。
2021年3月22日，日本成功發(fā)射“空間尺度壽命末期服務(wù)-演示驗(yàn)證”（ELSA-d）空間碎片主動清除演示驗(yàn)證系統(tǒng)。ELSA-d重點(diǎn)演示驗(yàn)證低軌空間碎片交會、對接、離軌等技術(shù)，為后續(xù)發(fā)展實(shí)用性空間碎片主動清除系統(tǒng)積累經(jīng)驗(yàn)。ELSA-d由2個航天器組成，即“清除航天器”和用于模擬空間碎片的“目標(biāo)航天器”。8月26日，ELSA-d碎片主動清除系統(tǒng)完成了捕獲技術(shù)的在軌測試，成功演示驗(yàn)證了該系統(tǒng)對目標(biāo)航天器（模擬空間碎片）的磁吸捕獲能力。
總體來看，2021年國外未發(fā)射軍用環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星，發(fā)射22顆民用環(huán)境探測衛(wèi)星。
2021年，美國軍用、民用、商用環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星均得到不同程度的發(fā)展。
在軍用環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星方面，“光電紅外氣象系統(tǒng)”（EWS）衛(wèi)星和地面段通過初步設(shè)計評審（IDR）。EWS計劃旨在及時滿足軍方對于云表征和戰(zhàn)區(qū)圖像產(chǎn)品的需求，以取代現(xiàn)有老化的“國防氣象衛(wèi)星計劃”（DMSP）。2021年10月1日，美國空軍通過其“空軍資產(chǎn)戰(zhàn)略資金增加”計劃發(fā)布了一份價值1.93億美元的合同，由明日io公司（Tomorrow.io）開發(fā)約由32顆微波氣象衛(wèi)星組成的星座。
光電紅外氣象系統(tǒng)
在民用環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星方面，2021年6月30日NASA“降水結(jié)構(gòu)和風(fēng)暴強(qiáng)度的時間分辨觀測小衛(wèi)星星座”（TROPICS）的首顆技術(shù)驗(yàn)證星成功發(fā)射。TROPICS最終將由7顆3U立方體衛(wèi)星組成星座。2021年，NASA開始了下一代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星——“地球靜止和擴(kuò)展觀測”（Geo-XO）的載荷預(yù)研工作。
在商業(yè)環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星方面，美國螺旋（Spire）公司在2021年成功部署了16顆lemur-2衛(wèi)星，目前其立方體星座共有121顆Lemur-2衛(wèi)星在軌工作。
2021年3月10日，歐洲航天局（ESA）開始研制“北極氣象衛(wèi)星”（AWS）任務(wù)原型衛(wèi)星。未來，AWS星座將提供高頻全球大氣溫濕度數(shù)據(jù)，來改進(jìn)北極天氣預(yù)報，增強(qiáng)短期天氣預(yù)報水平。
2021年歐洲航天局還展示了其加速天基氣候行動的各項舉措。其中，英國“支持地球和太陽研究的可追蹤輻射測量”（TRUTH）衛(wèi)星將為觀測地球、月球和太陽的衛(wèi)星提供標(biāo)準(zhǔn)參考，計劃于2023年發(fā)射?！吧锪俊保˙iomass）任務(wù)將提供森林狀況，促進(jìn)對碳循環(huán)的認(rèn)識。“哥白尼人為二氧化碳監(jiān)測”（CO2M）任務(wù)計劃2025年發(fā)射。
2021年2月28日，俄羅斯新一代北極-M（Arktika-M）氣象衛(wèi)星系統(tǒng)首星Arktika-M1成功發(fā)射。Arktika-M1是世界首顆關(guān)注于北極的氣象衛(wèi)星，該星是軍民兩用衛(wèi)星，將重點(diǎn)滿足高緯度地區(qū)的戰(zhàn)場環(huán)境觀測需求。
本文轉(zhuǎn)載自“戰(zhàn)略前沿技術(shù)”，原標(biāo)題《2021年世界航天裝備發(fā)展綜述 | 遠(yuǎn)望報告》，文?| 國豪
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