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          美国国防高级研究项目局2016财年航天预算项目                    中国航天系统科学与工程研究院 李云 刘海印 王聪2015年初，美国国防高级研究项目局(DA RPA)发布了2016财年预算申请，对2013～2016年间的预算情况进行了总结和规划该预算内容显示，2016财年航天项目预算相比201 5财年总体有所缩减，但项目数量却在增加，项目内容从多个侧面反映了美国在军事航天领域的发展前沿一、201 6财年DARPA航天项目预算概况2016财年，DARPA预算申请总经费达到29.73亿美元，略高于2015财年29.16亿美元的预算经费根据预算文件，DARPA预算经费对涉及生物、医学、通信、信息、电子、材料、认知、航空、航天、指挥控制等众多领域的17个项目元素进行投资，主要支撑基础技术研究、应用技术研究、先期技术研究以及管理支持等4类工作从2015财年和2016财年DARPA预算结构（如图所示）可以看出，基础研究预算经费约占DARPA总预算经费的十分之一；应用技术研究和先期技术研究分别约占五分之二这表明DARPA作为科研管理机构和美军“技术孵化器”，重点帮助企业或军种进一步推进新技术成熟应用。

在201 6财年DARPA预算申请的1 7个项目元素中，与航天技术直接相关的项目元素主要有两项，即空间项目与技术(PE 0603287E)和传感器技术(PE 0603767E)，如下页表所示空间项目与技术项目元素由战术技术办公室(TTO)管理，主要包括两方面任务：一方面通过利用先进空间系统大幅降低成本、带来高回报机会，另一方面提供变革性新型系统、满足当前和未来的军事任务需求根据预算显示，在2016财年DARPA预算中为空间项目与技术项目元素新增了4个项目，分别是“静止轨道卫星机器人服务” (RSGS)、“先进空间推进技术”、“雷达网”以及“特征”( Hallmark)项目然而，从总体预算经费上看，DARPA为该技术群201 6财年申请约1.27亿美元，相比2015财年降低了约30%，其主要原因在于“空射辅助空间进入”(ALASA)项目和“空间疆域感知”(SDA)项目预算以及“凤凰”计划预算均有所减少传感器技术项目元素由战略技术办公室管理，旨在改善监视和瞄准系统精度和时效性，提升战场态势感知、打击和伤害评估能力该技术群2016财年预算新增了“小型卫星传感器”项目，将聚焦小卫星载荷技术攻关。

二、从2016财年预算分析近期DARPA航天发展重点从2016财年DARPA预算申请的航天项目出发，结合美军卫星、运载器、空间态势感知装备和空间攻防对抗装备发展现状，可以发现美军规划未来军事航天发展的几个重要关注点1．发展高轨道和低轨道盲区探测，提高空间态势感知能力美军地基监视装备发展较早且相对成熟，由地基光电／雷达探测与跟踪系统组成的全球地基空间监视网已具备对绝大多数在轨卫星的认知能力近年来，美军天基监视装备亦得到大力发展，自2010年发射首颗“天基空间监视系统” (SBSS)卫星后，又于2013～2014年相继发射了“凝视”(STARE)技术验证星以及GSSAP与ANGELS等3颗高轨巡视探测卫星，加拿大“蓝宝石” ( Sapphire)小卫星也为其提供重要的观测数据天地监视装备平衡发展，极大地提高了美军空间态势感知整体水平不过，当前美国空间态势感知系统在地球低轨道与高轨道仍存在盲区，构建无盲区、精确识别与定位深空微小目标、低虚警率空间态势感知系统是美国当务之急在DARPA“空间监视望远镜”项目下，美军2016财年将继续实施空间监视望远镜（目前在新墨西哥州部署试运行）向澳大利亚的搬迁，预计2017年完成并投入运行。

与传统地基监视望远镜相比，该光学望远镜的探测灵敏度和覆盖率提高了一个数量级，数据采集速度提高了10倍以上，可解决已有设施不能探测、跟踪和定位深空微小目标的问题，缩小了美军空间监视网在南半球和东半球的覆盖盲区在“空间疆域感知”项目下，DARPA于2014年启动的“低倾角低轨目标无提示探测”( LIIO)项目拟用两年时间，快速研制部署新型基础设施，采用雷达、光学、射频等手段，探测跟踪低倾角低轨目标，弥补现有低地球轨道覆盖缺口并提高随机跟踪能力DARPA针对LILO系统的研究目标为可探测lOOOkm高度直径lOcm的目标，天体测量精度优于6”，时间精度优于lOms，lOmin内可对任一目标进行3次以上独立探测，能精确测定轨道参数2．挖掘空间在轨操作业务化发展，进一步增强空间攻防对抗能力美军在轨操作技术发展已历时多年，早期的“自主交会验证”(DART)等一系列项目主要验证与低轨和高轨合作或非合作目标的自主逼近、交会、对接、捕获以及绕飞和伴飞等关键技术DARPA于201 1年底启动的“凤凰”项目将利用在轨操作机器人把位于墓地轨道的退役卫星上的天线设备拆卸下来，在此基础上建造新的通信卫星，表明在轨操作已从单项技术突破向技术群集成验证迈进。

2016财年预算中DARPA新提出的“静止轨道卫星机器人服务“项目源自“凤凰”项目，是对“凤凰”项目的进一步延伸和拓展鉴于大量军事卫星和商业卫星运行于地球静止轨道，DARPA希望与卫星运营商或所有者合作，利用在轨操作技术验证多种潜在的静止轨道在轨服务任务，实现高轨在轨操作服务业务化运行静止轨道卫星机器人服务”项目的在轨服务任务类型包括：处理机械故障（诸如太阳能阵列部署）；提供辅助推进，增强业务卫星编队的灵活性；利用摄像机系统实施非常详细的检测，查找卫星问题所在以及提高对静止轨道运行情况的感知DARPA希望未来可以由商业公司为军事卫星和商业卫星提供此类付费服务由此可见，美军空间操作技术成熟度进一步完善，将从技术验证进一步向任务验证发展，且未来有可能在业务化运行的基础上形成新的空间产业凤凰”和“静止轨道卫星机器人服务”等项目开发的技术，如服务星的远程机动技术、与非合作目标的交会与逼近技术、卫星识别技术、机械手捕获卫星技术、在轨切割卫星天线和拧取部件的操作技术等，均可用于侦察监视和攻击在轨卫星，为美军空间攻防对抗储备了坚实的技术基础综合运用这些技术可以精准地毁伤地球静止轨道上的目标，对在这里运行的高价值卫星构成威胁。

3．探索超大口径光学系统新方案，实现高轨高分辨率卫星成像当前的光学成像卫星已普遍具备亚米级空间分辨率，大多采用1m口径的反射成像系统为获得所需的高分辨率，主要部署在700km以下的低地球轨道，无法像静止轨道卫星一样“定点”在地球上空，只是在飞经目标上空时才能进行数分钟至十几分钟的“过顶”侦察，难以满足长时间连续监视的需要如果要在距离地球表面36000km的静止轨道实现高分辨率“凝视”侦察，必须采用超大口径的光学系统，这会带来超大口径镜片难以实现、卫星质量和体积大幅增加制约发射入轨等困难为此，DARPA积极探索创新技术方案，推进超大口径光学系统技术的发展DARPA在2016财年预算中提出“空间光学孔径自组装”新项目，是继2010年DARPA提出“莫尔纹”项目、通过发展薄膜衍射成像系统实现超大口径光学系统后，对超大口径光学系统技术的又一次探索2014年5月， “莫尔纹”完成5m口径薄膜衍射成像系统地面成像试验，推动天基薄膜衍射成像技术达到3～5级成熟度，圆满完成了该项目的所有工作内容 “空间光学孔径自组装”项目将继续发展超大口径光学系统，但将对新的“分次发射与在轨装配”技术途径展开攻关空间光学孔径自组装”项目将演示验证利用分别发射的多个小型模块化载荷部件组装大口径(>5m)光学系统的可行性，实现功能型光学系统缩比模型的零重力演示。

在演示中该系统将保持所需精度和大范围的物理稳定性以及至少利用一个分块光学镜面 “空间光学孔径自组装”项目将解决在空间中进行标准模块精确机械装配、多目标交会与对接，以及主动表面测量、补偿与控制技术所面临的挑战由于没有必需的测量装置和支持设备，在空间中进行模块组装本质上要比地面操作更具挑战性，模块组件和系统必须具备自我测量和校准能力该项目一旦成功，在轨组装大型的复杂高精度结构将成为可能,这将突破现有或是规划中的航天运载器的发射尺寸限制，推动空间监视与通信载荷能力实现跨越式创新发展4．着力突破小卫星载荷技术瓶颈，加速微小卫星发展应用近年来，微小卫星技术呈井喷式发展，以立方体卫星等为代表的微纳卫星技术迅速成熟且应用范围不断扩大但是与其他卫星相比，微纳卫星由于体积、质量、功率以及采用商用器件的限制，卫星平台性能受到一定的制约，难以支撑合成孔径雷达、通信转发器等卫星载荷为此，DARPA在2016财年提出了新的“雷达网”项目和“小型卫星传感器”项目，重点突破可使用于微纳卫星的光电／红外传感器、可展开天线和星间通信技术等雷达网”项目将着重研究轻质空间可展开天线结构技术，实现无线电通信和遥感载荷的小型化、低功率化和大带宽化，从而降低卫星发射体积和发射成本，提高技术更新速度。

该项目在2016财年将开展立方体卫星可展开天线技术风险降低研究，以及温度控制、电力供应和电子系统分析等小型卫星传感器”项目将开发验证国防部所需的关键载荷技术，包括符合空间应用水平的光电／红外传感器和星间通信技术，使国防部新的战术能力可在小卫星（小于45.36kg）上实现通过使用商业公司的小卫星平台技术并借助国防部与工业部门对微小卫星低成本发射和按需发射的投资，“小型卫星传感器”项目将很快取得突破5．加紧空射型／重复使用型运载器攻关，提升进入空间快速响应能力快速响应进入空间作为实现控制空间作战的重要能力之一，是美军21世纪以来追逐航天运载器发展的主要方向其中，空射火箭和重复使用运载火箭是DARPA探索实现快速响应进入空间的两种重要技术方案DARPA 2016财年预算中的“空射辅助空间进入”和“试验性航天飞机一号”两个项目分别代表这两种方案空射辅助空间进入”项目于20 1 1年启动，将在现有“飞马座”等空射火箭基础上进一步研究整个发射流程完全自主的新型空射火箭，专门服务微小卫星等小型载荷发射按照设想，飞机从跑道起飞后，飞行在7620m的高空其优点在于：利用空中发射不受地面固定发射场地域、方向限制的优点，实现命令下达后24小时内发射，且通过简化设计、基础设施最小化、靶场支持等将45kg有效载荷送入低地球轨道的单次发射成本降至1 00万美元以下，以及验证在12小时内从一个机场转移至另一机场进行发射操作所需的技术。

该项目已完成系统设计阶段，突破了利用卫星遥测（取代地面遥测）监控火箭飞行、自动飞行中止系统、任务规划优化软件等3项关键技术目前，DARPA计划在201 5年末进行首次飞行验证，2016年上半年进行首次轨道发射 “空射辅助空间进入”项目将通过采用商业航电和先进复合材料结构进行成本控制，但会采用创新的高能推进剂，采用单一的推进剂液体替代目前燃料和氧化剂两种液体，简化系统和降低制造运行成本试验性航天飞机一号”项目于201 3年启动，主要发展重复使用运载器第…级，设计、制造与验证飞行速度为马赫数10的带翼飞机，使有关技术成熟化并实现低成本、持久、快响空间进入和全球到达试验性航天飞机一号”不进入轨道，而是将一次性上面级投放至亚轨道后返回，由上面级将1800kg的有效载荷送入轨道，其飞行频率超过10次／年，单次发射价格为500h美元，仅为运载能力相当的美军现役“人牛怪”4火箭的十分之一 “试验性航天飞机一号”设计可在10天内进行10次飞行，实际响应时间亦为24小时，可提升美军的空间快速响应能力目前，“试验性航天飞机‘号”项目处丁´初始设计阶段，计划2018年首飞三、小结DARPA作为美军科技创新的引领者，一直致力于在基本原理探索和军事应用之间搭建桥梁，持续推动创新技术从基础研究向军事应用转化，保障美国。