洛馬公司2015年航天防務(wù)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與拓展

張京男 （中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心）

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洛馬公司2015年航天防務(wù)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與拓展

Research Report on 2015 Lockheed Martin Aerospace & Defense Development and Expansion

張京男 （中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心）

2015年，洛馬公司（LM）在航天防務(wù)領(lǐng)域取得的進(jìn)展主要體現(xiàn)在運(yùn)載火箭、戰(zhàn)略導(dǎo)彈、軍用衛(wèi)星、反導(dǎo)系統(tǒng)以及新技術(shù)開(kāi)發(fā)、民用產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)、戰(zhàn)略合作等方面，相關(guān)裝備的發(fā)展對(duì)美國(guó)航天防務(wù)能力發(fā)揮著重大作用，是美國(guó)國(guó)防建設(shè)的戰(zhàn)略基石。

1 火箭發(fā)射情況

目前，洛馬公司研制并運(yùn)營(yíng)宇宙神－5（Atlas－5）和“雅典娜”（Athena）火箭。2015年，宇宙神－5火箭共發(fā)射9次，均取得成功。其中，軍用發(fā)射6次，科學(xué)探測(cè)1次，商業(yè)發(fā)射1次（為墨西哥政府發(fā)射通信衛(wèi)星），空間站貨運(yùn)任務(wù)1次?！把诺淠取被鸺?015年發(fā)射次數(shù)為0次。

續(xù) 表

與宇宙神－5火箭對(duì)接的美制墨西哥莫雷洛斯－3衛(wèi)星

2 航天器情況

“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”軍用衛(wèi)星

洛馬公司于2015年9月2日用宇宙神－5火箭發(fā)射了移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)－4衛(wèi)星，進(jìn)入地球同步軌道，軌道高37586km，隨后開(kāi)始與地面的海軍航天器控制站進(jìn)行通信。11月30日完成在軌測(cè)試，海軍正式接收該衛(wèi)星。2016年一季度，移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)－4將進(jìn)行軌道調(diào)整，準(zhǔn)備在軌運(yùn)行驗(yàn)收工作。（詳情請(qǐng)看本刊2015年第11期）

GPS地面控制段升級(jí)

2013年，美國(guó)空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心授予洛馬公司GPS入侵保護(hù)增強(qiáng)（GIPR）工程改造合同，2015年已對(duì)GPS主控制站與備用主控制站完成改造和部署，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件采購(gòu)、軟件開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)與技術(shù)歸檔。該工程不但有助于保護(hù)數(shù)據(jù)，還解決了設(shè)備陳舊問(wèn)題，通過(guò)新興供應(yīng)商的硬件與操作系統(tǒng)增強(qiáng)GPS的可維護(hù)性。

目前，GPS軍用、民用、商用客戶每天可超過(guò)10億，而改造將在硬件與軟件方面同時(shí)提升，應(yīng)對(duì)快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)威脅。

取得美國(guó)一項(xiàng)商業(yè)發(fā)射合同

2015年8月，洛馬公司獲得美國(guó)第二大衛(wèi)星廣播電視運(yùn)營(yíng)商回聲星通信公司（EchoStar）的衛(wèi)星商業(yè)發(fā)射合同，計(jì)劃在2016年下半年用宇宙神－5火箭發(fā)射回聲星通信公司的XIX通信衛(wèi)星。XIX衛(wèi)星又被稱作朱比特－2（Jupiter-2）衛(wèi)星，是美國(guó)勞拉空間系統(tǒng)公司（SSL）研制的Ka頻段衛(wèi)星，用于北美高速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

開(kāi)拓沙特商業(yè)衛(wèi)星

洛馬公司與阿拉伯衛(wèi)星通信組織（ARABSAT）、沙特王國(guó)阿卜杜拉阿齊茲國(guó)王科技城（KACST）在2015年共同宣布聯(lián)合研制阿拉伯通信衛(wèi)星-6A（Arabsat－6A）與希臘衛(wèi)星－4/沙特阿拉伯地球靜止軌道衛(wèi)星－1（Hellas Sat－4/ SaudiGEOSat－1），可為中東、非洲、歐洲地區(qū)提供電視、互聯(lián)網(wǎng)、電話與安全通信服務(wù)。洛馬公司航天事業(yè)部商業(yè)太空業(yè)務(wù)部取得了這2顆衛(wèi)星的研制合同，將基于A2100平臺(tái)改造，搭載洛馬公司新型有效載荷，快速適應(yīng)各種通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在軌衛(wèi)星任務(wù)重新設(shè)定，動(dòng)態(tài)調(diào)整高峰地區(qū)的帶寬，從而增加運(yùn)營(yíng)收入，衛(wèi)星計(jì)劃于2018年發(fā)射。

根據(jù)合作協(xié)議，洛馬公司還將與阿齊茲國(guó)王科技城、沙特技術(shù)投資與開(kāi)發(fā)公司（TAQNIA）航天分公司在沙特合作進(jìn)行其他衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、制造與集成。洛馬公司與沙特技術(shù)投資與開(kāi)發(fā)公司航天分公司在沙特合資成立了有限責(zé)任公司，培養(yǎng)航天人才，開(kāi)發(fā)太空設(shè)施，阿齊茲國(guó)王科技城作為研發(fā)機(jī)構(gòu)，輸出相關(guān)技術(shù)。

“獵戶座”飛船

2014年進(jìn)行過(guò)首次不載人飛行的“獵戶座”（Orion）乘員艙運(yùn)抵洛馬公司航天事業(yè)部，進(jìn)行乘員艙的凈化工作，并繼續(xù)進(jìn)行飛行后部分組件的分析工作。同時(shí)還在評(píng)估一項(xiàng)直接場(chǎng)聲學(xué)（DFA）試驗(yàn)技術(shù)，測(cè)定能否產(chǎn)生足夠的能量，模擬“獵戶座”在由“航天發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）發(fā)射與上升過(guò)程中將承受的聲音載荷。環(huán)繞飛船四周放置特制的高能擴(kuò)音器，通過(guò)特定算法控制到達(dá)飛船的能量，計(jì)劃2016年初得出試驗(yàn)結(jié)論。如果試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確模擬“航天發(fā)射系統(tǒng)”上升時(shí)的聲學(xué)載荷，它將評(píng)估“獵戶座”在下一次任務(wù)中承受這種載荷的能力。

2015年9月，洛馬公司與NASA工程人員利用摩擦攪拌焊接技術(shù)成功完成了第2艘“獵戶座”飛船艙道與前部艙壁的焊接。艙道用于對(duì)接時(shí)航天員爬行進(jìn)出，而前部艙壁會(huì)在再入時(shí)承受極限載荷。

在首次飛行的“獵戶座”探索飛行測(cè)試-1 （EFT－1）制造完畢后，洛馬公司意識(shí)到焊接段數(shù)量的減少會(huì)降低整個(gè)飛船質(zhì)量，原因在于焊接部位質(zhì)量較大，因此此次制造的第2艘飛船（探索飛行測(cè)試－1）將采用7個(gè)大的部段連接，替代探索飛行測(cè)試－1上的18個(gè)焊接段，但焊接難度會(huì)加大。為驗(yàn)證新設(shè)計(jì)的可行性，洛馬公司在火星“探路者”（Pathfinder）飛船上進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證性能。

“獵戶座”飛船關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審（CDR）從2015 年8月開(kāi)始，到10月已完成大部分工作，成熟度滿足全尺寸制造、組裝、集成與試驗(yàn)，滿足了NASA的性能要求。這也標(biāo)志著“獵戶座”設(shè)計(jì)工作已基本完成，只在有新需求的時(shí)候才會(huì)進(jìn)行變更。

2016年初，焊接工作完畢，并進(jìn)行“歐洲服務(wù)艙”（ESM）的關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審，“獵戶座”乘員艙壓力容器會(huì)運(yùn)送至NASA肯尼迪航天中心的檢驗(yàn)工廠，進(jìn)行最后的組裝、集成與試驗(yàn)。“獵戶座”第一次飛行任務(wù)將飛往月球大幅值逆行軌道，這一距離在以往載人任務(wù)中從未達(dá)到過(guò)。該任務(wù)歷時(shí)約20天，驗(yàn)證“獵戶座”飛船與“航天發(fā)射系統(tǒng)”的載人深空探測(cè)設(shè)計(jì)安全性。

“奧西里斯-雷克斯”小行星采樣探測(cè)器

2015年10月，洛馬公司完成了NASA的“奧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex，又名“起源光譜釋義資源識(shí)別安全風(fēng)化層探測(cè)器”）小行星探測(cè)器組裝，開(kāi)始進(jìn)行一系列嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)，包括熱真空、振動(dòng)模擬、極端溫度、發(fā)射聲學(xué)、分離與展開(kāi)沖擊、振動(dòng)、電磁干擾與兼容等。

“奧西里斯-雷克斯”將在2016年5月從洛馬公司的工廠運(yùn)送至NASA肯尼迪航天中心，進(jìn)行發(fā)射前準(zhǔn)備，并在2016年9月發(fā)射，飛往距離地球最近的伯努（Bennu）小行星，帶回至少60g樣品供研究。目前，“奧西里斯-雷克斯”按計(jì)劃時(shí)間和預(yù)算進(jìn)行研制，并稍有富余。

“奧西里斯-雷克斯”是NASA“新疆域”（New Frontier）計(jì)劃下的第3個(gè)項(xiàng)目，將用于執(zhí)行美國(guó)首個(gè)小行星采樣返回任務(wù)。NASA戈達(dá)德航天中心負(fù)責(zé)管理整個(gè)任務(wù)，首席研究員來(lái)自亞利桑那州大學(xué)。洛馬公司航天系統(tǒng)事業(yè)部建造飛船并執(zhí)行發(fā)射飛行任務(wù)。

組裝中的美國(guó)“奧西里斯-雷克斯”小行星探測(cè)器

“洞察”火星著陸器

美國(guó)“洞察”著陸器太陽(yáng)電池翼進(jìn)行展開(kāi)測(cè)試

2 0 1 5年1 2月，洛馬公司研制的“洞察”（Insight）火星著陸器由空軍用運(yùn)輸機(jī)運(yùn)往范登堡空軍基地，原計(jì)劃于2016年3月搭載宇宙神－5火箭發(fā)射，但由于探測(cè)器上地震儀的高敏感度探測(cè)器未能真空密封，NASA宣布取消發(fā)射計(jì)劃。發(fā)射計(jì)劃取消后，下一次有利的發(fā)射時(shí)間是2018年5月。

“洞察”著陸器主要作用是探測(cè)火星深層結(jié)構(gòu)，研究“行星如何形成”這一重大問(wèn)題，弄清太陽(yáng)系行星巖石結(jié)構(gòu)形成過(guò)程?！岸床臁敝懫魃蠈⒋钶d法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）研制的地震檢波器。

“洞察”著陸器由洛馬公司與美國(guó)NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）共同設(shè)計(jì)，基于2008年完成火星著陸的“鳳凰”（Phoenix）著陸器，質(zhì)量626kg。此次火星任務(wù)由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，法國(guó)國(guó)家空間研究中心與德國(guó)航空航天中心（DLR）分別提供科學(xué)儀器作為有效載荷，任務(wù)周期2年。

3 新技術(shù)開(kāi)發(fā)

小衛(wèi)星冷卻技術(shù)功率增強(qiáng)3倍

2015年，洛馬公司研究人員開(kāi)發(fā)出了高功率微型低溫冷卻系統(tǒng)，其功率密度是傳統(tǒng)產(chǎn)品的3倍。太空中的精密電子元件及傳感器需要低溫冷卻技術(shù)才能夠運(yùn)行，該技術(shù)的改進(jìn)能夠讓空間傳感器長(zhǎng)期保持低溫運(yùn)行，使紅外光電設(shè)備溫度可降至－195℃，而且其壽命超過(guò)10年，同時(shí)還可減輕太空艙負(fù)重。該系統(tǒng)質(zhì)量不到0.45kg，不及同級(jí)別產(chǎn)品質(zhì)量的50%，這對(duì)同類小型產(chǎn)品沖擊較大。該系統(tǒng)是目前工業(yè)界最高功率密度的冷卻系統(tǒng)，每千克功率超過(guò)150W，而大部分航天級(jí)產(chǎn)品為30～60W，未來(lái)對(duì)太空、海軍艦艇、航空飛行器技術(shù)發(fā)展具有重大意義。

“太空籬笆”項(xiàng)目開(kāi)始建造數(shù)字化相控陣?yán)走_(dá)

2015年9月，洛馬公司“太空籬笆”（Space Fence）項(xiàng)目技術(shù)成熟度通過(guò)美國(guó)空軍關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審，標(biāo)志著設(shè)計(jì)階段結(jié)束，開(kāi)始在西太平洋夸賈林環(huán)礁建造世界上最大的數(shù)字化相控陣?yán)走_(dá)與設(shè)施，包括大型數(shù)字雷達(dá)與一站式方案工廠，計(jì)劃在2018年進(jìn)行初始運(yùn)行。按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)評(píng)審要求，需要每天進(jìn)行150萬(wàn)次探測(cè)、跟蹤、分類在軌目標(biāo)，預(yù)測(cè)天基碰撞。3天的設(shè)計(jì)評(píng)審交付了21000頁(yè)設(shè)計(jì)文檔，并進(jìn)行了8天的設(shè)計(jì)演練。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，洛馬公司使用了最新的整體式微波集成電路技術(shù)，包括氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體材料。氮化鎵為主動(dòng)式相控陣?yán)走_(dá)提供了顯著優(yōu)勢(shì)，包括高功率密度、高效率和高可靠性。洛馬公司采用了成熟的商業(yè)級(jí)產(chǎn)品與商業(yè)技術(shù)降低成本，與美國(guó)國(guó)防部發(fā)布的“最佳購(gòu)買力3.0”國(guó)家戰(zhàn)略保持一致。

4 總結(jié)分析

運(yùn)載火箭、軍用衛(wèi)星、深空探測(cè)器等美國(guó)航天防務(wù)重大工程成效卓著

宇宙神－5火箭2015年成功發(fā)射9次，與歷年相比，完成任務(wù)較多，且以重大軍事任務(wù)為主?！耙苿?dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”作為海軍等移動(dòng)作戰(zhàn)使用的重要通信能力，其交付進(jìn)度緊鑼密鼓。同時(shí)，在國(guó)際商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)上，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整高峰地區(qū)帶寬等新能力打開(kāi)與沙特合作空間。深空探測(cè)器主要關(guān)注深空載人航行、小行星采樣與火星登陸。以上工程，除“洞察”火星著陸器測(cè)試出現(xiàn)故障外，其他均表現(xiàn)優(yōu)異，成效卓著。

新技術(shù)與新改造的科技含量高，并依賴基礎(chǔ)科學(xué)

研發(fā)的低溫冷卻系統(tǒng)在功率密度、外形尺寸方面的優(yōu)勢(shì)都幾倍于傳統(tǒng)產(chǎn)品，從基礎(chǔ)技術(shù)層面滿足航天與其他相關(guān)防務(wù)產(chǎn)品的低溫要求。在巨額合同支持下，通過(guò)引入氮化鎵材料，大幅提升雷達(dá)性能的數(shù)字指標(biāo)和一體化作戰(zhàn)效能。機(jī)載激光受大氣湍流影響，但通過(guò)氣動(dòng)與流場(chǎng)控制技術(shù)，避免了激光被大氣漫射?？梢钥闯觯羼R公司新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與改進(jìn)，極其重視對(duì)電磁波、材料、光學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)與原理的解析，而航天防務(wù)裝備與能力也迫切需要從更基礎(chǔ)的層面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)能力的根本性轉(zhuǎn)變。

將航空航天能力向商業(yè)級(jí)民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化

洛馬公司2015年繼續(xù)大力拓展民用領(lǐng)域，其中的智能化技術(shù)、高空飛艇、太陽(yáng)能技術(shù)、信息技術(shù)等均為航空航天領(lǐng)域經(jīng)常集成或應(yīng)用的技術(shù)，并且均可找到對(duì)應(yīng)的裝備與大型系統(tǒng)。通過(guò)代工生產(chǎn)商代工、直接收購(gòu)或技術(shù)轉(zhuǎn)移等方式，洛馬公司可將系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)集成等核心能力應(yīng)用在更廣泛的商業(yè)級(jí)民用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)軍用轉(zhuǎn)民用，創(chuàng)造理想的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

2015年，洛馬公司航天與防務(wù)發(fā)展取得了多項(xiàng)重大突破與進(jìn)展，而相關(guān)民用產(chǎn)業(yè)與戰(zhàn)略合作是公司有效拓展與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要補(bǔ)充，未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)也必將對(duì)相關(guān)的軍用與民用產(chǎn)業(yè)帶來(lái)重大影響。