洛馬公司2015年航天防務領(lǐng)域的開發(fā)與拓展

張京男 （中國運載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心）

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洛馬公司2015年航天防務領(lǐng)域的開發(fā)與拓展

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

張京男 （中國運載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心）

2015年，洛馬公司（LM）在航天防務領(lǐng)域取得的進展主要體現(xiàn)在運載火箭、戰(zhàn)略導彈、軍用衛(wèi)星、反導系統(tǒng)以及新技術(shù)開發(fā)、民用產(chǎn)業(yè)開發(fā)、戰(zhàn)略合作等方面，相關(guān)裝備的發(fā)展對美國航天防務能力發(fā)揮著重大作用，是美國國防建設的戰(zhàn)略基石。

1 火箭發(fā)射情況

目前，洛馬公司研制并運營宇宙神－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，科學探測1次，商業(yè)發(fā)射1次（為墨西哥政府發(fā)射通信衛(wèi)星），空間站貨運任務1次。“雅典娜”火箭2015年發(fā)射次數(shù)為0次。

續(xù) 表

與宇宙神－5火箭對接的美制墨西哥莫雷洛斯－3衛(wèi)星

2 航天器情況

“移動用戶目標系統(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)射了移動用戶目標系統(tǒng)－4衛(wèi)星，進入地球同步軌道，軌道高37586km，隨后開始與地面的海軍航天器控制站進行通信。11月30日完成在軌測試，海軍正式接收該衛(wèi)星。2016年一季度，移動用戶目標系統(tǒng)－4將進行軌道調(diào)整，準備在軌運行驗收工作。（詳情請看本刊2015年第11期）

GPS地面控制段升級

2013年，美國空軍太空與導彈系統(tǒng)中心授予洛馬公司GPS入侵保護增強（GIPR）工程改造合同，2015年已對GPS主控制站與備用主控制站完成改造和部署，包括系統(tǒng)設計、硬件采購、軟件開發(fā)、網(wǎng)絡架構(gòu)設計與技術(shù)歸檔。該工程不但有助于保護數(shù)據(jù)，還解決了設備陳舊問題，通過新興供應商的硬件與操作系統(tǒng)增強GPS的可維護性。

目前，GPS軍用、民用、商用客戶每天可超過10億，而改造將在硬件與軟件方面同時提升，應對快速發(fā)展的網(wǎng)絡威脅。

取得美國一項商業(yè)發(fā)射合同

2015年8月，洛馬公司獲得美國第二大衛(wèi)星廣播電視運營商回聲星通信公司（EchoStar）的衛(wèi)星商業(yè)發(fā)射合同，計劃在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。

開拓沙特商業(yè)衛(wèi)星

洛馬公司與阿拉伯衛(wèi)星通信組織（ARABSAT）、沙特王國阿卜杜拉阿齊茲國王科技城（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。洛馬公司航天事業(yè)部商業(yè)太空業(yè)務部取得了這2顆衛(wèi)星的研制合同，將基于A2100平臺改造，搭載洛馬公司新型有效載荷，快速適應各種通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)在軌衛(wèi)星任務重新設定，動態(tài)調(diào)整高峰地區(qū)的帶寬，從而增加運營收入，衛(wèi)星計劃于2018年發(fā)射。

根據(jù)合作協(xié)議，洛馬公司還將與阿齊茲國王科技城、沙特技術(shù)投資與開發(fā)公司（TAQNIA）航天分公司在沙特合作進行其他衛(wèi)星的設計、制造與集成。洛馬公司與沙特技術(shù)投資與開發(fā)公司航天分公司在沙特合資成立了有限責任公司，培養(yǎng)航天人才，開發(fā)太空設施，阿齊茲國王科技城作為研發(fā)機構(gòu)，輸出相關(guān)技術(shù)。

“獵戶座”飛船

2014年進行過首次不載人飛行的“獵戶座”（Orion）乘員艙運抵洛馬公司航天事業(yè)部，進行乘員艙的凈化工作，并繼續(xù)進行飛行后部分組件的分析工作。同時還在評估一項直接場聲學（DFA）試驗技術(shù)，測定能否產(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音器，通過特定算法控制到達飛船的能量，計劃2016年初得出試驗結(jié)論。如果試驗能夠準確模擬“航天發(fā)射系統(tǒng)”上升時的聲學載荷，它將評估“獵戶座”在下一次任務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。艙道用于對接時航天員爬行進出，而前部艙壁會在再入時承受極限載荷。

在首次飛行的“獵戶座”探索飛行測試-1 （EFT－1）制造完畢后，洛馬公司意識到焊接段數(shù)量的減少會降低整個飛船質(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（探索飛行測試－1）將采用7個大的部段連接，替代探索飛行測試－1上的18個焊接段，但焊接難度會加大。為驗證新設計的可行性，洛馬公司在火星“探路者”（Pathfinder）飛船上進行測試，驗證性能。

“獵戶座”飛船關(guān)鍵設計評審（CDR）從2015 年8月開始，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，滿足了NASA的性能要求。這也標志著“獵戶座”設計工作已基本完成，只在有新需求的時候才會進行變更。

2016年初，焊接工作完畢，并進行“歐洲服務艙”（ESM）的關(guān)鍵設計評審，“獵戶座”乘員艙壓力容器會運送至NASA肯尼迪航天中心的檢驗工廠，進行最后的組裝、集成與試驗。“獵戶座”第一次飛行任務將飛往月球大幅值逆行軌道，這一距離在以往載人任務中從未達到過。該任務歷時約20天，驗證“獵戶座”飛船與“航天發(fā)射系統(tǒng)”的載人深空探測設計安全性。

“奧西里斯-雷克斯”小行星采樣探測器

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別安全風化層探測器”）小行星探測器組裝，開始進行一系列嚴酷的環(huán)境試驗，包括熱真空、振動模擬、極端溫度、發(fā)射聲學、分離與展開沖擊、振動、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送至NASA肯尼迪航天中心，進行發(fā)射前準備，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”按計劃時間和預算進行研制，并稍有富余。

“奧西里斯-雷克斯”是NASA“新疆域”（New Frontier）計劃下的第3個項目，將用于執(zhí)行美國首個小行星采樣返回任務。NASA戈達德航天中心負責管理整個任務，首席研究員來自亞利桑那州大學。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。

組裝中的美國“奧西里斯-雷克斯”小行星探測器

“洞察”火星著陸器

美國“洞察”著陸器太陽電池翼進行展開測試

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輸機運往范登堡空軍基地，原計劃于2016年3月搭載宇宙神－5火箭發(fā)射，但由于探測器上地震儀的高敏感度探測器未能真空密封，NASA宣布取消發(fā)射計劃。發(fā)射計劃取消后，下一次有利的發(fā)射時間是2018年5月。

“洞察”著陸器主要作用是探測火星深層結(jié)構(gòu)，研究“行星如何形成”這一重大問題，弄清太陽系行星巖石結(jié)構(gòu)形成過程。“洞察”著陸器上將搭載法國國家空間研究中心（CNES）研制的地震檢波器。

“洞察”著陸器由洛馬公司與美國NASA噴氣推進實驗室（JPL）共同設計，基于2008年完成火星著陸的“鳳凰”（Phoenix）著陸器，質(zhì)量626kg。此次火星任務由噴氣推進實驗室領(lǐng)導，法國國家空間研究中心與德國航空航天中心（DLR）分別提供科學儀器作為有效載荷，任務周期2年。

3 新技術(shù)開發(fā)

小衛(wèi)星冷卻技術(shù)功率增強3倍

2015年，洛馬公司研究人員開發(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)才能夠運行，該技術(shù)的改進能夠讓空間傳感器長期保持低溫運行，使紅外光電設備溫度可降至－195℃，而且其壽命超過10年，同時還可減輕太空艙負重。該系統(tǒng)質(zhì)量不到0.45kg，不及同級別產(chǎn)品質(zhì)量的50%，這對同類小型產(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150W，而大部分航天級產(chǎn)品為30～60W，未來對太空、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”項目開始建造數(shù)字化相控陣雷達

2015年9月，洛馬公司“太空籬笆”（Space Fence）項目技術(shù)成熟度通過美國空軍關(guān)鍵設計評審，標志著設計階段結(jié)束，開始在西太平洋夸賈林環(huán)礁建造世界上最大的數(shù)字化相控陣雷達與設施，包括大型數(shù)字雷達與一站式方案工廠，計劃在2018年進行初始運行。按照項目設計評審要求，需要每天進行150萬次探測、跟蹤、分類在軌目標，預測天基碰撞。3天的設計評審交付了21000頁設計文檔，并進行了8天的設計演練。

在項目設計過程中，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）半導體材料。氮化鎵為主動式相控陣雷達提供了顯著優(yōu)勢，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)級產(chǎn)品與商業(yè)技術(shù)降低成本，與美國國防部發(fā)布的“最佳購買力3.0”國家戰(zhàn)略保持一致。

4 總結(jié)分析

運載火箭、軍用衛(wèi)星、深空探測器等美國航天防務重大工程成效卓著

宇宙神－5火箭2015年成功發(fā)射9次，與歷年相比，完成任務較多，且以重大軍事任務為主。“移動用戶目標系統(tǒng)”作為海軍等移動作戰(zhàn)使用的重要通信能力，其交付進度緊鑼密鼓。同時，在國際商業(yè)衛(wèi)星市場上，通過動態(tài)調(diào)整高峰地區(qū)帶寬等新能力打開與沙特合作空間。深空探測器主要關(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，并依賴基礎科學

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)勢都幾倍于傳統(tǒng)產(chǎn)品，從基礎技術(shù)層面滿足航天與其他相關(guān)防務產(chǎn)品的低溫要求。在巨額合同支持下，通過引入氮化鎵材料，大幅提升雷達性能的數(shù)字指標和一體化作戰(zhàn)效能。機載激光受大氣湍流影響，但通過氣動與流場控制技術(shù)，避免了激光被大氣漫射。可以看出，洛馬公司新技術(shù)的開發(fā)與改進，極其重視對電磁波、材料、光學等基礎科學與原理的解析，而航天防務裝備與能力也迫切需要從更基礎的層面進行開發(fā)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)級能力的根本性轉(zhuǎn)變。

將航空航天能力向商業(yè)級民用領(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)常集成或應用的技術(shù)，并且均可找到對應的裝備與大型系統(tǒng)。通過代工生產(chǎn)商代工、直接收購或技術(shù)轉(zhuǎn)移等方式，洛馬公司可將系統(tǒng)設計、技術(shù)集成等核心能力應用在更廣泛的商業(yè)級民用領(lǐng)域，實現(xiàn)軍用轉(zhuǎn)民用，創(chuàng)造理想的經(jīng)濟價值。

5 結(jié)束語

2015年，洛馬公司航天與防務發(fā)展取得了多項重大突破與進展，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遠發(fā)展的重要補充，未來的發(fā)展動態(tài)也必將對相關(guān)的軍用與民用產(chǎn)業(yè)帶來重大影響。