航天快速發(fā)射內(nèi)涵分析

楊永鋒，李明澤，錢 軍，趙 磊

(中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，酒泉，732750)

綜述

航天快速發(fā)射內(nèi)涵分析

楊永鋒，李明澤，錢 軍，趙 磊

(中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，酒泉，732750)

航天快速發(fā)射內(nèi)涵分析是理論研究的重要內(nèi)容，針對(duì)目前航天快速發(fā)射內(nèi)涵不清的現(xiàn)狀，以航天快速發(fā)射的需求為切入點(diǎn)，明確航天快速發(fā)射的特征,梳理歸納出航天快速發(fā)射提供的4種能力，基于需求、技術(shù)和性能3個(gè)維度，給出了航天快速發(fā)射的定義。這對(duì)于促進(jìn)航天快速發(fā)射能力建設(shè)，具有重要理論和實(shí)踐價(jià)值。

航天；快速發(fā)射；內(nèi)涵

0 引 言

“快速發(fā)射”的概念起源于戰(zhàn)略導(dǎo)彈，在20世紀(jì)70年代引入運(yùn)載領(lǐng)域，在20世紀(jì)80年代美國開始研制飛馬座火箭，驗(yàn)證快速機(jī)動(dòng)發(fā)射的可行性。進(jìn)入21世紀(jì)，航天發(fā)射迅猛發(fā)展，開始實(shí)現(xiàn)由進(jìn)入空間到應(yīng)用空間的過渡，在這一發(fā)展浪潮的推動(dòng)下，航天領(lǐng)域?qū)＜姨岢隽撕芏嘈吕碚摗⑿赂拍睢⑿掠^點(diǎn)，其中就包括航天快速發(fā)射的概念。

航天快速發(fā)射的提出是信息化時(shí)代來臨和航天力量興起的產(chǎn)物，作為航天領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其諸多特點(diǎn)代表著航天系統(tǒng)的發(fā)展方向。但是目前對(duì)航天快速發(fā)射的研究還處于起步階段，頂層設(shè)計(jì)缺失、技術(shù)革新保守，都是因?yàn)閷?duì)快速發(fā)射的研究不足，缺乏理論支撐，無法指導(dǎo)實(shí)踐。

目前，針對(duì)航天快速發(fā)射內(nèi)涵的研究，雖然取得了一定成果[1～4]，但尚未建立航天快速發(fā)射內(nèi)涵框架，存在內(nèi)涵交叉、外延混亂等觀點(diǎn)不一致的問題，嚴(yán)重阻礙了航天快速發(fā)射的發(fā)展，因此開展航天快速發(fā)射內(nèi)涵的研究十分必要。

針對(duì)內(nèi)涵不清、定義不明的現(xiàn)狀，本文對(duì)航天快速發(fā)射的內(nèi)涵做進(jìn)一步的分析，旨在全面揭示航天快速發(fā)射的本質(zhì)，彌補(bǔ)航天快速發(fā)射理論研究的不足，力求統(tǒng)一人們對(duì)航天快速發(fā)射的認(rèn)識(shí)，為航天快速發(fā)射發(fā)展規(guī)劃提供決策支持。

1 航天快速發(fā)射需求

航天力量的運(yùn)用已經(jīng)滲透到方方面面，面對(duì)突發(fā)性強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間短的事件，如局部戰(zhàn)爭(zhēng)、劇烈自然災(zāi)害等，無法做到事前有效應(yīng)對(duì)，要求空間系統(tǒng)在較短的時(shí)間內(nèi)迅速做出反應(yīng)需要航天系統(tǒng)提供應(yīng)急支持。

傳統(tǒng)航天發(fā)射側(cè)重于對(duì)長期計(jì)劃的處理，產(chǎn)品研制生產(chǎn)、發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)備工作時(shí)間不確定，不能滿足突發(fā)情況的需要。依靠在空間長期部署大量衛(wèi)星的方式，以隨時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、耗資巨大且不符合實(shí)際的情況。因此，迫切需要一種快速發(fā)射力量，彌補(bǔ)傳統(tǒng)航天發(fā)射的不足。梳理航天快速發(fā)射的需求，可總結(jié)為以下4個(gè)方面：

a）局部戰(zhàn)爭(zhēng)。

現(xiàn)代高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)是海陸空天一體化的戰(zhàn)爭(zhēng)，其特點(diǎn)就是充分利用衛(wèi)星，作為偵查、通信、導(dǎo)航、預(yù)警的有效手段，衛(wèi)星被稱為作戰(zhàn)效能的“倍增器”。為了滿足戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)空間系統(tǒng)的要求，往往會(huì)在戰(zhàn)前部署大量衛(wèi)星，必要時(shí)還會(huì)進(jìn)行應(yīng)急發(fā)射。文獻(xiàn)[5]指出，現(xiàn)代發(fā)生的4場(chǎng)典型局部戰(zhàn)爭(zhēng)，戰(zhàn)爭(zhēng)中都有應(yīng)急發(fā)射衛(wèi)星的情況，在戰(zhàn)時(shí)單顆衛(wèi)星的平均發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間僅45天左右，單純依靠傳統(tǒng)航天發(fā)射方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。

b）自然災(zāi)害。

重大自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，以遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星組成的“太空救援隊(duì)”，為救災(zāi)指揮、次生災(zāi)害預(yù)防、災(zāi)害評(píng)估以及災(zāi)后重建提供信息。由于太空中部署衛(wèi)星的數(shù)目有限，無法滿足災(zāi)害發(fā)生時(shí)爆炸式的信息請(qǐng)求，通信衛(wèi)星數(shù)量的不足極大地限制了搶險(xiǎn)救援的開展，快速發(fā)射能夠及時(shí)向空中投送所需衛(wèi)星，滿足地面對(duì)衛(wèi)星數(shù)量的要求。

c）空間搶險(xiǎn)。

隨著空間攻防對(duì)抗的加深，目前已經(jīng)有多國擁有了反衛(wèi)星武器，此外，隨著載人航天事業(yè)的推進(jìn)，中國的航天工程已經(jīng)進(jìn)入空間實(shí)驗(yàn)室和空間站階段，開展空間救援相關(guān)問題的研究已經(jīng)提上日程。應(yīng)對(duì)空間緊急事件，不能完全依賴產(chǎn)品的可靠性或者機(jī)動(dòng)規(guī)避的方式，還需采用其它補(bǔ)救的方法。快速發(fā)射是空間維修、空間補(bǔ)網(wǎng)的有效應(yīng)對(duì)方式，實(shí)現(xiàn)空間救援同樣需要快速發(fā)射力量。

d）其它方面的需求。

由于航天發(fā)射的應(yīng)用領(lǐng)域眾多，對(duì)于快速發(fā)射的需求，除局部戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害、空間搶險(xiǎn)外，還包括其它方面，如中東、南海、中亞局勢(shì)緊張，需偵查監(jiān)視以提供態(tài)勢(shì)感知；發(fā)生偶見的短暫科學(xué)現(xiàn)象，需提供衛(wèi)星工具進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)；新疆或敏感地區(qū)發(fā)生重大恐怖事件，需對(duì)熱點(diǎn)地區(qū)提供連續(xù)的監(jiān)視等。

2 航天快速發(fā)射特征

快速發(fā)射作為一種新型的發(fā)射模式，與傳統(tǒng)航天發(fā)射相比，其任務(wù)需求和目標(biāo)導(dǎo)向均不同，因而表現(xiàn)出的特點(diǎn)不同。快速發(fā)射的特點(diǎn)可總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

a）任務(wù)實(shí)施“突發(fā)性強(qiáng)”。

傳統(tǒng)發(fā)射任務(wù)按照衛(wèi)星工程規(guī)劃與年度衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃相結(jié)合的方式進(jìn)行，發(fā)射活動(dòng)預(yù)先清楚，根據(jù)項(xiàng)目安排程序嚴(yán)格組織實(shí)施，具有“計(jì)劃性強(qiáng)”的特點(diǎn)；快速發(fā)射任務(wù)主要滿足不確定性的應(yīng)急需求，發(fā)射任務(wù)和發(fā)射計(jì)劃事先無法確定，針對(duì)不同的發(fā)射任務(wù)需要臨時(shí)指定發(fā)射方案，具有“突發(fā)性強(qiáng)”的特點(diǎn)[3]。

b）任務(wù)目標(biāo)預(yù)先不確定。

傳統(tǒng)發(fā)射任務(wù)計(jì)劃明確，預(yù)先確定每次發(fā)射采用的有效載荷、運(yùn)載器、推進(jìn)劑類型以及發(fā)射方式和入軌點(diǎn)等，具有“目標(biāo)明確”的特點(diǎn)；快速發(fā)射的任務(wù)目標(biāo)因應(yīng)急需求的不同而不同，是應(yīng)急通信、應(yīng)急偵查還是應(yīng)急補(bǔ)網(wǎng)均無法預(yù)先確定，無法明確發(fā)射要素，具有“目標(biāo)不確定”的特點(diǎn)。

c）任務(wù)側(cè)重于響應(yīng)時(shí)間。

傳統(tǒng)發(fā)射嚴(yán)格按照工程計(jì)劃執(zhí)行，準(zhǔn)備時(shí)間長，投入費(fèi)用高，一旦發(fā)射失敗，損失嚴(yán)重，所以其發(fā)射任務(wù)側(cè)重在成功率上，與傳統(tǒng)航天發(fā)射相比，快速發(fā)射受應(yīng)急需求的驅(qū)使，首先需要滿足響應(yīng)時(shí)間的要求，若一次發(fā)射失敗可快速進(jìn)行第二次發(fā)射，或者多枚航天器同時(shí)發(fā)射。

d）發(fā)射活動(dòng)精簡(jiǎn)。

傳統(tǒng)發(fā)射活動(dòng)處理工序長，例如在測(cè)試工作上，要經(jīng)歷單機(jī)、分系統(tǒng)、整星的聯(lián)合測(cè)試，涉及的設(shè)施設(shè)備多，準(zhǔn)備活動(dòng)復(fù)雜；快速發(fā)射為盡快縮短響應(yīng)時(shí)間，其準(zhǔn)備活動(dòng)處理工序少，測(cè)試工作主要驗(yàn)證分系統(tǒng)間、分系統(tǒng)各單元設(shè)備間電接口關(guān)系的正確性與兼容性，發(fā)射活動(dòng)緊湊、低冗余，具有精簡(jiǎn)的特點(diǎn)。

e）任務(wù)可靠性低。

快速發(fā)射為滿足時(shí)間上的要求，會(huì)減少不必要的冗余部分來換取響應(yīng)時(shí)間。此外，任務(wù)和目標(biāo)的不確定性以及新技術(shù)應(yīng)用帶來的不確定性也會(huì)降低任務(wù)的可靠性。

f）產(chǎn)品價(jià)格低。

快速發(fā)射任務(wù)只針對(duì)特定的目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行，航天器執(zhí)行任務(wù)專一，有效載荷類型單一化，數(shù)量也較少，不追求全面的高性能，任務(wù)的實(shí)施往往采用小衛(wèi)星和小型運(yùn)載器，與傳統(tǒng)發(fā)射中的航天器和運(yùn)載器相比，其產(chǎn)品價(jià)格較低。

綜上所述，航天快速發(fā)射具有與傳統(tǒng)航天發(fā)射不同的特點(diǎn)，兩者的特征對(duì)比如表1所示。

表1 快速發(fā)射與傳統(tǒng)發(fā)射特征對(duì)比

3 航天快速發(fā)射提供的能力

目前，隨著快速發(fā)射應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)快速發(fā)射提供能力的研究不斷深入，本文歸納了快速發(fā)射提供的4種能力：

a）增強(qiáng)現(xiàn)有空間能力。

空間高地作為新的戰(zhàn)場(chǎng)，快速發(fā)射能夠拓展空間系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，為空間攻防對(duì)抗提供有力的支撐，使空間系統(tǒng)不僅具有戰(zhàn)略服務(wù)能力，還具有戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)由“利用空間”到“控制空間”的轉(zhuǎn)變。

b）重建失效空間能力。

衛(wèi)星因壽命終止或者因空間武器破壞而失效，可運(yùn)用快速發(fā)射力量迅速替換失效衛(wèi)星，快速組建新的衛(wèi)星星座，補(bǔ)充天基系統(tǒng)，保持其原有功能，彌補(bǔ)空間空隙帶來的風(fēng)險(xiǎn)，保證空間系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

c）信息保障能力。

當(dāng)處于戰(zhàn)事打響或戰(zhàn)事升級(jí)需要的狀態(tài)，迅速發(fā)射衛(wèi)星以緩解在軌衛(wèi)星的高負(fù)荷狀態(tài)，對(duì)態(tài)勢(shì)變化較快的目標(biāo)持續(xù)跟蹤，獲取最新的目標(biāo)態(tài)勢(shì)圖，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)特定時(shí)間段和敏感區(qū)域的持續(xù)偵查，為指揮人員提供豐富準(zhǔn)確的信息，增強(qiáng)對(duì)未來態(tài)勢(shì)的有效預(yù)測(cè)。

d）救援支持能力。

發(fā)生劇烈自然災(zāi)害時(shí)，實(shí)施快速發(fā)射以迅速彌補(bǔ)衛(wèi)星數(shù)量的不足，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信與應(yīng)急探測(cè)，發(fā)揮應(yīng)急衛(wèi)星的輔助決策作用。此外，隨著載人航天活動(dòng)的不斷增加，當(dāng)發(fā)生空間緊急事件時(shí)，快速發(fā)射飛船以提供救援支持，避免重大生命財(cái)產(chǎn)損失。

4 航天快速發(fā)射定義

“航天快速發(fā)射”是近幾年新興起的名詞，查閱各類文獻(xiàn)資料，尚無明確的定義，一是因?yàn)楹教炜焖侔l(fā)射的概念還處于不斷發(fā)展、不斷完善的階段，其理論研究還不夠成熟；二是不同的研究者站在不同的角度對(duì)于航天快速發(fā)射都有不同的理解，很難達(dá)成統(tǒng)一。

針對(duì)航天快速發(fā)射定義，國內(nèi)外學(xué)者分別從需求[7,8]、趨勢(shì)[9,10]、特征[11,12]和能力等角度進(jìn)行描述性的定義，在定義中，“快速”通過具有相對(duì)特征的詞語來描述，而“發(fā)射”通過一系列的準(zhǔn)備過程來表征。這種定義方法往往只展現(xiàn)快速發(fā)射的某一個(gè)側(cè)面，未能全面揭示快速發(fā)射的本質(zhì)。航天快速發(fā)射作為一種新型的發(fā)射方式，需綜合考慮其現(xiàn)實(shí)需求、目標(biāo)導(dǎo)向和客觀實(shí)際，因此獲取航天快速發(fā)射的定義需考慮以下3個(gè)維度：

a）需求維度，決定了航天快速發(fā)射的現(xiàn)實(shí)意義。航天快速發(fā)射來源于現(xiàn)實(shí)需求，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)射的根本動(dòng)機(jī)是為空間快速應(yīng)用提供支撐，最終達(dá)到滿足空間需求的目的。所以，航天快速發(fā)射在強(qiáng)調(diào)時(shí)間響應(yīng)的同時(shí)，更應(yīng)該側(cè)重功能上的響應(yīng)，通過地面的規(guī)劃、協(xié)調(diào)、組織、部署，及時(shí)滿足用戶需求。目前，航天快速發(fā)射的研究普遍局限于發(fā)射場(chǎng)的活動(dòng)，并沒有考慮研制生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此斷開了用戶需求與準(zhǔn)備工作的聯(lián)系。快速發(fā)射系統(tǒng)中的地面支持系統(tǒng)，雖以發(fā)射場(chǎng)為主體，但是單純強(qiáng)調(diào)發(fā)射場(chǎng)的“快”，而忽略了生產(chǎn)研制這個(gè)“源頭”，這是對(duì)航天快速發(fā)射的一種片面性的理解，不具有現(xiàn)實(shí)意義。

b）技術(shù)維度，決定了航天快速發(fā)射的實(shí)現(xiàn)方式。航天快速發(fā)射是及時(shí)應(yīng)對(duì)不確定性的一種新型發(fā)射方式，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)航天發(fā)射有本質(zhì)不同。對(duì)突發(fā)事件的適應(yīng)性，涉及到對(duì)目前的作業(yè)程序、指導(dǎo)思想、組織結(jié)構(gòu)的重大改變。因此，實(shí)現(xiàn)航天快速發(fā)射并不是在現(xiàn)有的技術(shù)體制上進(jìn)行單純的成熟化設(shè)計(jì)，如流程優(yōu)化、漸進(jìn)式技術(shù)改進(jìn)等，而是通過理念和技術(shù)革新，圍繞航天快速發(fā)射關(guān)鍵要素，建立新的技術(shù)體制。

c）性能維度，決定了航天快速發(fā)射的效用水平。航天快速發(fā)射，以及時(shí)滿足用戶需求而存在，“快速性”是對(duì)航天快速發(fā)射的根本要求，但航天快速發(fā)射作為對(duì)傳統(tǒng)航天發(fā)射的繼承和發(fā)展，是航天系統(tǒng)整體性能提升的標(biāo)志，而不是單純表現(xiàn)在快速性上。衡量航天快速發(fā)射的效用，需要從響應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、機(jī)動(dòng)性、靈活性、生存性、可操作性、互操作性等多個(gè)方面綜合考慮，否則會(huì)陷入以空間換時(shí)間，以成本投入代替技術(shù)革新的慣性思維中。

航天快速發(fā)射，是在功能和性能上對(duì)傳統(tǒng)航天發(fā)射的延伸和擴(kuò)展，其立足于滿足突發(fā)事件需求，力求保證最大限度內(nèi)發(fā)揮航天系統(tǒng)的支援作用，以快速性為首要目標(biāo)，兼顧經(jīng)濟(jì)性、機(jī)動(dòng)性、靈活性、生存性、可操作性、互操作性，通過對(duì)航天發(fā)射理念和技術(shù)上的革新，最終形成快速發(fā)射力量，達(dá)到快速進(jìn)入空間的目的。其側(cè)重于對(duì)突發(fā)情況下空間需求的靈活應(yīng)對(duì)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)航天系統(tǒng)必須具備快速支援、補(bǔ)充以及重構(gòu)的能力，其定義分析如圖1所示。

圖1 航天快速發(fā)射定義分析示意

考慮以上3個(gè)維度，結(jié)合航天快速發(fā)射的特征，對(duì)航天快速發(fā)射可做如下定義：a）廣義上講，就是指航天系統(tǒng)高效完成發(fā)射任務(wù)，及時(shí)滿足空間需求的新型航天發(fā)射能力；b）狹義上講，是指在接到發(fā)射命令后，快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器和航天器的生產(chǎn)研制、集成、測(cè)試、加注和發(fā)射的全過程。

5 結(jié)束語

本文對(duì)航天快速發(fā)射內(nèi)涵進(jìn)行了細(xì)致的分析,梳理了航天快速發(fā)射的需求并明確了特征，歸納了航天快速發(fā)射提供的4種能力。為全面揭示航天快速發(fā)射的本質(zhì)，綜合考慮需求、技術(shù)和性能3個(gè)維度，做出了航天快速發(fā)射的定義。本文進(jìn)一步豐富了航天快速發(fā)射的內(nèi)涵，彌補(bǔ)了航天快速發(fā)射理論研究的不足，對(duì)于提升對(duì)航天快速發(fā)射的認(rèn)識(shí)水平，避免陷入認(rèn)識(shí)上的偏頗，為頂層設(shè)計(jì)人員提供規(guī)劃參考，促進(jìn)航天快速發(fā)射能力建設(shè)，具有重要意義。

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Connotation Analysis on the Aerospace Rapid Launch

Yang Yong-feng, Li Ming-ze, Qian Jun, Zhao Lei
(Jiuquan Satellite Launch Center of China, Jiuquan, 732750)

Connotation analysis on the aerospace rapid launch is an important part of the theoretical research. On the issues that the connotation of aerospace rapid launch is not clear, the requirement of aerospace rapid launch is researched. The characteristic is clearly put forward and four abilities of the aerospace rapid launch are carded. Based on the three latitudes of requirement, technique and performance, a definition of aerospace rapid launch is given. It is important to promote capacity building of aerospace rapid launch.

Aerospace; Rapid launch; Connotation

V553

A

1004-7182(2016)05-0044-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160510

2016-01-29；

2016-05-26

全軍軍事科研計(jì)劃課題暨國家社科基金軍事學(xué)項(xiàng)目（15QJ003-028）

楊永鋒（1976-），男，工程師，主要研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)試發(fā)射技術(shù)總體