DARPA制定全球首套無(wú)人在軌服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

賈平（中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院）

2019年2月，由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）招標(biāo)組建的交會(huì)與服務(wù)操作執(zhí)行聯(lián)盟（CONFERS）發(fā)布了無(wú)人在軌服務(wù)《設(shè)計(jì)與操作實(shí)踐建議》文件，用于支持制定有望于2019年發(fā)布的、全球首套無(wú)人在軌交會(huì)與服務(wù)操作相關(guān)技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)。制定該標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上反映了美國(guó)軍方積極推動(dòng)在軌服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展，謀求利用商業(yè)力量發(fā)展太空控制能力的戰(zhàn)略意圖。

1 背景和目的

近年來(lái)，越來(lái)越多的政府研究機(jī)構(gòu)和私營(yíng)公司開(kāi)展了在軌服務(wù)及其操作技術(shù)研究，以延長(zhǎng)在軌航天器的運(yùn)行壽命，大幅降低任務(wù)成本。多個(gè)在軌服務(wù)項(xiàng)目即將于2020年左右進(jìn)入在軌驗(yàn)證或商業(yè)應(yīng)用階段。其中，美國(guó)軌道-ATK公司的“任務(wù)擴(kuò)展飛行器”計(jì)劃2019年入軌，通過(guò)接管目標(biāo)航天器推進(jìn)系統(tǒng)功能的方式提供服務(wù)，有望成為全球首個(gè)商業(yè)在軌服務(wù)系統(tǒng)；美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的復(fù)元-L（Restore-L）服務(wù)航天器將于2020年發(fā)射，在近地軌道為陸地衛(wèi)星－7（Landsat-7）提供推進(jìn)劑加注服務(wù)；DARPA牽頭的“地球同步軌道衛(wèi)星機(jī)器人服務(wù)”（RSGS）項(xiàng)目計(jì)劃2021年在軌驗(yàn)證排除機(jī)械故障、輔助變軌、安裝附加有效載荷等技術(shù)，將采取公私合作關(guān)系（PPP）方式運(yùn)行服務(wù)航天器。

在軌服務(wù)相關(guān)交會(huì)逼近、快速機(jī)動(dòng)和精確操作技術(shù)，既可用于輔助變軌、維修在軌航天器和為其加注推進(jìn)劑，也具有主動(dòng)撞擊、拆卸破壞等太空對(duì)抗?jié)摿ΑＲ蚨绮煌ㄟ^(guò)政策、法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)等加以約束，服務(wù)航天器就有可能與他國(guó)航天器發(fā)生意外碰撞，造成外交沖突，或被用于主動(dòng)攻擊他國(guó)航天資產(chǎn)，造成軍事沖突。此外，如不通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等加以統(tǒng)一，相關(guān)技術(shù)或應(yīng)用的推廣將會(huì)較難，或由少數(shù)機(jī)構(gòu)強(qiáng)制推行，會(huì)導(dǎo)致行業(yè)壟斷，不利于其可持續(xù)發(fā)展。但國(guó)際和各國(guó)政府尚未系統(tǒng)性地對(duì)其運(yùn)營(yíng)許可、服務(wù)范圍、行為約束、技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)等方面做出明確的規(guī)定。

綜上，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全管理標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。DARPA提出通過(guò)制定該標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到以下目的：一是規(guī)范在軌服務(wù)操作，維護(hù)軌道交通安全；二是使美國(guó)參與的國(guó)際商業(yè)在軌服務(wù)活動(dòng)透明化，降低外交風(fēng)險(xiǎn)；三是為投資運(yùn)營(yíng)方、潛在客戶和其他利益相關(guān)方提供經(jīng)濟(jì)和安全保障，推動(dòng)商業(yè)化發(fā)展；四是使政府對(duì)商業(yè)任務(wù)授權(quán)管理流程化，降低審查冗余復(fù)雜性和監(jiān)管難度。

2 基本情況

該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)在軌交會(huì)與逼近、服務(wù)航天器設(shè)計(jì)及其操作技術(shù)和行為等進(jìn)行規(guī)范。由DARPA組建基礎(chǔ)上，以論壇討論形式研究制定，具有共識(shí)性，無(wú)法律約束力。標(biāo)準(zhǔn)制定完成后，美國(guó)擬與聯(lián)合國(guó)外空和平利用委員會(huì)等國(guó)際機(jī)構(gòu)共享并推廣。

標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容是與商業(yè)服務(wù)活動(dòng)相關(guān)的在軌交會(huì)與逼近，以及太空機(jī)器人服務(wù)操作技術(shù)和行為。目前主要涉及但不限于以下方面：一是航天器界面和設(shè)計(jì)，以增加安全性、生存性和交互操作性；二是實(shí)際操作，以規(guī)范交會(huì)逼近和在軌操作的行為；三是數(shù)據(jù)交換和共享，使提供服務(wù)的公司與客戶（包括政府）實(shí)現(xiàn)信息共享；四是建立信任機(jī)制，以降低客戶對(duì)操作服務(wù)具有軍民兩用特性的誤解和擔(dān)憂。

CONFERS于2018年4月發(fā)表的一份指南文件草案——《衛(wèi)星服務(wù)安全框架技術(shù)和操作指南文件》，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)框架和要素提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)：一是相關(guān)術(shù)語(yǔ)定義；二是服務(wù)航天器設(shè)計(jì)、任務(wù)規(guī)劃和準(zhǔn)備，航天器設(shè)計(jì)方面涉及傳感器套件設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)、導(dǎo)航/制導(dǎo)與控制系統(tǒng)、自主故障探測(cè)與系統(tǒng)安全軟件設(shè)計(jì)理念、對(duì)接和抓捕機(jī)制等內(nèi)容，任務(wù)規(guī)劃和準(zhǔn)備方面包括通知協(xié)議、無(wú)線電頻譜管理等；三是服務(wù)航天器在12個(gè)任務(wù)階段所涉及的操作，12個(gè)階段包括發(fā)射、交會(huì)、逼近操作、服務(wù)操作、壽命結(jié)束離軌等；四是供服務(wù)商參考的服務(wù)任務(wù)安全建議，防止出現(xiàn)在軌異常、向客戶證明任務(wù)安全性，以及滿足許可證申請(qǐng)要求。

組織管理和制定形式

該標(biāo)準(zhǔn)由CONFERS匯聚來(lái)自政府和非盈利組織、合資公司、行業(yè)協(xié)會(huì)等航天專家，以論壇討論形式研究制定。CONFERS將逐步從政府資助機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為自籌資金運(yùn)營(yíng)的組織。

（1）組織管理

DARPA從提案者中選定秘書處作為組織和執(zhí)行者。秘書處主要負(fù)責(zé)制定認(rèn)證CONFERS成員的過(guò)程和方法；通過(guò)與CONFERS成員中的領(lǐng)域?qū)＜医涣鳎@取并研究相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和方法；制定知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)計(jì)劃；選擇有資格的標(biāo)準(zhǔn)制定組織機(jī)構(gòu)編撰標(biāo)準(zhǔn)文件并發(fā)布；負(fù)責(zé)安排總體進(jìn)程等工作；制定詳細(xì)財(cái)務(wù)計(jì)劃。

（2）制定形式

秘書處將CONFERS作為論壇管理機(jī)構(gòu)，通過(guò)會(huì)議討論方式研究制定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)參與機(jī)構(gòu)不同，會(huì)議分4種：一是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)度量（USG）核心會(huì)議，僅限USG成員討論內(nèi)部技術(shù)和政策問(wèn)題，將基于共享知識(shí)和技術(shù)達(dá)成內(nèi)部共識(shí)；二是USG與私營(yíng)機(jī)構(gòu)一對(duì)一會(huì)議，探討私營(yíng)機(jī)構(gòu)的商業(yè)計(jì)劃和方法，以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)問(wèn)題；三是CONFERS成員大會(huì)，該大會(huì)是由USG核心會(huì)議成員和由秘書處選出的私營(yíng)機(jī)構(gòu)參加的多邊會(huì)議，是CONFERS的工作核心，CONFERS主要通過(guò)該會(huì)議制定標(biāo)準(zhǔn)；四是開(kāi)放性會(huì)議，每年舉行一次，任何非CONFERS成員均可參加討論進(jìn)展與新任務(wù)。

進(jìn)程安排與進(jìn)展

（1）進(jìn)程安排

按照DARPA發(fā)布的公告，CONFERS工作進(jìn)程安排如下。第一年，CONFERS將在召開(kāi)USG與私營(yíng)機(jī)構(gòu)一對(duì)一會(huì)議后，確定成員資格，并召開(kāi)USG與主要成員的多邊會(huì)議；發(fā)布首版草案；召開(kāi)首次CONFERS成員大會(huì)/開(kāi)放性論壇；發(fā)布首版修正標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及在軌交會(huì)和逼近操作。第二年，將召開(kāi)第二次CONFERS成員大會(huì)和開(kāi)放性論壇，發(fā)布補(bǔ)充關(guān)于機(jī)器人在軌服務(wù)內(nèi)容的第二版標(biāo)準(zhǔn)。第三、四年，召開(kāi)第三、四次CONFERS成員大會(huì)和開(kāi)放性論壇，從預(yù)計(jì)于2020年左右開(kāi)展的商業(yè)在軌服務(wù)任務(wù)中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，納入屆時(shí)可能研究出的新技術(shù)和新技能；發(fā)布第三、四版標(biāo)準(zhǔn)；最后將CONFERS完全交由私營(yíng)機(jī)構(gòu)資助和運(yùn)營(yíng)。

（2）進(jìn)展情況

CONFERS已組建完畢，發(fā)布了指南文件草案并召開(kāi)了多次研討會(huì)，已發(fā)布《衛(wèi)星服務(wù)安全框架技術(shù)和操作指南文件》草案、《設(shè)計(jì)與操作實(shí)踐建議》文件。

3 幾點(diǎn)分析

無(wú)人在軌操作技術(shù)有望創(chuàng)造較大商業(yè)價(jià)值，且具有軍民兩用性，其廣泛應(yīng)用是大勢(shì)所趨。制定相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)，除了像DARPA提出的有助于維護(hù)軌道交通安全環(huán)境、避免外交沖突、推動(dòng)商業(yè)化發(fā)展、降低監(jiān)管難度外，還將對(duì)相關(guān)技術(shù)和航天器自身發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

制定相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)有利于推動(dòng)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)航天器設(shè)計(jì)變革

相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣將促進(jìn)軍、民、商各方交流合作，共享技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，防止行業(yè)壟斷，從而推動(dòng)相關(guān)技術(shù)可持續(xù)、快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)廣泛推廣、在軌操作技術(shù)成熟后，將推動(dòng)航天器的設(shè)計(jì)與制造向可接受在軌服務(wù)方面發(fā)展。未來(lái)，在軌航天器有望隨時(shí)隨地接受各類在軌延壽和維修服務(wù)，且可與新技術(shù)、新載荷充分兼容，從而通過(guò)在軌服務(wù)快速升級(jí)、更新?lián)Q代。

進(jìn)展情況

謀求降低政府運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和隱蔽發(fā)展太空控制能力是國(guó)防機(jī)構(gòu)主導(dǎo)制定標(biāo)準(zhǔn)的深層動(dòng)因

DARPA作為權(quán)威的國(guó)防創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)備有豐富的在軌服務(wù)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，這是其牽頭制定商業(yè)在軌操作標(biāo)準(zhǔn)、力促相關(guān)技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的動(dòng)因之一，但此外還有更深層原因。與目標(biāo)航天器進(jìn)行交會(huì)、逼近和操作的技術(shù)，在和平時(shí)期可用于軍、民、商航天系統(tǒng)的服務(wù)保障與延壽，戰(zhàn)時(shí)可快速形成太空對(duì)抗能力。通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)相關(guān)技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化后，美國(guó)可利用商業(yè)資產(chǎn)為政府和國(guó)防在軌航天器提供服務(wù)，降低自行運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，大力推動(dòng)這種具有軍民兩用性質(zhì)的技術(shù)發(fā)展，也是增強(qiáng)太空系統(tǒng)彈性，隱蔽發(fā)展太空控制能力的重要手段。

采用多類型組織管理方式，有利于保障標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威、順利和全面性

首先，由國(guó)防機(jī)構(gòu)牽頭，并在前期投入大量經(jīng)費(fèi)支持標(biāo)準(zhǔn)的制定，有利于匯集行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)和專家，快速、有效推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施。且政府和國(guó)防機(jī)構(gòu)可從中獲取技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。其次，在標(biāo)準(zhǔn)制定組織穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)后，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛伤綘I(yíng)機(jī)構(gòu)自籌資金運(yùn)行和管理，有利于釋放商業(yè)活力，同時(shí)也可為政府減負(fù)。而且在美國(guó)商業(yè)航天器遠(yuǎn)多于政府航天器的情況下，和平時(shí)期的商業(yè)在軌服務(wù)需求遠(yuǎn)大于政府需求。最后，根據(jù)參與對(duì)象召開(kāi)政府內(nèi)部、政府與私營(yíng)機(jī)構(gòu)、開(kāi)放式會(huì)議等不同層次的研討會(huì)，既能集思廣益，引入各方智慧，確保標(biāo)準(zhǔn)制定的權(quán)威、可信和全面性，也能確保國(guó)家技術(shù)信息安全。