太空60年回顧與展望︰太空強則國運興

來源︰人民網作者︰楊樂平責任編輯︰岳修宇
2017-10-16 11:02

今年10月4日,人類從事太空活動值得紀念的一個特殊日子。60年前的這一天,蘇聯成功發射了第一顆人造地球衛星Sputnik,由此開啟了人類太空時代的帷幕。60年斗轉星移、滄海桑田,太空從曾經充滿神話與傳奇的“洪荒之地”耀變為今日閃耀奇跡與輝煌的“未來之窗”, 不僅彰顯了人類征服與改造自然的偉大力量,也為人類文明進步創造了無窮無盡的可能。

60年歷史回顧

60年在人類歷史長河中僅僅是短暫瞬間,但人類太空活動卻實現了從進入到利用、從無人到載人、從近地到深空的飛躍,深刻改變了人類文明進程,極大地推動了社會進步、經濟發展、科技創新與軍事變革。依據不同時期世界太空領域發展重點與特征不同,我們大致可將60年太空發展歷史劃分為太空競賽、太空信息和太空對抗三個時代。

太空競賽時代。從1957年到1991年蘇聯解體,整個冷戰期間美、蘇兩個超級大國展開了激烈太空競賽,你爭我奪、此起彼伏,極大地推動了以軍事為核心的太空科技發展。第一顆衛星、第一次載人航天飛行、第一次登月、第一個空間站……,人類太空活動的諸多第一都是在此期間實現的。這期間,太空軍事活動以不受限制的戰略預警與情報獲取為中心,主要服務于核威懾戰略,並以1967年《外空條約》簽訂為標志,確立了太空全球公域的國際地位。1982年,美提出“高邊疆戰略”,第一次將太空安全與發展提升到國家戰略層面,形成集政治、軍事、技術、經濟為一體的總體戰略。1983年,美里根政府推出“星球大戰”計劃,提出建立多層導彈攔截系統,全面發展太空武器,極大拉動了美國防科技發展,為此後其軍事稱霸奠定了重要基礎。

太空信息時代。1991年爆發的海灣戰爭是太空軍事發展歷程上的重要里程碑,全世界見證了太空信息支援下聯合作戰與精確打擊的巨大威力,標志著太空信息時代的來臨。應用衛星與衛星應用技術快速發展,不僅讓人與人、人與世界的聯系與交流變得更為便捷高效,大大縮短了“地球村”的距離,同時也極大推動了信息化戰爭與信息化社會的快速發展。太空遙感、通信、導航等系統已成為世界不可或缺的重要信息基礎設施,作用影響覆蓋滲透到人類生活的方方面面。可以說,太空系統提供了無時不在、無所不在的信息服務,已成為信息時代的顯著標志之一。

太空對抗時代。進入新世紀,在太空信息時代繼續深化拓展的同時,隨著太空戰略地位的進一步提升,參與太空活動的國家或非政府行為體越來越多,國際太空競爭與對抗愈演愈烈,全球太空安全形勢更加嚴峻,太空對抗的時代特征初現端倪。2001年,美國會發表重量級太空安全評估報告,發出“太空珍珠港”警告,美軍創辦“施里弗”太空作戰演習,專門研討對抗背景下的太空戰略與作戰問題;俄羅斯組建獨立航天兵,加快發展太空攻防能力。2004年,美軍頒布“太空攻防對抗”作戰條令,系統闡述了太空攻防對抗的概念、任務、指揮與計劃,並開始部署可干擾敵方通信衛星的反衛裝備系統,標志著美軍太空攻防對抗進入實戰化發展階段。俄羅斯2012年改編組建空天防御部隊,2014年進一步成立空天軍,將太空對抗納入軍事力量體系改革與重塑。可以說,太空對抗發展難以逆轉、勢在必行。

太空技術發展展望

當今時代,以人工智能、量子科技、納米技術為標志的新一輪科技革命蓄勢待發,極大推動了太空領域技術創新,孕育或出現了若干具有革命性、標志性意義的太空戰略前沿技術,有可能對人類太空活動未來帶來廣泛而深刻的影響。

先進空天組合推進技術醞釀重大突破,人類有望跨入新的空天飛行時代。近年來,以美國X-37B空天飛機和多種型號的高超聲速飛行器為代表,人類已初步實現跨大氣層飛行和臨近空間高速飛行,尤其是先進火箭基組合循環(RBCC)和渦輪基組合循環(TBCC)推進技術研究取得重要進展,預示人類新的空天飛行時代可能提前到來。

RBCC組合推進技術將火箭發動機、沖壓發動機和超燃沖壓發動機技術有機組合,取長補短,針對不同飛行條件,優化不同發動機工作時序,將每種發動機性能優勢最大化,使整個推進系統具有較高的推重比和比沖,能同時滿足加速與巡航飛行要求。TBCC組合推進將渦輪發動機和沖壓發動機的工作循環組合在一起,實現變循環工作過程,使飛行器在亞聲速、超聲速、高超聲速等不同飛行條件下都能得到良好動力性能。從長遠發展看,以可重復使用TBCC發動機為第一級動力裝置、以可重復使用RBCC發動機為第二級動力裝置,有可能實現“水平起飛、水平著陸”的新型空天飛行模式,進而從根本上突破現有航空航天飛行界限,使得太空實現與目前陸、海、空一樣的經濟高效運輸方式,由此,人類太空活動面貌將煥然一新。

太空操控技術加速發展,在軌服務與天基對抗即將成為現實。近年來,太空產生和創造價值正在從地面應用的間接方式進一步拓展到在太空獲取的直接方式,比如昂貴在軌衛星的加注、維修、升級與營救,廢棄衛星清理,太空旅游與制造,太空采礦與能源獲取等。這些潛在高價值任務的牽引,加上太空對抗的戰略需求,大大推動和促進了太空操控技術發展和在軌服務體系建設。2007年,美國“軌道快車”計劃開展了空間機器人在軌服務技術驗證,演示了目標航天器在軌加注與模塊更換功能,標志著無人自主在軌服務朝實用化邁出了關鍵一步。2010年,美國軍方又提出“鳳凰”計劃,進一步發展支持太空精細操作的空間多臂協同操作機器人,用于高軌廢棄通信衛星天線的再利用。2015年,俄羅斯發射的“宇宙-2504”航天器多次開展了近距離接近目標衛星的在軌試驗,被西方軍事界認為是在演練天基對抗能力。此外,國際上基于星間可控電磁場的非接觸太空操控技術研究也取得重要進展,航天器電磁對接與編隊飛行離工程應用近在咫尺,空間碎片非接觸離軌、失效航天器非接觸渦流消旋也展現了獨特應用前景。

上述動向表明︰以太空智能自主操控為核心的在軌服務技術正在塑造和改變太空任務形態,正如歷史上發展運載火箭、衛星、空間站技術一樣,可以預計在軌服務技術也將成為未來太空智能化時代重要標志性技術。可以說,真正意義上的在軌服務與天基對抗已為期不遠。

微小衛星與集群航天器技術快速發展,太空安全面臨新的變數與挑戰。重量500公斤以下的微小衛星近年來技術突飛猛進,應用不斷拓展,正在引領未來航天發展方向。單個微小衛星功能有限,但是將一群微小衛星通過編隊形成集群,就可以在一定程度上替代甚至超過昂貴大衛星的功能。更為重要的是,與復雜大衛星相比,微小衛星集群快速響應、升級替換、系統重構能力顯著增強。有效提高了太空對抗背景下的衛星防護與生存能力。2006年,美國提出發展以“功能分解、結構分離、無線連接、編隊飛行”為特征的F6微小衛星,試圖以此為基礎構造一個靈活、漸進和規模可伸縮的新型空間系統,引起國際上廣泛關注。2013年,美軍方發布?分散化彈性太空體系 ?白皮書,提出未來美國應轉變現有衛星發展模式,以微小衛星和集群航天器為重點,建設功能更單一、規模更小、成本更低、冗余與生存性更好的在軌衛星體系。

微小衛星與集群航天器技術發展,一方面有效降低了現有大衛星系統的易損性,在降低太空系統重量與成本、提升太空系統應用效能等方面具有巨大潛力,有利于維護和增強太空安全;另一方面,大量微小衛星發展部署也會加劇太空頻率軌道資源緊缺狀況,進一步惡化空間碎片問題,尤其是具有天基機動攻擊能力的微小衛星的出現,將使在軌衛星安全面臨新的威脅。

太空強則國運興

60年太空發展歷史充分證明︰強國必鑄強于太空,強軍須爭勝于太空。今年太空60周年紀念日恰逢中華民族傳統中秋佳節,預示著中國航天發展的好兆頭。

航天強國既是國家綜合國力的集中體現,也是國運昌盛、民族振興的顯著標志,我們要以歷史的自覺和世界的眼光來認識和把握建設航天強國的必然性與規律性,以實施軍民融合國家戰略為抓手,集舉國之力全面推進航天強國建設。讓我們為中國航天點個贊,為航天強國鼓與呼。(楊樂平 作者單位︰國防科技大學太空安全戰略研究中心)

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