▲ 波音公司的“試驗性航天飛機-1號”帶翼飛機方案圖

在回顧近年美國國防高級研究計劃局（DARPA）航天項目發(fā)展重點的基礎上，通過分析2019財年預算，可以看出，DARPA在進入空間、利用空間、空間態(tài)勢感知、空間對抗4個領域均出現(xiàn)了新的發(fā)展動向，或是采用新舉措，或是多手段并舉，或是關注重心轉變，或是延續(xù)研發(fā)思路，推動項目進展與技術研發(fā)。

\\進入空間領域\\

持續(xù)研發(fā)快速、低成本進入空間技術

DARPA從2011財年起陸續(xù)推出“空中發(fā)射輔助進入太空”和“試驗性航天飛機-1號”項目，旨在實現(xiàn)運載器的快速、機動、低成本進入空間，提高現(xiàn)有航天力量的戰(zhàn)時響應性，這是美軍自21世紀以來運載器技術研發(fā)思路的延續(xù)。同時，在當前微小衛(wèi)星軍事應用價值日益凸顯，但部署和星座組網受大中型運載火箭及發(fā)射方式限制的情況下，DARPA在2019財年適時地設立“太空彈性快速響應發(fā)射”新項目，以推動微小衛(wèi)星專用小型運載火箭發(fā)展，滿足彈性空間力量部署和快速響應發(fā)射需求。

“空中發(fā)射輔助進入太空”項目計劃利用改進的F-15戰(zhàn)斗機在7620米高空發(fā)射新型火箭，專門服務微小衛(wèi)星等小型載荷發(fā)射，每次發(fā)射成本不超100萬美元，任務時間不超24小時，擺脫固定發(fā)射場地域與方向約束，實現(xiàn)12小時內轉場再次發(fā)射。該項目2015年開展了2次新型火箭推進劑實驗，均發(fā)生爆炸，DARPA遂取消了技術樣機的研制和原定于2016年的空射試驗。該項目雖已中止，但相關經驗和階段成果為后續(xù)項目的設立與開展提供了思路和技術基礎。

“試驗性航天飛機-1號”項目計劃設計、制造與驗證馬赫數10的帶翼飛機，飛機將一次性上面級投放至亞軌道后水平著陸返回，由上面級將有效載荷送入軌道。項目旨在對發(fā)射成本降至十分之一、10天內10次飛行、每隔24小時快速響應發(fā)射進行飛行驗證，提供一種快速、低成本進入空間的方式，進而提升戰(zhàn)時響應性，鞏固國家安全。DARPA已授予波音公司該項目第2和第3階段合同，項目經費批復額較2018財年申請額有所增加。2018和2019年波音公司將重點開展對推進系統(tǒng)進行集成，并在10天地面測試中完成 10次發(fā)動機點火試車工作。

“太空彈性快速響應發(fā)射”項目又名“發(fā)射挑戰(zhàn)賽”，為2019財年DARPA新增項目，經費預算500萬美元。參賽者在無法提前預知載荷配置、目標軌道、發(fā)射場地等信息的情況下，利用自研小型運載火箭在短時間內連續(xù)2次將有效載荷發(fā)射入軌。DARPA將選出可滿足快速響應未知載荷發(fā)射任務需求的小型運載火箭，同時向獲勝參賽者提供美國政府載荷發(fā)射合同。DARPA采用挑戰(zhàn)賽的創(chuàng)新形式，既可充分借助新興商業(yè)航天運輸企業(yè)力量促進小型火箭技術發(fā)展，又可帶動微小衛(wèi)星大規(guī)模應用，以滿足軍方未來發(fā)射需求。

▲ “空中發(fā)射輔助進入太空”項目想像圖

▲ “太空彈性快速響應發(fā)射”項目挑戰(zhàn)賽規(guī)則

\\空間領域\\

提升對地通信監(jiān)視能力，嘗試新型光學成像系統(tǒng)技術方案

近年來，DARPA為確保作戰(zhàn)中持久監(jiān)視與信息覆蓋，一直在探索構建低成本微小衛(wèi)星星座技術，提升對地通信與監(jiān)視能力，為此在“太空增強作戰(zhàn)效能”項目基礎上，采取了兩種技術手段：一是發(fā)展適用于微小衛(wèi)星的通信與遙感載荷，例如2016財年設立的“雷達網”和“小衛(wèi)星傳感器”項目；二是探索利用先進的商業(yè)衛(wèi)星平臺技術，例如2018財年設立的“黑杰克”項目，以縮短技術研發(fā)周期，降低有效載荷與發(fā)射成本，適應技術更新速度。此外，DARPA于2015與2019財年陸續(xù)設立“太空光學孔徑設備自組裝”和“平面成像儀”項目，積極嘗試新型光學成像系統(tǒng)技術方案。

DARPA曾于2011財年設立“太空增強作戰(zhàn)效能”項目，旨在構建微小衛(wèi)星星座，按照與作戰(zhàn)節(jié)奏相配合的時間表實現(xiàn)低成本快速發(fā)射入軌，直接向作戰(zhàn)人員提供即要即得的衛(wèi)星圖像信息。但或因蓬勃發(fā)展的商業(yè)微小衛(wèi)星同樣具備完成類似任務的潛力，DARPA取消了該項目。2016財年設立的“雷達網”項目著重研究輕質空間可展開天線結構技術，以實現(xiàn)無線電通信和遙感載荷的小型化、低功率化和大帶寬化，將于2019年對演示系統(tǒng)進行集成和測試。同在2016財年設立的“小衛(wèi)星傳感器”項目將開發(fā)驗證包括光電/紅外傳感器和星間通信器件在內的微小衛(wèi)星載荷技術，2019年計劃發(fā)射一顆試驗衛(wèi)星進行在軌演示驗證。

“黑杰克”項目的設立則體現(xiàn)了DARPA利用先進商業(yè)衛(wèi)星平臺技術研發(fā)低成本微小衛(wèi)星星座的思路。該項目2018與2019財年預算分別為1000萬與1500萬美元，旨在研發(fā)具有較低“尺寸、重量、功耗及成本”特征的低軌軍事通信與監(jiān)視衛(wèi)星，能夠利用現(xiàn)代化商業(yè)衛(wèi)星技術，具有經濟可承受性。2018年4月，DARPA已發(fā)布“黑杰克”項目跨部門公告，該項目2019年將進入低成本、可更換有效載荷與商業(yè)衛(wèi)星平臺的研發(fā)階段。

DARPA為推動高分辨率光學成像系統(tǒng)發(fā)展，積極嘗試多種新型光學成像系統(tǒng)技術方案。例如，曾于2015財年設立了“太空光學孔徑設備自組裝”項目，旨在演示驗證利用多次發(fā)射的多個小型模塊化載荷部件組裝大口徑（大于5米）光學系統(tǒng)的可行性。這是DARPA繼2010年提出發(fā)展薄膜衍射成像系統(tǒng)的“莫爾紋”項目后，為實現(xiàn)超大口徑光學系統(tǒng)的又一次探索。2019財年新設立的“平面成像儀”項目，則探索利用光子集成電路與計算干涉技術，構建一種新型光學成像系統(tǒng)，代替由光學單元線性排列而成、采用傳統(tǒng)光學折反射原理的成像系統(tǒng)。該項目可將傳統(tǒng)光學成像系統(tǒng)的尺寸和質量降低一個數量級，計劃于2019年完成探測器與光子集成電路集成工作。

▲ “小衛(wèi)星傳感器”項目想像圖

▲ “黑杰克”項目想像圖

\空間態(tài)勢感知領域\

重視數據應用與作戰(zhàn)能力建設

為解決美軍空間態(tài)勢感知系統(tǒng)存在的低軌與高軌探測盲區(qū)，DARPA于2004財年設立“太空監(jiān)視望遠鏡”項目，旨在構建無盲區(qū)、精確識別與定位深空微小目標的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)。此后于2011財年設立的“太空領域感知”項目則希望通過對分布式空間目標態(tài)勢感知數據的收集、處理、融合，進一步強化美軍空間態(tài)勢感知能力。在完成“太空監(jiān)視望遠鏡”項目轉移和“太空領域感知”項目演示驗證后，DARPA于2016財年設立“標記”項目，瞄準太空作戰(zhàn)管理與指控平臺建設，開始研發(fā)空間態(tài)勢感知工具。

“太空監(jiān)視望遠鏡”項目已正式移交給空軍，基站向澳大利亞遷移。該項目研制的先進地基光學系統(tǒng)探測靈敏度和覆蓋率提高1個數量級，數據采集速度提高了10倍以上，并減小了美軍空間監(jiān)視網在南半球和東半球的覆蓋盲區(qū)?！疤疹I域感知”項目采用數據融合技術、關聯(lián)未知目標的先進算法以及雷達、光學、射頻等探測手段，對包括商業(yè)太空態(tài)勢感知渠道在內的分布式傳感器協(xié)作網絡進行了初始能力演示，可探測1000公里高度、直徑10厘米的目標，10分鐘內可對任一目標進行3次以上獨立探測，能精確測定軌道參數，彌補了美軍現(xiàn)有低地軌道態(tài)勢感知覆蓋缺口并提高了隨機跟蹤能力。

為應對日益復雜的太空行動，并滿足太空軍事行動實時決策的需求，美軍急需提升太空作戰(zhàn)指揮控制技術與能力，以確保美軍未來戰(zhàn)場上的技術和戰(zhàn)略優(yōu)勢?！皹擞洝表椖繉⒀邪l(fā)一款空間態(tài)勢感知平臺與工具，一是可幫助美軍指揮官感知太空環(huán)境和潛在威脅，對太空軍事行動進行規(guī)劃和評估；二是集成并分析從太空、陸地、空中、海洋和網絡空間采集的數據，同步太空和地面任務，遂行“多域”作戰(zhàn)；三是集成具有太空指控功能的工具，并對各類新型太空指控技術進行快速評估。該項目將分三階段實施，目前第一階段的研發(fā)重點為搭建軟件測試平臺架構，以及初步集成具有太空指控功能的首批工具。

\\空間對抗領域\\

借力靜止軌道衛(wèi)星，獲取空間攻防對抗實戰(zhàn)能力

美軍在軌操作技術發(fā)展已歷時多年，在逐步掌握低軌和高軌合作或非合作目標的自主逼近、交會、對接、捕獲以及繞飛和伴飛等關鍵技術后，DARPA于2006財年設立系統(tǒng)F6項目，研究并演示驗證實現(xiàn)分布式航天器體系結構的使能技術。此后，DARPA于2011財年設立“鳳凰”項目，旨在重新利用靜止軌道已退役或失效衛(wèi)星上的有價值部件。自此，DARPA在空間對抗領域，確立了以靜止軌道衛(wèi)星各類在軌服務能力形成為核心的發(fā)展思路，以滿足未來控制空間的作戰(zhàn)需要?！傍P凰”“大型天線在軌制造”和“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務”等項目的設立均沿襲這一思路。

“鳳凰”項目旨在演示驗證從靜止軌道失效或報廢衛(wèi)星上搶救、再利用零部件的技術，例如從退役衛(wèi)星上“剝離”大型天線，并在周圍構造其他衛(wèi)星功能。該項目通過發(fā)射創(chuàng)新、部署方式突破、探索新型在軌服務模式，建立起一個面向重復利用的在軌服務支援體系?！坝行лd荷軌道交付系統(tǒng)”與“軌道守護器”等創(chuàng)新概念的提出，也為后續(xù)衍生項目明確技術發(fā)展重點提供了借鑒。

作為“鳳凰”項目的衍生產物，“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務”項目將與現(xiàn)有的衛(wèi)星運營商合作，發(fā)展地球靜止軌道機器人服務能力，并攜帶充足的燃料開展為期數年的高軌服務驗證，執(zhí)行多種可能任務。項目的在軌服務任務類型包括：處理機械故障（諸如太陽能陣列部署）；提供輔助推進，增強業(yè)務衛(wèi)星編隊的靈活性；利用攝像機系統(tǒng)實施非常詳細的檢測，查找衛(wèi)星問題；提高對靜止軌道運行情況的感知等。該項目研發(fā)的一系列技術，如服務星的遠程機動技術、與非合作目標的交會與逼近技術、衛(wèi)星識別技術、機械手捕獲衛(wèi)星技術、在軌切割衛(wèi)星天線和擰取部件的操作技術等，均可用于偵察監(jiān)視和攻擊在軌衛(wèi)星。DARPA已為該項目申請了超過1億美元的預算，2019年將對包括機械臂、工具改變器、試驗臺、工具架、傳感器、有效載荷結構和飛行軟件等在內的各類部件進行制造與集成，并啟動入軌演示驗證準備工作。

▲ “雷達網”項目想像圖

▲ “標記”項目研發(fā)的空間態(tài)勢感知平臺與工具概念圖

DARPA以保障美國國家安全、使美國在免遭技術突襲的同時謀求對敵技術優(yōu)勢為核心使命，并不遺余力地促進前沿技術的創(chuàng)新與轉化，項目設立和開展具有高度靈活性。DARPA在履行核心使命和持續(xù)推動前沿技術儲備、研發(fā)和應用上所做的努力，在2019財年DARPA航天預算上有所體現(xiàn)：

一是發(fā)力重點航天項目，與特朗普政府備戰(zhàn)太空新動向相吻合。DARPA對“標記”和“靜止軌道衛(wèi)星機器人服務”等項目的持續(xù)推動與大力投入，表明美軍已將太空軍事行動納入作戰(zhàn)領域，并將空間攻防對抗視為核心能力。這與近期美國大力推動軍事航天改革與軍事航天力量重組，并在新版《太空作戰(zhàn)條令》中推動太空作戰(zhàn)深度融入聯(lián)合作戰(zhàn)等各類舉措十分吻合，集中體現(xiàn)了特朗普政府備戰(zhàn)太空的新動向。

二是采取挑戰(zhàn)賽與技術掃描等創(chuàng)新舉措加速航天創(chuàng)新技術成熟。2019財年新設立的“發(fā)射挑戰(zhàn)賽”是DARPA在航天領域首次嘗試以挑戰(zhàn)賽形式推動航天技術發(fā)展。DARPA可以通過借鑒此前在機器人、無人蜂群、通信、網絡安全等領域舉辦各類挑戰(zhàn)賽的成功經驗，加速推動微納衛(wèi)星專用小火箭技術的成熟。2018財年設立的“先進航天技術概念”項目，將對包括先進/新型推進系統(tǒng)、新型傳感器、先進輕型結構、先進小型無線電頻率技術、導航技術、航電設備、結構、先進通信和在軌軟件環(huán)境等在內的各類新出現(xiàn)的航天技術和航天概念，以類似于地平線掃描的方式進行審查和評價，拓展DARPA發(fā)展航天前沿技術的途徑。

三是順應商業(yè)航天發(fā)展態(tài)勢并靈活推出與之相適的項目。在商業(yè)航天與微納衛(wèi)星技術蓬勃發(fā)展的態(tài)勢下，DARPA及時順應并借助這一熱潮，靈活推出相應項目并予以推動。例如“黑杰克”項目將利用先進的商業(yè)衛(wèi)星平臺技術，研發(fā)低軌軍事通信與監(jiān)視衛(wèi)星；“雷達網”和“小衛(wèi)星傳感器”項目積極發(fā)展適用于微納衛(wèi)星的通信與遙感載荷，并借助工業(yè)部門投資，使軍方新的戰(zhàn)術能力可在小衛(wèi)星上實現(xiàn)等。