洛马公司2015年航天防务领域的开发与拓展

航天 · 2016-11-22 23:54:08

2015年，洛马公司（LM）在航天防务领域取得的进展主要体现在运载火箭、战略导弹、军用卫星、反导系统以及新技术开发、民用产业开发、战略合作等方面，相关装备的发展对美国航天防务能力发挥着重大作用，是美国国防建设的战略基石。　　一、火箭发射情况　　目前，洛马公司研制并运营宇宙神－5（Atlas－5）和“雅典娜”（Athena）火箭。2015年，宇宙神－5火箭共发射9次，均取得成功。其中，军用发射6次，科学探测1次，商业发射1次（为墨西哥政府发射通信卫星），空间站货运任务1次。“雅典娜”火箭2015年发射次数为0次。

与宇宙神－5火箭对接的莫雷洛斯－3卫星　　二、航天器情况　　“移动用户目标系统”军用卫星　　　　洛马公司于2015年9月2日用宇宙神－5火箭发射了移动用户目标系统－4卫星，进入地球同步轨道，轨道高度37586km，随后开始与地面的海军航天器控制站进行通信，11月30日完成在轨测试，海军正式接收该卫星。2016年一季度，移动用户目标系统－4将进行轨道调整，准备在轨运行验收工作。　　移动用户目标系统－1、2、3分别在2012年、2013年与2015年1月发射。移动用户目标系统－4交付的同时，4颗卫星的地面站也全部完成。“移动用户目标系统”将为军队与商业用户终端提供包括南极与北极在内的全球范围的移动式通信，具备了新型的商用蜂窝卫星能力，可纳入全球信息栅格，以类似智能手机网络的形式，提供实时的清晰的声音、视频、任务数据、网络化团队呼叫。移动用户目标系统－5作为具有标准宽带码分多址（WCDMA）功能在轨备用星将于2016年发射。　　“移动用户目标系统”项目由美国海军航天项目执行办公室及通信卫星项目办公室负责。2016年完成运行验收后，“移动用户目标系统”卫星网将提供16倍于传统超高频通信卫星的能力并取而代之。超过55000个当前军用的无线电终端可以在软件升级后与“移动用户目标系统”进行兼容，大部分需要软件升级。　　　　GPS地面控制段升级　　2013年，美国空军太空与导弹系统中心授予洛马公司GPS入侵保护增强（GIPR）工程改造合同，2015年已对GPS主控制站与备用主控制站完成改造和部署，包括系统设计、硬件采购、软件开发、网络架构设计与技术归档。该工程不但有助于保护数据，还解决了设备陈旧问题，通过新兴供应商的硬件与操作系统增强GPS的可维护性。　　目前，GPS军用、民用、商用客户每天可超过10亿，而改造将在硬件与软件方面同时提升，应对快速发展的网络威胁。　　　　取得美国一项商业发射合同　　2015年8月，洛马公司获得美国第二大卫星广播电视运营商艾科斯达公司（EchoStar）的卫星商业发射合同，计划在2016年下半年，用宇宙神－5火箭发射EchoStar公司的XIX通信卫星。XIX卫星又被称作朱比特－2卫星，是美国劳拉空间系统公司（SSL）公司研制的Ka频段卫星，用于北美高速卫星互联网服务。　　开拓沙特商业卫星　　洛马公司与阿拉伯卫星通信组织（Arabsat）、沙特王国阿卜杜拉阿齐兹国王科技城（KACST）在2015年共同宣布联合研制Arabsat－6A卫星与希腊卫星－4/沙特阿拉伯地球静止轨道卫星－1（Hellas Sat－4/SaudiGEOSat－1）卫星，可为中东、非洲、欧洲地区提供电视、互联网、电话与安全通信服务。洛马公司航天事业部商业太空业务部取得了这两颗卫星的研制合同，将基于A2100平台改造，搭载洛马公司新型有效载荷，快速适应各种通信网络，实现在轨卫星任务重新设定，动态调整高峰地区的带宽，从而增加运营收入计划于2018年发射。　　根据合作协议，洛马公司还将与KACST、沙特技术投资与开发公司（TAQNIA）航天分公司在沙特合作进行其它卫星的设计、制造与集成。洛马与TAQNIA航天分公司在沙特合资成立了有限责任公司，开发太空人才与设施，KACST作为研发机构，输出相关技术。　　“猎户座”飞船　　2014年进行过首次不载人飞行的“猎户座”（Orion）乘员舱到达了洛马公司航天事业部，进行乘员舱的净化工作，并继续进行飞行后部分组件的分析工作。同时还在评估一项直接场声学（DFA）试验技术，测定能否产生足够的能量，模拟“猎户座”在由“航天发射系统”（SLS）发射与上升过程中将承受的声音载荷。　　环绕飞船四周放置特制的高能扩音器，通过特定算法控制到达飞船的能量，计划2016年初得出试验结论。如果试验能够准确模拟“航天发射系统”上升时的声学载荷，它将评估“猎户座”在下一次任务中承受这种载荷的能力。　　2015年9月，洛马公司与NASA工程人员利用摩擦搅拌焊接技术成功完成了第2艘“猎户座”飞船舱道与前部舱壁的焊接。舱道用于对接时航天员爬行进出，而前部舱壁会在再入时承受极限载荷。　　在首次飞行的“猎户座”飞船（EFT－1）制造完毕后，洛马公司意识到焊接段数量的减少会降低整个飞船质量，原因在于焊接部位质量较大，因此此次制造的第2艘飞船（EFT－1）将采用7个大的部段连接，替代EFT－1上的18个焊接段，但焊接难度会加大。为验证新设计的可行性，洛马公司在火星“探路者”飞船上进行测试，验证性能。　　“猎户座”飞船关键设计评审（CDR）从2015年8月开始，到10月已完成大部分工作，成熟度满足全尺寸制造、组装、集成与试验，满足了NASA的性能要求。这也标志着“猎户座”设计工作已基本完成，只在有新需求的时候才会进行变更。　　2016年初，焊接工作将完毕，并进行欧洲服务舱的关键设计评审，“猎户座”乘员舱压力容器会运送至NASA肯尼迪航天中心的检验工厂，进行最后的组装、集成与试验。“猎户座”第一次飞行任务将飞往月球大幅值逆行轨道，这一距离在以往载人任务中从未达到过。该任务历时约20天，验证“猎户座”飞船与“航天发射系统”的载人深空探测设计安全性。　　“奥西里斯-雷克斯”小行星采样任务飞船　　2015年10月，洛马公司完成了NASA的“奥西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星探测器组装，开始进行一系列严酷的环境试验，包括热真空、振动模拟、极端温度、发射声学、分离与展开冲击、振动、电磁干扰与兼容等。　　“奥西里斯-雷克斯”将在2016年5月从洛马公司的工厂运送至NASA肯尼迪航天中心，进行发射前准备，并在2016年9月发射，飞往距离地球最近的伯努小行星，带回至少60g样品供研究。目前，“奥西里斯-雷克斯”按计划时间和预算进行研制，并稍有富余。

组装中的美国“奥西里斯-雷克斯”小行星探测器　　“奥西里斯-雷克斯”是NASA“新疆域”（New Frontier）计划下的第3个项目，将用于执行美国首个小行星采样返回任务。“奥西里斯-雷克斯”的意思是“起源光谱释义资源识别安全风化层探测器”，将去往碳资源比较丰富的伯努小行星寻求太阳系起源的痕迹。NASA戈达德航天中心负责管理整个任务，首席研究员来自亚利桑那州大学。洛马公司航天系统事业部建造飞船并执行发射飞行任务。　　　　“洞察”火星着陆器　　2015年12月，洛马公司研制的“洞察”（Insight）火星着陆器由空军用运输机运往范登堡空军基地，原计划于2016年3月搭载宇宙神－5（401）火箭发射，但由于探测器上地震仪的高敏感度探测器未能真空密封，NASA宣布取消发射计划。发射计划取消后，下一次有利的发射时间是2018年5月。　　“洞察”着陆器主要作用是探测火星深层结构，研究“行星如何形成”这一重大问题，弄清太阳系行星岩石结构形成过程。“洞察”上将搭载法国国家空间研究中心（CNES）研制的地震检波器。　　美国“洞察”太阳电池翼展开测试　　“　洞察”着陆器由洛马公司与美国喷气推进实验室（JPL）共同设计，基于2008年完成火星着陆的“凤凰”（Phoenix）着陆器，质量626kg。此次火星任务由JPL领导，法国国家空间研究中心与德国航空航天中心（DLR）分别提供科学仪器作为有效载荷，任务周期2年。　　　　三、新技术开发　　小卫星冷却技术功率增强3倍　　2015年，洛马公司研究人员开发出了高功率微型低温冷却系统，其功率密度是传统产品的3倍。太空中的精密电子元件及传感器需要低温冷却技术才能够运行，该技术的改进能够让空间传感器长期保持低温运行，使红外光电设备温度可降至－195℃，而且其寿命超过10年，同时还可减轻太空舱负重。该系统质量不到0.45kg，不及同级别产品质量的50%，这对同类小型产品冲击较大。该系统是目前工业界最高功率密度的冷却系统，每千克功率超过150W，而大部分航天级产品为30～60W，未来对太空、海军舰艇、航空飞行器技术发展具有重大意义。

“太空篱笆”项目开始建造数字化相控阵雷达　　2015年9月，洛马公司“太空篱笆”（Space Fence）项目技术成熟度通过美国空军关键设计评审，标志着设计阶段结束，开始在西太平洋夸贾林环礁建造世界上最大的数字化相控阵雷达与设施，包括大型数字雷达与一站式方案工厂，计划在2018年进行初始运行。按照项目设计评审要求，需要每天进行150万次探测、跟踪、分类在轨目标，预测天基碰撞。3天的设计评审交付了21000页设计文档，并进行了8天的设计演练。　　在项目设计过程中，洛马公司使用了最新的整体式微波集成电路技术，包括氮化镓（GaN）半导体材料。氮化镓为主动式相控阵雷达提供了显著优势，包括高功率密度、高效率和高可靠性。洛马公司采用了成熟的商业级产品与商业技术降低成本，与美国国防部发布的“最佳购买力3.0”国家战略保持一致。　　四、总结分析　　运载火箭、军用卫星、深空探测器、反导系统等美国航天防务重大工程成效卓著　　宇宙神－5火箭全年成功发射9次，与历年相比，完成任务较多，且以重大军事任务为主。“移动用户目标系统”作为海军等移动作战使用的重要通信能力，其交付进度紧锣密鼓。同时，在国际商业卫星市场上，通过动态调整高峰地区带宽等新能力打开与沙特合作空间。深空探测器主要关注深空载人航行、小行星采样与火星登陆。作为美国三大反导系统的主承包商，洛马公司在2015年以多次试验、联防试验、海基向陆基转移以及反导新概念为主要手段，进一步强化美国多层次、多平台反导体系，且各项试验达到预期目标。以上工程，除“洞察”火星着陆器测试出现故障外，其他均表现优异，成效卓著。　　新技术与新改造的科技含量高，并依赖基础科学　　研发的低温冷却系统在功率密度、外形尺寸方面的优势都几倍于传统产品，从基础技术层面满足航天与其他相关防务产品的低温要求。在巨额合同支持下，通过引入氮化镓材料，大幅提升雷达性能的数字指标和一体化作战效能。机载激光受大气湍流影响，但通过气动与流场控制技术，避免了激光被大气漫射。可以看出，洛马公司新技术的开发与改进，极其重视对电磁波、材料、光学等基础科学与原理的解析，而航天防务装备与能力也迫切需要从更基础的层面进行开发，从而实现系统级能力的根本性转变。　　将航空航天能力向商业级民用领域转化　　洛马公司2015年继续大力拓展民用领域，其中的智能化技术、高空飞艇、太阳能技术、信息技术等均为航天航空领域常常集成或应用的技术，并且均可找到对应的装备与大型系统。通过代工生产商代工、直接收购或技术转移等方式，洛马公司可将系统设计、技术集成等核心能力应用在更广泛的商业级民用领域，实现军用转民用，创造理想的经济价值。　　　　国际化战略合作深入至国防核心能力　　洛马公司开展的战略合作范围涉及全球，2015年主要包括丹麦、阿联酋、土耳其、澳大利亚及美国本土企业，涉及的合作内容包括弹道导弹防御雷达技术、高精度机械加工、F－35挂飞导弹、潜艇作战概念与制造技术、网络安全技术等。可以看出，这些合作点均为国防建设中需要重点打造的领域，这也将有助于洛马公司进一步巩固与相关国家的战略伙伴或者盟国关系，形成全球化的国防技术网络。　　五、结束语　　2015年，洛马公司航天与防务发展取得了多项重大突破与进展，而相关民用产业与战略合作是公司有效拓展与长远发展的重要补充，未来的发展动态也必将对相关的军用与民用产业带来重大影响。　　上文选自《国际太空》，如有需要请查阅该期刊。

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