中国深空前沿:军事潜力巨大的小卫星研究

<DIV class=Heading>中国深空前沿:军事潜力巨大的小卫星研究(图)<!--来源：千龙网--> </DIV>
<DIV class=Source>——访“纳星”1号总师尤政</DIV>
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<DIV class=Date><a href="http://www.qianlong.com/" target="_blank" >http://www.qianlong.com/</A> 　2004-07-19 14:35:08 </DIV>
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<P align=center><IMG src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719001.jpg"></P>
<P align=center><IMG src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719002.jpg"></P>
<P>　　2004年4月18日，北京时间23时59分03秒，由航天清华卫星技术有限公司制造的又一颗微小卫星——NS—1号（即“纳星” 1号）在我国西昌卫星发射中心由“长征”2号丙运载火箭（CZ—2C）搭载发射成功。为此，本刊记者不知火和娄嘉仪采访了“纳星”1号总设计师尤政教授。
<P>　　记者：尤教授您好！请问什么是小卫星？
<P>　　尤：小卫星是指重量在500公斤以下，功能与同类大卫星相当的实用卫星。美国航空航天局（NASA）则将25公斤以下的小卫星称作“纳星”。其发展得益于微电子、微机械、新材料和新工艺等高新技术的发展，具有研制周期短，发射方式灵活，成本低廉的突出优势。
<P>　　记者：NS—1是一颗什么样的小卫星？
<P>　　尤：NS—1是清华大学承接的国家863计划项目，卫星的前期设计以清华大学精密仪器系为主完成，工程化设计与制造由航天清华卫星技术有限公司完成，这是我们公司继“航天清华”1号、KT—1PS、KT—1PS2（即“开拓”系列）之后研制的第四颗卫星，具有自主知识产权。它的发射成功，标志着中国现代微小卫星研制已经步入国际先进水平。
<P>　　记者：您的意思是说这颗卫星是由一家公司完成的？
<P>　　尤：对。航天清华卫星技术有限公司成立于2000年6月，是由清华大学与航天科工（集团）公司联合发起成立的，主要股东为航天科工集团公司、清华大学控股有限公司、清华同方股份有限公司、中国银泰投资有限公司等，是我国首家具有现代企业制度的微小卫星研制公司。
<P>　　记者：这的确是一种值得高兴的体制创新。
<P>　　这颗卫星能干什么？
<P>　　尤：NS—1能够完成数据存储转发通讯、微型遥感成像、三轴稳定姿态控制和轨道机动试验等多项科学实验任务，同时还将进行微型传感器与执行器件、高性能电子元器件的搭载飞行演示验证。
<P>　　记者：是否详细解释一下它的几项实验任务？以及这些任务的实用价值？
<P>　　尤：“数据存储转发通讯”类似于E—mail。
<P>　　在太空中的卫星因轨道和功能的不同，不可能时时处处都与本国地面站保持联系，NS—1这样的小卫星每天环绕地球6圈，可以在经过其他卫星时将信息接收存储，在通过本国地面站上空时转发下来，每天累计通讯时间1小时，每次传输15分钟，传输速度19.2Kb／秒。这一功能还可应用于驻外使领馆与国内的保密通讯。
<P>　　NS—1的“遥感成像功能”是国内首次应用COMS工艺制造的图像成像器件，重量仅50克，具有集成度大和抗干扰的优点（编者注：目前佳能EOS D30数字相机已经使用325万像素的大尺寸CMOS成像技术，最大图像解析度为2160X1440。其耗电量低、图像处理电路集成化高的优点非常适合微小卫星采用，而且制造成本远低于CCD（光电耦合器件）。但是CMOS技术也存在明显不足，主要表现为感光度不高和信噪比较低，但随着技术的成熟与改进，其成像质量会有进一步的提高）。虽然COMS技术的分辨率还受到技术限制，但如果将小卫星集合成网，利用离散合成孔径技术（编者注：等于将单一平台使用的合成孔径技术进行空间分解，同样可以实现扩大孔径），就可以提高分辨率。
<P>　　NS—1还试验了新型MMU装置（微型惯性测量组合），它拥有3个陀螺，可以精确测量卫星的运动轨迹，短期精度比较高，主要用于三轴稳定姿态控制。MMU对卫星的机动能力有重大意义，结合液氨微推进技术，使小卫星具有很强的精确变轨能力。
<P align=center><IMG src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719003.jpg">
国外先进微推进系统直径不到普通硬币直径的1/3，
组合布置19个喷嘴，变轨精度很高</P>
<P>　　记者：精确变轨具有很大实用价值。那么微推进系统的推力可以达到什么程度？
</P></TD></TR></TABLE>

尤：普通卫星的姿态控制系统的推力最小只能达到1牛，NS—1的微推进系统只有50毫牛，相当于原来的1／20，可以产生2毫米／秒2的微小加速度。 <P>　　记者：NS—1在制造上有什么特点？ <P>　　尤：NS—1的制造大量采用了商用器件（如“三洋”的蓄电池）与“软件卫星”技术，特别是多项基于微米、纳米技术的微型化技术与器件的使用，具有更高的功能密度。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719008.jpg"></P><P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719009.jpg"></P><P>　　记者：商用器件可以降低制造成本，但器件的可靠性肯定不及军标产品，具体在选择标准方面有什么心得？ <P>　　尤：商用器件的功能密度比肯定远远大于军用器件，比如普通卫星上的军用标准CPU只相当于386水平，现在采用商用器件，达到了“奔腾”Ⅲ—233的水平。但由于航天器的工作环境特殊，也不能随便采用，哪些能用并没有固定的标准，主要方法是不断积累筛选经验，建立产品数据库。NS—1最后采用了40％的商用器件。 <P>　　记者：小卫星的发射一般采用什么手段？ <P>　　尤：微小卫星的发射非常灵活。因为现有卫星发射时往往不会把运载火箭的运载能力用尽，因此经常可以搭载小卫星发射，这次NS—1就是这种情况。美国也有在30，000米高度用飞机携带空射运载火箭发射小卫星的先例。当然，单独将小卫星成组发射更好，可以使它们分离到不同轨道构成空间网络，如法国就采用“一大七小”的组合方式。俄罗斯甚至还试验过由空间站内的宇航员在太空中“手掷”发射小卫星。 <P>　　记者：小卫星的发射成本有什么优势？ <P>　　尤：目前国际上通行的卫星发射成本是1万美元／公斤，小卫星的发射也遵循上述计价原则，但由于其质量小，成本自然降低。 <P>　　记者：小卫星的功能会因体积和质量限制受到影响吗？ <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719010.jpg">
COMS成像器件拍摄的1024x1024解析度图像</P><P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719011.jpg">
COMS工艺制造的成像器件体积和功耗比CCD低，
可提供波长为0.4-0.9微米之间的全色照片，覆盖幅
宽100公里，分辨率100米</P><P>　　尤：目前，我们的主要目的是实验小卫星技术，因而一颗卫星综合了多种功能，以后会根据需要决定功能。价廉物美的小卫星有一个相当突出的优势——可以通过组网和编队，实现很多普通卫星没有的新功能。比如侦察卫星已经发展到大型化的极限，有的重达12吨，而采用雷达离散合成孔径技术或可见光学离散合成孔径技术，用8颗小卫星组网，精度反而更高。 <P>　　记者：据我们所知，无人机的编队控制也是目前影响大规模使用的主要瓶颈，组网的小卫星怎么控制呢？ <P>　　尤：小卫星功率很小，当然不宜过多通过地面站控制，如NS—1的通讯需要5瓦功率，因此控制数据注入还是通过天基途径较好。目前主要开发方向是实现“自主活动”，提高其智能水平。另外，通过代理控制也是一种解决之道，也就是由一颗大卫星控制多颗小卫星。 <P>　　记者：小卫星的军事潜力很大，是否有利于卫星之间的攻防？ <P>　　尤：西方国家对此有过很多研究。一般来说，反卫星技术可以分为轨道反卫和动能反卫，前者是将攻击卫星发射入轨后，通过变轨逐渐靠近目标，以逆轨为主，以获得很大的相对速度；后者不必入轨，从地面发射后，靠自身动能的损失，靠近目标。具体的攻击手段又分为非接触和接触式两类，前者包括电磁干扰、激光和向对方喷洒凝胶等手段，后者包括碰撞和发射小弹头等。在防御方面小卫星特别适合充当重要卫星的护卫星，对逼近本方的“非合作目标”做出必要的反应。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719012.jpg">
NS-1卫星是我国第一颗质量小于25公斤的卫星</P><P>　　记者：星相互之间的靠近容易做到吗？最近能到什么程度？ <P>　　尤：如果采取绕飞轨道，可以实现环绕目标360°运行，一般可以靠近到距目标15公里—100米，美国可以达到35米，但这个距离还是较大，所以总体来说非接触手段的意义大于接触手段。（编者注：“绕飞轨道”是一种交错的同心圆，类似海王星和冥王星的轨道模式，从平面看并没有绕飞，但每环绕地球的一周，实际等于围绕目标卫星一周） <P>　　记者：谢谢您接受我们的采访，祝愿中国的小卫星事业更加繁荣。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719005.jpg">
<img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719006.jpg">
<img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719007.jpg">
NS-1卫星三面图
</P>

<b>背景资料1：卫星革命</b> <P>　　西方早期的军用卫星也有不少属于小卫星，但真正利用当代微机电技术、有意识地使卫星向小型廉价方向发展，始于海湾战争。1990年7月，美国正式将小卫星纳入“战术航天系统”（TSS），不久DARPA就开发了一颗“多址通信卫星”（MACSAT）。1996年美国空军提出的《空军2025作战构想》就提出：“由小卫星组成的分布式星座系统是为作战提供实时连续信息服务的主要手段，也是有效的反卫星武器。” <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719018.jpg"></P><P>　　英国2000年6月29日发射的SNAP—1卫星（由英国萨里技术公司研制）是目前最先进的微小卫星，重量仅6.5公斤，高度和直径均为33厘米，携带4台尺寸不到两便士硬币大小的照相机。该星由俄罗斯“宇宙” 运载火箭从普列谢茨克发射场发射，入轨后曾演示编队飞行及执行“遥检查任务” <P>　　（remote inspection）的可行性——通俗地说就是为其他在轨卫星进行近距离拍照（和平时期即为拍照，战争事情就是攻击）。 <P>　　如SNAP—1曾对俄罗斯的一颗搜索与营救卫星照相，距离只有2.2米；接着又在9米距离对中国的“航天清华”1号卫星进行拍照，并将图像传回地面。SNAP—1演示的能力已经引起了美国军方的关注。 <P>　　其实，美国自身的军用小卫星应用也发展到很高程度，1998年初美国空军开始发射多颗“技术星—21”（Techsat——21），它重70公斤，入轨后从扁平结构膨胀为圆柱形，打开雷达天线，彼此构成分布式监视卫星群。而计划中的天基雷达系统（SBR）将包括40组微小卫星，每组8颗，每颗重100公斤，整个SBR成本只有现在类似系统的1／3，而性能将是其3倍。从2000年7月起，美空军还利用Techsat—21进行联合飞行实验，在600公里轨道验证了卫星在轨编队飞行概念。 <P>　　2000年5月30日，DAPRA开始实施“轨道快车”（Orbital Express）先期演示计划，希望研制称为“自主空间运输机器人” <P>　　（ASTRO）的新概念小卫星，它平时停泊在轨道上，使用时在轨道储藏舱与侦察卫星之间机动飞行，为侦察卫星添加燃料、或执行改装和维修等在轨服务，必要时还可作为反卫星武器。“轨道快车”拥有极大的军事应用潜力，其成功实现可能引发军事航天技术的新一轮变革——通过补充燃料，将极大增强卫星机动能力，军方和情报部门可以因此经常改变卫星位置，机动侦察地面目标，从而避开对方的过顶预报（中国军方就十分重视回避对方卫星过顶）；也能用较少的卫星数量构成机动侦察网络，临时完成特定任务；还可以增强卫星躲避反卫星武器的能力。 <P>　　微小卫星也是美国空军重点计划之一，2004年5月发射的TacSat—1系列卫星可以直接接收部队发出的战术请求。今年年底发射的TacSat—2将使分辨率从500米提高到1米以下，在轨时间不超过24小时。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719019.jpg"></P><P>　　<b>背景资料2：苏联时代的反卫星武器</b> <P>　　苏联极为重视具有战略意义的反卫星武器，也是世界上较早拥有非核反卫星实战能力的国家。1961年成立的空间防御司令部就将反卫星列为主要任务，1963年开始研制地基共轨式反卫星拦截器，1968年10月开始飞行试验，1978年宣布达到实战水平，可攻击轨道高度1，000公里以下的卫星，到1982年6月共进行20次截击试验，成功率60％。 <P>　　从60年代起，苏联还进行了定向能武器的研究，70年代投资达100多亿美元。如从1975年10月18日起，在莫斯科以南50公里连续5次用氟化氢激光器照射两颗在西伯利亚上空运行的美国导弹预警卫星，使其红外传感器饱和（暂时失效）达4小时；同年11月17—18日，又照射美国空军两颗卫星（这一时期的功率还不足以造成卫星传感器永久破坏）。到80年代中期，地基反卫激光器开始在萨雷沙甘试验场部署。 <P>　　1981年，苏联在“宇宙”系列卫星和“礼炮”号空间站上成功进行了8次激光武器试验，同年3月用一颗卫星上的小型高能激光器照射美国卫星，使其传感器完全失灵。80年代后期，天基激光武器原理样机亮相，并在“联盟”号飞船上进行了试验。 <P>　　苏联在90年代初进行的18次卫星激光武器试验有11次成功，还计划研制射程达40，000公里的激光器，用于攻击地球同步轨道的预警卫星。另外，苏联还设计过多种型号的杀手卫星，如利用大气层内核爆炸产生强电磁脉冲瘫痪对方卫星通讯系统、用逆轨抛撒钢珠破坏美国天基激光反射镜、以及在美地基激光器上方投放吸光材料云层等等，而“橡皮套鞋”反弹道导弹也能拦截低轨道卫星。 <P>　　1977年7月，美国首先提出同苏联进行反卫星武器谈判，后因苏军入侵阿富汗中断。1983年8月，苏联单方面宣布不首先使用反卫星武器，同意恢复反卫军控谈判，但没有成果。不过，苏联实现的反卫能力仍然具有拦截时间较长、只能攻击地球低轨道卫星、对发射测控设施要求高、只能攻击发射场上空的卫星（机会一天只有2次）、以及连续发射困难等弱点。 <P align=center><b>西方反卫星武器的进展</b> <P>　　<b>硬杀伤</b> 美国对硬杀伤的研究并不晚，但由于当时制导技术的局限，早期反卫武器只能将弹头送到距目标数公里的位置，所以只能使用核弹头。而60年代初进行的高空核试验表明，电磁脉冲的影响过于宽广——在1962年甚至将爆炸点数百公里外夏威夷的路灯都搞灭了，并损坏附近几颗美国卫星，因此美国很快放弃了这种反卫星手段。 <P>　　1959年10月，美国空军开始试验的“大胆猎户座”（Bold Orion）反卫星导弹，计划由B—47轰炸机携带发射；1962年美海军也曾考虑用F—4发射过类似装置；陆军则利用的原来作为反弹道导弹系统的“奈基--宙斯”（Nike—Zeus）进行改装，1963年5月23日，在夸贾林环礁实施了首次太空反卫星拦截，到1966年1月13日，至少进行了8次“奈基—宙斯”系统的发射。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719020.jpg"></P>

美国MIRACL（中红外先进化学激光）
等计划也将反卫星包括在任务内<P>　　此后美国的重点转向轻型动能杀伤手段的研制，在70年代末“星球大战”计划出台之前，已经计划用F—15携带ASAT（反卫星导弹）执行反卫星任务。1979年沃特公司获得发展合同，随后研制出ASM—135A两级固体燃料导弹。该弹进入太空后释放一个红外制导的微型杀伤器，它采用自旋稳定，由63个小型短脉冲火箭发动机完成机动，最大拦截高度560公里，撞击目标时速度至少为24，000公里／小时。 <P>　　F—15A出色的爬升能力正好适合充当ASAT的发射平台，但由于发射过程要求非常精确，该机对航电、火控计算机和用于中段制导的数据链进行了耗资不菲的改装。1985年9月13日，一架F—15A从范登堡空军基地起飞，成功进行了ASAT的首次实弹打靶，目标是美国1979年2月发射的“太阳风”P78—1科学卫星（该星用于研究伽马射线光谱，已远超出使用寿命，但仍在传回数据，因而此事引起有关科学家的强烈抗议）。 <P>　　美方认为地基反卫星武器必须等待目标星飞越发射基地上空，而机载手段可以主动飞到目标下方，因此ASAT比苏联式反卫星武器效费比高得多。故计划改装20架F—15A，共装备112枚ASAT，但后来受限于军控条约，加上试验拖延和成本超支，1988年被国会正式取消。 <P>　　此后的1990年，波音还获得了研制KE—ASAT（动能反卫星计划）动能杀伤器（KKV）的验证合同。它是一种地基撞击拦截器，由三级火箭发射，在太空中展开一张“迈拉”（一种聚酯类高分子材料）制成的“杀伤增强装置”，既能通过撞击破坏卫星，也可以避免碎片飞散而伤及无辜。1997年8月曾进行过原型杀伤器的试验，计划于1998－1999年间少量制造，到2000年可在紧急情况下部署10套，总投资20－25亿美元，但最后被克林顿政府取消。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719021.jpg"></P><P>　　<b>软杀伤</b> 虽然美国对太空战已不满足于纸上谈兵，但鉴于国际社会的敏感，也出于技术合理性考虑，美国首先还是将研制重点放在针对太空目标的连续监视和软杀伤手段上。众所周知，目前在近地空间约存在10，000多个人造物体（包括废弃卫星和运载火箭碎片），其中很大一部分的运行状况并不为人所了解，导致很多国家在发射卫星（特别是载人航天器）时，越来越谨慎。 <P>　　因此美国空军将这种太空态势把握能力列入所谓“太空控制”的最优先任务，但现有的地基大型相控阵雷达和光电望远镜的探测距离、角度和视场都有局限性，而美国原来的在轨监视系统——“天基可见光传感器”是1996年发射的，已经耗尽使用寿命，因此美空军正抓紧建立天地相互配合的SBSS（天基太空监视）系统。 <P>　　这一体系将在今后十年内部署完毕，主要利用低轨道卫星群对太空物体进行光电跟踪，从而形成在轨监视他国卫星和轨道碎片的能力。2004年3月底，美空军与诺思罗普—格鲁曼公司签订了2.35亿美元的合同，计划于2007年中首先发射“探路者”卫星（pathfinder），2012年形成初步作战能力，2014年建成完整的SBSS系统。 <P>　　同时，“太空控制”的另一层涵义——空间对抗系统也在着手建立。2004年1月，诺--格公司向美空军航天司令部太空控制联队交付了1套反通信系统（CSS），可望于10月形成初步作战能力，另两套28个月后交付，该系统可以暂时干扰或阻止敌方商业卫星的工作。4月2日，美国空军还透露，一种反监视系统（CSRS）将在8月进行项目审查，目前计划购买5套，2008年具备作战能力。CSRS能阻止敌军获得特定地区的卫星图像，掩护美军的机动企图，破坏对手的评估能力。此外，美空军还在研究反导航手段，意图削弱潜在敌手使用GPS系统制导精确弹药的能力。 <P align=center><img src="http://images.qianlong.com/mmsource/images/2004/07/19/sdz20040719028.jpg"></P><P>　　当然，美国也在小心地避免挑起太空武器化的争论，在很多项目上刻意使用了“失能”（Disable）和“拒止”（Deny）一类的词句，并强调正在开发的破坏手段都是可逆的，战争结束后即可快速恢复，并不影响商业卫星的长期使用。 <P>　　<b>亲密接触</b> 当前，卫星对抗领域最前沿项目当属美国空军航天司令部、空军研究实验室、空军航天与导弹系统中心、海军研究实验室等机构联合开展的XSS（试验性太空系统）验证计划。它的总体目标是研制一种全自主控制的微型航天器，具有在轨检查、交会对接、以及围绕轨道物体的近距离机动能力（上述几种能力均可演化为攻击行为）。 <P>　　2000年11月，该计划的第一颗小卫星XSS—10交付空军，2003年1月29日与GPS—2R8导航卫星一同由“德尔它”2运载火箭发射（这次发射总成本6，500万美元，其中XSS—10只占400万）。XSS—10在发射16小时后，于800公里的低地球轨道上从运载火箭的第二级（即上面级）分离。它首先漂浮在已经废弃的上面级旁边200米，然后突然变轨接近后者，用摄像机进行捕获和跟踪，并通过数据链将实时图像传回地面控制中心。此过程共重复3次，距离从100米到35米不等，每次约耗时12分钟，机动间隔为90分钟……这次试验证明了微推进技术、制导／控制系统、实时通讯、锂电池（首次用于航天领域）、一体化摄像机等先进装置的可靠性。为此，波音XSS——10小组获得美国航空航天学会颁发的2003年度技术大奖。 <P>　　今年11月，美国空军还将发射XSS—11，它采用“低轨道自主交会系统”，能使两个航天器非常靠近并保持位置。这次试验将为近距围绕活动积累指挥／控制经验，今后美国空军很可能在此基础上研制正式反卫星型号。(千龙特稿 本文原登载于《海陆空天惯性世界》杂志第35期)</P>

大家看看啊！1

挺振奋人心！！！！！

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中华人民共和国万岁！！！

毛主席万岁！！1