2021年世界航天装备发展综述 | 远望报告

2021年世界航天装备发展综述

作者：国豪

在大国竞争、太空对抗日益加剧的大背景下，世界主要航天国家在顶层战略政策的指导下，积极构建更为完备的装备体系，重点布局下一代装备转型发展。

2021年底，由于国外低轨宽带通信卫星星座开始进行规模化部署，同时低轨遥感微纳卫星星座延续部署，发射航天器数量大幅跃升，全年国外火箭共发射1618个航天器，其中成功入轨航天器1601个，航天器发射数量创造了航天器年度发射数量历史新高。

2021年，美国正在加速装备体系重塑，积极推动构建弹性化、网络化、去中心化、支持全域联合作战的新一代军事航天装备体系；俄罗斯加速发展军事航天装备，涵盖侦察监视、环境监测等领域多个新型号开始部署，导航定位和导弹预警等骨干系统补网加强。欧洲部署新型电子侦察卫星，骨干通信卫星系统补网加强，持续发展微纳雷达星座，同时，为了应对气候变化，积极发展新型环境监测卫星。

一、积极推进新一代侦察监视卫星创新发展

截至2021年底，国外侦察监视卫星领域共进行5次发射，成功将7颗卫星送入预定轨道。

（一）美国商用卫星军用化，微纳卫星发展成焦点

在大国竞争背景下，美国试图提升体系弹性，并在所有作战域通过联合全域指挥和控制近乎实时地发现、跟踪和打击目标。在这些需求牵引下，美国充分考虑情报界、国防部和其他政府机构的需求，重新制定了商业光电卫星的服务采购合同。同时，重视新兴能力的应用，开始将先进的雷达、射频定位等商业力量纳入国家地理空间情报体系。2021年在装备发展方面，美国一方面补网发射传统大型光学侦察卫星系统。另一方面，继续“七层体系”中“看护层”的建设，美军尝试商业雷达卫星直连传输层；看护层多源数据融合软硬件进入在轨测试阶段，标志着遥感数据在轨智能处理进入新的阶段，也意味着遥感数据进入火控链，支持重要时敏目标的远程精确打击迈出重要一步。

1.以政策促进商业航天军用化，大力加强侦察监视能力

美国“国家侦察局”（NRO）2021年8月24日提出正在推行体系架构变革，构建由政府和商业公司的运行在不同轨道的卫星组成“未来架构”，以增强弹性、提高能力。

10月，国家侦察局发布“战略商业增强框架广泛部局公告”，旨在采购商业雷达、高光谱图像和射频定位等新兴遥感领域的数据。11月，国家侦察局发布“光电商业层”（EOCL）的正式招标书（RFP），EOCL是继“增强视景”（EnhancedView）合同后的商业卫星服务采购合同。EOCL只限于美国拥有和在美国经营的公司。同时，EOCL具有快门控制条款，国家侦察局可在特定时间、特定区域获得供应商卫星的独家访问权，该条款的执行需要国家情报局局长和国防部长批准。

此外，美地理空间情报局11月发布《国家地理空间情报系统—商业地理空间情报战略2021-2025》，倡议在现有与军方、政府机构、学术界和盟友的伙伴关系上，共同进行商业地理空间投资，以更多的利用商业能力。

在美国倡导利用商业能力的同时，也看到了利用商业遥感卫星服务国家能力的隐患，因而考虑制定限制条款。11月，美国商务部对美国运营的中高分辨率商业遥感卫星成像的频率设置新的限制，这是由于国防部和情报界担心商业遥感卫星对美关键安全设施成像导致的潜在安全威胁。

2.补网发射KH-12卫星

2021年4月26日，美国发射1颗锁眼-12（KH-12）卫星，发射代号NROL-82，这是第9颗锁眼-12卫星，全色分辨率优于0.1m，红外分辨率可能达到0.5m。

NROL-82发射徽标

3.商业微纳雷达成像卫星得到军方高度重视

随着商业微纳雷达成像卫星星座的快速发展，美国多个军事部门都在积极与美国卡佩拉航天公司、芬兰冰眼公司合作，探索微小SAR技术的军事应用潜力。2021年6月，美国太空发展局（SDA）授予卡佩拉公司研究合同，为正在开发的“国防太空体系架构”（即七层体系）提供支持。2021年11月，卡佩拉公司宣布将于2022年开始在SAR卫星上安装激光通信终端，与“传输层”直接通信，实现向国防部用户快速提供数据。同月，美陆军与冰眼公司合作，寻求利用天基SAR数据缩短杀伤链闭合时间，提升战术应用能力。

Capella卫星

4.看护层多源情报融合软硬件进入初步在轨测试阶段

2021年6月30日，又一次任务-3（YAM-3）商业卫星发射入轨，星上搭载了太空发展局的“原型在轨验证试验台”(POET)。目的是初步验证将安装在七层体系卫星上的“战场管理指挥控制与通信”（BMC3）模块上的“看护层”在轨数据融合应用程序。

（二）俄罗斯重点推进新型光学与电子侦察卫星

2021年，俄罗斯发射新型光学成像侦察卫星和电子侦察卫星，并持续补网加强原有系统。

俄罗斯于2021年9月9日发射Cosmos-2551军用光学成像侦察卫星，又名起跑-1（Razbeg-1）卫星。Razbeg-1源于实验型小卫星（EMKA），基于EMKA卫星平台研制，分辨率0.9m。

俄罗斯持续推进新一代电子侦察卫星系统建设。先后于2月和6月发射了“莲花-S”（Lotos-S）电子侦察卫星和首颗介子-NKS（Pion-NKS）海洋监视卫星。

介子-NKS卫星

（三）欧洲加强电子情报与微纳卫星星座发展

2021年，欧洲发射新的业务型电子侦察卫星，并重视商业微纳雷达成像卫星的发展。

法国成功发射首个业务型电子情报卫星系统——“空间电磁情报能力”（CERES）三星星座，取代已超期服役的“电子情报卫星”（Elisa）星座。CERES星座由3颗卫星编队运行在低地球轨道，设计寿命8年，卫星质量446kg，采用时差定位方式，探测和定位地面无线电和雷达信号。

在商业方面，欧洲冰眼公司正在积极构建商业微纳雷达成像卫星星座，在轨规模已达到14颗，最高分辨率达最高0.25m×0.5m，幅宽5km，同时随着初始18颗星座即将构建完成，已开始发射二代试验星。

冰眼公司ICEYE卫星

二、创新发展星际激光通信技术和多功能通信卫星星座

2021年，国外共计进行1次军事通信中继卫星发射活动，成功将1颗卫星送入预定轨道，即法国的锡拉库斯-4A（Syracuse-4A）卫星。美国方面，2021年未发射军事通信中继卫星。2020年，美国新一代防护卫星系统“先进极高频”星座（AEHF）成功组网，至此，美国新一代军事通信中继卫星系统基本建成，当前处于向下一代军事通信卫星过渡阶段，未来两年内无新增高轨军事通信卫星发射任务。欧洲方面，公布“天基安全通信系统”初步建设方案，加强欧洲数字主权，推进安全通信自主可控。

（一）美国加强星际激光通信互联演示验证

美国2021年未发射军事通信中继卫星，截至2021年底，在轨卫星合计60颗。

2021年6月，美国太空发展局（SDA）和国防高级研究计划局（DARPA）共发射4个演示验证有效载荷，主要对支撑美国防部用于全域作战的弹性卫星通信骨干能力——光通信，以及星上多传感器数据融合等开展测试。曼陀罗-2（Mandrake-2）卫星关注星间激光链路；激光互连与组网通信系统（LINCS）关注从卫星到地面MQ-9“死神”无人机的激光链路。

（二）欧洲加强军事通信卫星发展

欧洲2021年发射1颗军事通信中继卫星，即法国的锡拉库斯-4A（Syracuse-4A）卫星，在轨卫星合计16颗。

2021年10月，法国发射第四代军事通信系统两颗卫星的第一颗Syracuse-4A卫星，采用SpaceBus Neo-100全电推进卫星平台，搭载X频段和Ka频段有效载荷，配置星上数字透明处理器和抗干扰天线，具备抗网络攻击、抗干扰和高空核爆炸的能力。

2021年6月，欧盟委员会公布“天基安全通信系统”初步建设方案，拟投资60亿欧元（折73亿美元），打造一个大规模、多轨道通信卫星星座，旨在加强欧洲数字主权，提供高可靠性、弹性和安全性的通信服务。

三、稳步推进导航卫星更新和换代

2021年，国外共进行3次导航卫星发射，成功发射导航卫星4颗。其中美国1次，成功发射GPS-3卫星1颗，日本1次，成功发射准天顶卫星1颗；欧洲1次，成功发射GALILEO-FOC卫星2颗；预计年底前俄罗斯将进行1次发射，发射1颗GLONASS-M卫星。

（一） 美国发布PNT新政策，追求全球领导地位

总体来看，美国政府、军方更加重视天基定位导航与授时技术、能力的发展，发布新版《天基定位导航与授时系统政策》，追求天基定位导航与授时领域的全球“领导地位”。该政策取代了2004版《美国天基定位导航与授时政策》，其不单是特朗普政府彰显、镌刻自身重视航天重磅政治遗产，更是美国、美军基于其天基导航系统发展到一定阶段、为应对日趋复杂环境出台的新的指导政策。

同时，美国军用卫星导航系统、技术与能力持续增长，一方面持续推进GPS现代化计划，持续开展GPS系统空间星座与地面运行控制系统的更新；另一方面，导航技术卫星-3（NTS-3）项目通过初步设计审查，转入系统研发阶段。

（二）俄罗斯GLONASS系统空间段更新速度放缓

按照2025年完成全部由GLONASS-K系统卫星组成的GLONASS系统空间星座部署的计划，2021年初俄罗斯航天局计划2021年完成6～7颗GLONASS卫星的发射，其中GLONASS-K系列卫星5～6颗，至少包括1～2颗GLONASS-K2卫星。但受疫情持续等因素的影响，预计2021年俄罗斯仅进行1次发射，发射GLONASS-M卫星1颗。由此可以看出，俄罗斯已经放缓了GLONASS系统空间段的更新速度，甚至有可能已经调整了2025年完成全部由GLONASS-K系统卫星组成的GLONASS系统空间星座部署的计划。

（三）欧洲持续推进新一代伽利略卫星导航系统发展

欧洲2021年开展了1次发射活动，成功发射GALILEO-FOC卫星2颗。目前，欧洲也在持续推进新一代伽利略系统的发展，2021年签署了12颗新一代伽利略卫星及星载原子钟的研发合同。按计划，每颗新一代伽利略卫星将配置2部被动氢钟和3部铷原子钟，其中铷原子钟的频率稳定性将达到2×10-14，以保证新一代伽利略系统的空间信号误差达到0.3m。

四、导弹预警卫星继承与颠覆创新并行发展

2021年国外太空安全领域共进行4次发射，成功将4颗卫星送入预定轨道，包括3颗导弹预警卫星和1颗在轨服务卫星。

（一）美国反导反高超预警一体化推进

2021年，美国成功发射1颗SBIRS-GEO-5导弹预警卫星和1颗PIRPL导弹预警试验星。

1.成功发射“天基红外系统”第5颗GEO卫星

2021年5月18日，美国成功发射了一颗SBIRS-GEO-5导弹预警卫星，卫星由洛克希德-马丁公司研制，采用新型LM2100卫星平台，用于替代SBIRS系统的首星SBIRS-GEO-1。

2.下一代天基导弹预警体系加速推进

2021年8月10日，美国太空发展局发射了1颗“原型红外载荷”（PIRPL）试验卫星，带有一台中视场多光谱相机，为未来“过顶持续红外”任务进行技术试验，卫星发射质量58kg，其探测谱段为短波红外与中波红外，运行在倾角为51.6°，高度为400km×400km的低地球轨道。该卫星可能是太空发展局正在进行的“追踪现象学试验”项目的主体，用于优化算法、作战概念（CONOPS）和探测与跟踪先进导弹的波段。SDA计划在此次试验中研制一种能将导弹信号和太空背景噪声分离的先进传感器。

（二）俄罗斯新一代导弹预警星座进一步完善

2021年，俄罗斯仅发射1颗冻土-5（Tundra-5）导弹预警卫星，加速向实现全球导弹预警能力发展的目标迈进。

2021年11月25日，俄罗斯发射了第5颗“探测、战场指挥与控制集成式空间系统”（EKS）卫星，即Tundra-5卫星。俄罗斯将共计发射10颗EKS卫星组成名为“穹顶”（Kupol）的天基预警系统，“穹顶”系统最终由6颗大椭圆轨道卫星与4颗地球同步轨道卫星组成，形成全球导弹预警的能力。

“穹顶”天基预警系统示意图

五、多种反卫措施得到成功验证

（一）俄罗斯成功开展陆基动能反卫试验

2021年11月15日，俄罗斯从普列谢茨克发射场发射了1枚陆基直升式反卫（DA-ASAT）导弹，击中并摧毁了低地球轨道上1颗代号为Kosmos-1408的俄罗斯（前苏联）卫星。

据外媒推测，本次试验使用了A-235“努多利”导弹。“努多利”是俄罗斯研制的一种可移动部署发射的高超声速、洲际弹道导弹拦截武器。

（二）日本创新发展天基空间碎片清除系统

2021年3月22日，日本成功发射“空间尺度寿命末期服务-演示验证”（ELSA-d）空间碎片主动清除演示验证系统。ELSA-d重点演示验证低轨空间碎片交会、对接、离轨等技术，为后续发展实用性空间碎片主动清除系统积累经验。ELSA-d由2个航天器组成，即“清除航天器”和用于模拟空间碎片的“目标航天器”。8月26日，ELSA-d碎片主动清除系统完成了捕获技术的在轨测试，成功演示验证了该系统对目标航天器（模拟空间碎片）的磁吸捕获能力。

六、环境监测卫星军民深度融合发展

总体来看，2021年国外未发射军用环境监测卫星，发射22颗民用环境探测卫星。

（一） 美国军用、民用、商用环境监测卫星创新发展

2021年，美国军用、民用、商用环境监测卫星均得到不同程度的发展。

在军用环境监测卫星方面，“光电红外气象系统”（EWS）卫星和地面段通过初步设计评审（IDR）。EWS计划旨在及时满足军方对于云表征和战区图像产品的需求，以取代现有老化的“国防气象卫星计划”（DMSP）。2021年10月1日，美国空军通过其“空军资产战略资金增加”计划发布了一份价值1.93亿美元的合同，由明日io公司（Tomorrow.io）开发约由32颗微波气象卫星组成的星座。

光电红外气象系统

在民用环境监测卫星方面，2021年6月30日NASA“降水结构和风暴强度的时间分辨观测小卫星星座”（TROPICS）的首颗技术验证星成功发射。TROPICS最终将由7颗3U立方体卫星组成星座。2021年，NASA开始了下一代地球静止轨道气象卫星——“地球静止和扩展观测”（Geo-XO）的载荷预研工作。

在商业环境监测卫星方面，美国螺旋（Spire）公司在2021年成功部署了16颗lemur-2卫星，目前其立方体星座共有121颗Lemur-2卫星在轨工作。

（二）欧洲启动“北极气象卫星”（AWS）原型卫星制造

2021年3月10日，欧洲航天局（ESA）开始研制“北极气象卫星”（AWS）任务原型卫星。未来，AWS星座将提供高频全球大气温湿度数据，来改进北极天气预报，增强短期天气预报水平。

2021年欧洲航天局还展示了其加速天基气候行动的各项举措。其中，英国“支持地球和太阳研究的可追踪辐射测量”（TRUTH）卫星将为观测地球、月球和太阳的卫星提供标准参考，计划于2023年发射。“生物量”（Biomass）任务将提供森林状况，促进对碳循环的认识。“哥白尼人为二氧化碳监测”（CO2M）任务计划2025年发射。

（三）俄罗斯重点推进北极地区气象卫星研发

2021年2月28日，俄罗斯新一代北极-M（Arktika-M）气象卫星系统首星Arktika-M1成功发射。Arktika-M1是世界首颗关注于北极的气象卫星，该星是军民两用卫星，将重点满足高纬度地区的战场环境观测需求。

来源：远望智库官方微信公众号

编辑：刘玲

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