美国航天军民融合新动向

□ 黄志澄

今年两会期间，中国高层宣布把军民融合发展提升为一项国家战略，以探索经济建设和国防建设协调发展之路，加快形成全要素、多领域、高效益的军民融合深度发展格局。

美国在军民融合方面走在世界的前列。冷战结束后，美国经济发展迟缓，国防投入也随之降低，但是国防军工项目内含的经济效益并没有得到有效的利用，直至20世纪90年代后期，美国政府将发展经济确定为新的国家安全战略的重要内容，开始探讨如何将军工需求同民用技术相结合，以推动经济发展。近年来，随着国防经费的不断削减，美国更强调要“利用民用经济中发生的高新技术爆炸式增长，来实现国防科技的跨越式发展”。航天是军民融合的重要领域。为此，在这里介绍美国航天在军民融合方面的若干新动向，如开放市场、寄宿有效载荷、共享太空监测成果等，供读者参考。

美空军向SpaceX颁发认证

2015年5月26日，美国空军向商业航天公司太空探索技术公司（SpaceX）颁发了认证，允许其进入美国军用发射市场，发射军事卫星和间谍卫星，以及执行和国防安全相关的太空任务。从此，由联合发射联盟公司(ULA)垄断美国军用卫星发射市场的格局，无疑将被打破。

ULA是由洛马公司和波音公司在2006年组建的合资公司，旨在为政府执行航天器发射任务，客户包括美国军方和美国航宇局(NASA)，主要有“德尔它”2、“德尔它”4和“宇宙神”5等三套发射系统。ULA目前是美国空军认定的唯一有资质发射军用卫星的公司。

2013年年底，美国空军授予了ULA一份为期5年，价值110亿美元的改进型一次性运载火箭(EELV)的“批量采购”(Block Buy)合同，完成未来36次火箭发射任务。

2014年4月25，艾伦·马斯克在SpaceX召开的新闻发布会上宣布，该公司正在向美国联邦索赔法院提起诉讼，对上述合同提出异议。马斯克声称，美国空军当前的制度，阻止诸如SpaceX等公司竞争国家安全发射项目，而这些发射项目不应由一家服务提供商来垄断。SpaceX的发射费用比ULA更为便宜，若与SpaceX签订合同，将会为纳税人每年节省10亿美元。此外，他还对ULA的火箭中采用俄制发动机提出担忧。马斯克表示，SpaceX将要求美国空军撤销现有合同，认定SpaceX（及其他竞争对手）的资质，然后宣布为该合同举行一个竞标流程。

2015年1月，SpaceX在其官网发布声明，声称它与空军达成了和解，撤销了针对空军与ULA关于“批量采购”合同的起诉。空军则表示将会与SpaceX合作，高效而妥当地完成认证程序。空军指出，在两年里，双方为认证工作投入了超过6000万美元和150名工作人员。作为获得认证的供应商，最基本的资质认证是要求能把航天器3次成功地发射到相关轨道，其中至少有两次发射是连续完成。实际上，SpaceX公司只在今年，才达到了这个标准。

对于这次SpaceX获得美国空军的认证，美国空军部长黛博拉·詹姆斯发表声明说，这对空军和五角大楼来说，SpaceX的进入是一个重要的里程碑，SpaceX的火箭能够有助于降低美军的发射成本，让美军在航天领域更加游刃有余。

无疑，美国空军这次决定在军用卫星发射领域开放市场，在节省费用和促进技术进步方面，均可获益。如美国参议院军事委员会主席约翰·麦凯恩对此事表态称，希望SpaceX的进入能拉低目前“高得没谱”的火箭发射成本，并结束美军对俄制RD-180发动机的依赖。ULA对此表态称，已经做好在同等水平上进行竞争的准备。ULA为了应对来自SpaceX的竞争，从2014年10月开始，已采取的一系列降低发射成本的措施。此外，ULA在今年4月已宣布打造造价更低并采用美制发动机的“火神”（Vulcan）火箭。目前，ULA的“宇宙神”5火箭使用了俄制RD-180发动机。这一转变除了成本考虑以外，也是形势所趋，美国国会2014年通过了法案，规定从2019年开始，在国防发射领域，将弃用俄罗斯制造的火箭发动机，此举被认为是对俄制裁的一部分。

对此，马斯克则表示，空军的决定是在国防航天发射领域里引入竞争的重要一步，感谢空军的信任并期待合作愉快。在这次SpaceX 通过美国空军的认证后，它和ULA的首次较量，将会出现在不久之后，届时美国空军将向两家公司征求报价，以发射一颗GPSⅢ卫星。ULA的每次发射收费1.6亿美元，而SpaceX的报价为1亿美元，业界人士指出，引入SpaceX后，将迫使ULA降低价格。

实际上，SpaceX虽然通过自己的实力，进入这个2030年之前规模将达到700亿美元之巨的市场，但面对要求十分严格的军用发射任务，仍需面对诸多考验。在过去8年的发射活动中，SpaceX的准时发射率低于ULA，特别是“猎鹰”9号火箭使用的“灰背隼”（Merlin）火箭发动机，其性能较低，较难满足未来美国军用卫星发展的要求。由于SpaceX与ULA的较量，未必每次都是赢家，这就迫使SpaceX只能继续进行技术创新，才可能赢得更大市场份额。

寄宿载荷是航天军民融合的新探索

近年来，美国空军悄然地推进了“寄宿载荷解决方案（HoPS）”，在这方面美国既有经验，也有教训。

2014年7月10日该项目向14家公司授出“无限期不定量供货”（IDIQ）合同。这14家公司包括了欧美主要卫星制造商和运营商，如波音、洛马、空客、 阿里安、诺格、雷神、哈里斯、国际移动卫星组织（Inmarsat）、国际通信卫星组织、铱星(Iridium)、SES、SSL等。这14家公司已在2011组成“寄宿载荷联盟”（HPA）。在这次的IDIQ合同中，也包括给波音等3家公司的项目，要求搭载对北美大部分地区进行大气污染测量的“对流层污染排放监测”（TEMPO）载荷。在前一段时间内，美国空军和联盟在按照传统商业惯例制定合同时，关于价格和技术标准，难于达成一致意见，经过近两年的反复协商，双方才终于达成了共识。

其实，美国军方采用寄宿载荷由来已久。早在1976年美国海军在休斯公司的商业卫星上就搭载过军用通信载荷。美国航宇局的载荷也进行过多次搭载。但美国空军第一次采用这个办法，是在2011年9月由“阿里安”5火箭发射的SES-2通信卫星上，搭载了美国空军的“商业搭载红外有效载荷” （CHIRP ）。CHIRP是一种导弹预警实验传感器，以试验美国空军宽视场红外凝视传感器执行太空大范围监视的能力。通过两年的在轨试验，获得了大量目标和传感器性能的数据，为今后的设计提供了重要依据，而据报道搭载费用只有2500万美元。

美国空军计划用天基红外系统（SBIRS），代替从1970年开始建设国防支援计划卫星（DSP），但进展很不顺利。天基红外系统由两部分组成，一是位于地球静止轨道上的大型专用卫星，二是在高椭圆轨道的大型卫星上搭载相关载荷。2011年5月成功发射的SBIRS-GEO落后于原定计划 9年。美国政府问责办公室的报告指出，每颗卫星的成本高达30亿美元。因此，为了用较少的钱完成SBIRS的传感器的性能试验，美国空军积极实施了CHIRP计划。搭载任务的圆满完成，让美国空军增加了信心，准备继续在商业卫星上搭载太空红外传感器、太空感知传感器和太空环境传感器，但对于在商业卫星上搭载军用通信载荷，仍存在较大顾虑。他们认为军用通信有效载荷，对于卫星质量和功率都有较高的需求，频谱兼容问题也使其难于在一个单一的卫星平台上分别适应军事通信有效载荷和商业通信有效载荷。在这方面，澳大利亚国防军却利用寄宿有效载荷机会，将他们从波音公司购买的特高频载荷安装在了“国际通信卫星”22上。该卫星是波音根据合同为国际通信卫星公司建造的。澳大利亚当局表示特高频载荷项目利用寄宿有效载荷的方案，与常规的专用卫星购买和发射方案相比，节省了约40%的成本。

掌管着美国的军事太空系统的美国空军航天和导弹系统中心发展计划指挥部是HoPS的主管机构。2012年11月，美国空军航天司令部司令威廉姆·L·谢尔顿上将在国家航天座谈会上表示，某些新一代卫星群将会由更小、更便宜的卫星组成。部分国防载荷将由商业航天器搭载。美国SMC的指挥官艾伦·M·帕夫利科夫斯基中将也在会上说： “看一看我们现有的架构。我们已经没有过去那么多钱……我们必须具有灵活性。我们必须能够负担得起。寄宿载荷使得我们有机会将航天系统合理化。寄宿载荷概念可能会与导弹预警、天气预报、空间态势感知和某些通信任务很好地结合起来。”

HoPS项目要求合同签约方，能向美国空军及其他美国政府组织，提供在商业卫星上寄宿政府有效载荷以完成目标任务的能力。HoPS的合同要求对方可以建成全功能的在轨寄宿有效载荷系统，并建成将有效载荷数据发送到政府终端用户的地面集成系统的装备和界面。在卫星工业中，多重有效载荷是常见的，例如将为完成不同特殊任务而设计的电子元件和传感器包，安装在同一航天器上，共享发射、推进和电力，并分担成本。在商业卫星上寄宿有军用有效载荷，由于不需要研制整星，不仅节省了成本，而且大大缩短了研制时间，更由于分散布置了军用载荷，提高了美国空军太空体系结构的抗毁性。在未来5年内，美国将发射80颗商业通信卫星，寄宿载荷机会很多，因此美国空军准备向该项目投入近5亿美元。因此，在商业航天器上寄宿军方有效载荷，是一种将军方需求融合到商业卫星任务中的创新方法。

军方与商业公司合作进行太空监视

据美国《航空周刊》网站2015年6月7日报道，美国政府日渐形成一种共识，即太空资产，包括商业、民用和国防卫星，在轨道上已不再安全，美国空军与六家顶级商业运营商，正在开展第一个全新的试验项目，以期改善他们之间的数据交换。

为此，2015年夏季，在由加州范登堡空军基地的联合太空运行中心（Jspoc），将开展对 “商业整合单元”（ CIC）为期6个月的试用期运行。Jspoc是集成化态势感知及指挥与控制中心，最终向美国战略司令部提供报告。这个试点项目的目的，是更好地改善商业运营商和军方之间的计算机接口。CIC将包括来自六大国防部商业供应商的人员和资源：这些公司包括数字地球公司、欧洲通信卫星公司、国际移动卫星通信系统公司、SES、国际通信卫星组织、铱星等。不过，其他商业运营商也将受益。CIC将作为联合太空运行中心内部的行业代表与联系中介。美国国防部卫星的主要供应商之一的国际通信卫星组织总裁西尔斯说，六个月的试点期间，最终商业运营商和军方希望确定更好的技术，用以报告并跟踪太空目标。长期以来，商业运营商一直呼吁加强与国防部及情报界的合作。CIC就是美国国防部希望改善其太空态势感知的若干举措之一。CIC将从联合太空运行中心获得信息技术支持，并占用运行中心计算机的存储空间。

联合太空运行中心宣布，现已跟踪到轨道上23000个目标，随着两颗新的“地球同步轨道太空态势感知计划”（GSSAP）卫星提供情报之后，这一数字有望增加。GSSAP卫星将帮助美军获取太空态势感知能力，帮助美军应对电磁干扰，还能帮助其他商业卫星公司了解运行卫星存在的威胁。在试点阶段，CIC每天将运行8个～12个小时。在突发事件中，参加者将随叫随到。最后，这个单元将实现24小时运作。在试点期间，参加者将建立那种“机到机”接口，以便军事和商业用户之间更好地共享数据。

运营商希望演练在各种太空场景下太空保护的运行概念和流程，从最引人注目的卫星碰撞或攻击，到常规的电磁干扰。西尔斯问道：“我们如何利用干涉位置系统，并快速识别干扰可能来自何方？我们该如何描述它？你看到什么？我们看到什么？这是发生在其他系统之间吗？那些数据有某种关联吗？”西尔斯说，CIC试点是一种与军事和商业用户的输入有关的双向数据交换。

目前应对大多数太空中的突发事件（如卫星碰撞）的常规流程已经就位。不过，有了CIC，处理卫星干扰事件的流程及过程将更加严格，通过向运营商提供更多与异常事件相关的数据，或将有助于确定是否有某些危险原因在起作用。通过试点项目，有望形成可供商业和国防运营商开展训练的标准化流程。

自白宫批准在2016-2020财年为“太空防护”增加50亿美元投资之后，开展CIC项目是空军强调的若干举措之一。空军航天司令部司令约翰·海顿称，实际上，其他项目也将受益于投资改善联合太空运行中心任务系统，该系统可以让指挥官在太空对异常事件做出反应，而不仅仅是观察它们。美国空军也有可能开展天基太空监视系统（SBSS）卫星的后继项目，以收集更多数据，增加现有太空目标跟踪目录；还有可能采购更多GSSAP卫星。

卡特硅谷之行促进军民融合

今年4月下旬，美国新上任的国防部长阿什顿·卡特，在其上任三个月后，就访问了硅谷。物理学家出身、长期在美国国防部负责国防采购的他，在2013年12月离开国防部副部长的职位后，曾回到位于硅谷的斯坦福大学任教。显然，他对硅谷并不陌生。

这次卡特重回硅谷，首先是作为今年的年度德雷尔讲座的演讲嘉宾。4月23日，他在斯坦福大学发表了题为《重新链接五角大楼：创新与网络安全的新路径》的演讲。这个讲座是为纪念斯坦福大学的著名量子电动力学家和军控专家西德尼·德雷尔而设立的。卡特在演讲中，首先回忆了自己在德雷尔领导的斯坦福线性加速器中心进行博士后研究的经历 ，并说明也正是德雷尔的引导，才使他走进了国防安全领域。

卡特告诉听众，当他成为国防部长时，他的最重要的承诺之一就是在不断变化的世界中保持美国的领先地位、保持竞争力、吸引新一代跟上技术发展的步伐，报效祖国。他说，就利用商业利益驱动的技术而言，国防部希望与产业界在各个方面建立合作伙伴关系。硅谷和整个技术界开发的产品，一直在推进经济、社会、国防领域的转型、进步和繁荣。这使许多事情变得更容易、更经济、更安全。他接着表示，近年来，越来越明显的是这些进步和技术，也给企业、政府、军队和个人带来了一定程度的风险。我们如何减少技术带来的风险而又同时发挥其益处呢？答案就是建立合作伙伴关系。

卡特说，国防部和政府机构的投资，曾在推动硅谷和斯坦福的技术创新上，发挥了重要作用。例如互联网就是源于国防高级研究计划局（DARPA）的推动，全球定位系统（GPS）最初就是一个防务项目；谷歌的搜索算法是由美国国家科学基金会资助的；苹果公司集成到iPhone中的许多技术，都有美国政府和国防部的资助，美国国家科学基金会和美国中央情报局共同资助了多点触控的开发者；苹果操作系统iOS的Siri源于DARPA推动的人工智能和语音识别研究；谷歌的自动驾驶汽车源于DARPA的一个挑战大赛。由此可见，美国国防部和其他联邦机构点燃了火种，但硅谷高科技公司让星火燎原，创造了超乎想象的应用。

卡特在这次演讲中，关于后GPS的导航定位技术，对硅谷提出了特别的期望。他认为国防部会继续支持GPS卫星的研制和发射，因为它不仅是军用，而且也提供民用。但我们需要寻找军用的不受干扰和不脆弱的另一种途径。作为这个任务的重要组成部分，就是为了研制集成在芯片上的更小的惯性导航器件、更小更精确的加速度计和更精确的时钟，必须发展微机电系统技术。这些技术目前已在智能手机上得到了应用，现在要把这些技术转移到军用上来，并让它更精确。

为了利用硅谷的创新能力，卡特宣布了一个新倡议——“国防科技创新单元”-X（Defense Innovation Unit-X, DIUX）。这个倡议将探索新兴的和突破性的技术，并与国防部建立直接的关系，一种新型伙伴关系。

卡特说：“我们最好的现役军人和军事人员、生活在这里的预备役人员，以及一些最优秀的技术人才，共同组成了这种伙伴关系。这个团队将加强现有的关系，并建立新的关系，同时担当国防部其他部门的当地互动节点。国防部将继续在其他方向进行尝试，把我们政府的最好技术引到产业界，然后再引回来。”这方面已经在实施的一个项目是“国防部长公司研究员”（Secretary of Defense Corporate Fellows）。每年将派遣约15名国防部人员到商业公司，如甲骨文、思科、联邦快递和其他公司工作。

卡特接着说，为了投资于最有前途的新兴技术，美国国防部需要初创公司和小型企业的创造力和创新能力，因为初创公司是商业创新的前锋。

卡特在演讲的最后部分宣布了美国国防部新的网络安全战略，这方面国内媒体已有广泛报道。除这次演讲外，卡特为期3天的硅谷之行，还与很多科技公司高管会面，包括Facebook首席运营官雪莉·桑德伯格等，同时参加由风投机构主办的协商会议。

对于卡特的硅谷之行，有美国媒体指出，美国近来一直担心潜在对手正积极缩小与美国的技术差距，甚至可能赶超美国。因此，卡特的硅谷之行的目的旨在促进技术以更快、更廉价的方式投入国防应用。然而，五角大楼的入驻，也可能面临科技公司和风险投资界的抵制，他们长期以来一直对美国国防部的官僚作风和变化无常的预算计划感到担忧。由此可见，美国的“军民融合的深度发展”还有一段很长的路要走。

结束语

从上述美国航天军民融合的新动向中，我们看到美国航天的军民融合，已经从“以军带民”向“军民一体化”和“寓军于民”的方向转变。为了实现军民的深度融合，美国最大的困难是军方和商业公司存在利益冲突，因此，其发展仍然面临许多困难。我国航天发展在军民融合方面已经有许多成果，但离深度融合还有相当距离，美国在这方面的经验教训，可为我们提供借鉴。