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机 动 航 天 器 —— 轨 道 和 亚 轨 道 飞 行 相 结 合 实
现 节 约 效 益
A Taskable Space Vehicle: Realizing Cost Savings by Combining Orbital and
Suborbital Flight
托 马 斯 ·C· 科 奥 空 军 上 尉 (Capt Thomas C. Co, USAF)
乔 纳 森 ·T· 布 莱 克 博 士 (Dr. Jonathan T. Black)*
国 通 过 太 空 开 发 , 获 得 明 显 的 战 场
美 环 境 优 势 , 但 是 太 空 运 行 成 本 越 来
越 昂 贵 , 势 将 危 及 这 些 优 势 。 美 国 不 遗 余 力
开 拓 太 空 技 术 始 有 今 日 , 然 而 太 空 研 究 、 开
发 和 运 行 经 费 一 再 缩 减 , 太 空 系 统 趋 于 老 化 ,
为 当 今 世 界 敌 手 留 出 各 种 可 乘 之 机 。 一 些 国
家 原 无 太 空 能 力 , 而 今 迅 速 赶 上 , 以 难 以 想
象 的 低 成 本 发 展 太 空 技 术 , 与 美 国 争 锋 。 美
国 国 防 部 拥 有 强 大 的 太 空 能 力 , 但 为 降 低 部
署 和 维 护 费 用 , 必 须 考 虑 如 何 改 变 太 空 运 作
现 行 做 法 , 以 防 失 去 太 空 支 配 地 位 。 美 国 战
略 司 令 部 、 国 家 航 天 总 署 、 国 防 先 进 研 究 项
目 署 , 以 及 空 军 部 等 , 对 预 算 削 减 对 美 国 太
空 优 势 地 位 的 冲 击 都 有 清 醒 的 认 识 。 为 填 补
现 有 太 空 资 产 能 力 和 需 求 之 间 的 缺 口 , 机 动
响 应 太 空 项 目 (Operationally Responsive
Space—ORS) 办 公 室 规 划 了 重 大 的 发 展 目 标 ,
但 笔 者 认 为 此 目 标 需 进 一 步 扩 展 。 本 文 提 出
一 种 分 阶 段 发 展 方 式 , 可 以 成 倍 提 高 ORS 项
目 的 成 本 节 约 效 益 , 同 时 提 升 美 国 的 太 空 能
力 。 此 方 式 注 重 挖 掘 航 天 飞 机 和 卫 星 在 轨 道
和 亚 轨 道 飞 行 的 潜 力 , 实 施 反 复 机 动 , 执 行
多 种 任 务 。
ORS 办 公 室 在 2007 年 成 立 , 由 国 防 部
内 多 个 部 门 联 合 组 成 , 目 的 是 研 制 低 成 本 进
入 太 空 技 术 ,
ORS = 机 动 响 应 太 空 项 目 以 响 应 和 满 足
TOT = 飞 临 目 标 上 空 时 间 战 场 需 要 。 进
* 科 奥 上 尉 是 美 国 空 军 理 工 学 院 博 士 研 究 生 , 布 莱 克 博 士 是 理 工 学 院 航 空 航 天 工 程 系 助 理 教 授 。
入 太 空 的 成 本 不 低 , 航 天 器 的 研 制 和 发 射 构
成 太 空 使 命 中 最 大 的 成 本 项 目 。ORS 办 公 室
决 心 把 这 两 项 成 本 同 时 降 低 , 做 到 能 在 几 周
内 就 将 航 天 器 升 空 , 全 部 费 用 只 及 原 来 的 一
个 零 头 ( 亦 即 每 一 分 钱 相 当 于 目 前 同 类 太 空
项 目 中 一 美 元 。) 1 但 是 就 目 前 进 展 而 言 ,
ORS 项 目 只 关 注 如 何 快 速 制 备 航 天 器 和 如 何
以 最 低 成 本 发 射 , 而 没 有 考 虑 航 天 器 的 机 动
潜 力 , 没 有 考 虑 使 航 天 器 获 得 变 轨 能 力 , 在
寿 期 内 执 行 多 种 任 务 。ORS 项 目 的 支 持 者
James Wertz 博 士 认 为 :“ 运 用 目 前 在 轨 卫 星
是 无 法 实 现 [ 机 动 响 应 太 空 ] 目 标 的 , 这 就
像 是 子 弹 已 经 出 膛 , 再 指 望 坏 蛋 撞 到 弹 道
内 。” 2 如 果 能 采 用 非 传 统 变 轨 技 术 使 同 一 颗
卫 星 执 行 多 种 任 务 , 就 能 提 高 太 空 作 战 响 应
能 力 , 满 足 战 场 需 求 , 同 时 进 一 步 降 低 项 目
的 成 本 。
实 施 这 种 灵 活 变 轨 新 方 式 需 要 经 过 四 个
阶 段 。 第 一 阶 段 是 改 变 太 空 运 行 概 念 , 思 考
如 何 使 一 些 在 轨 卫 星 以 高 效 方 式 大 幅 变 轨 。
有 关 此 技 术 的 硬 件 已 经 存 在 , 经 过 大 量 检 验 ,
并 获 得 透 彻 理 解 。 此 技 术 包 括 一 个 电 控 推 进
系 统 ( 网 格 离 子 发 动 机 或 霍 尔 效 应 小 推 力 发
动 机 ), 对 重 量 500—1,000 公 斤 的 小 型 卫 星
有 效 。 3 第 二 阶 段 是 对 那 些 在 地 球 表 面 150—
500 公 里 高 度 外 大 气 层 ( 即 热 层 ) 中 飞 行 的
卫 星 合 理 利 用 有 限 的 空 气 动 力 , 通 过 空 气 动
力 的 拽 力 实 现 变 轨 。 4 在 以 上 所 述 的 新 太 空
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