ä¸‹è½½æœ¬æœŸå ¨æ–‡ - Air & Space Power Chronicles

机 动 航 天 器 —— 轨 道 和 亚 轨 道 飞 行 相 结 合 实 现 节 约 效 益
整 目 前 在 轨 航 天 器 的 运 行 概 念 , 允 许 通 过 轨
道 机 动 来 改 变 TOT。 然 而 , 这 样 做 在 响 应 时
间 上 仍 然 和 正 在 进 展 的 ORS 项 目 的 目 标 值 相
距 甚 远 。ORS 项 目 的 目 标 是 在 接 到 任 务 的 第
一 道 命 令 后 9 小 时 内 发 射 航 天 器 , 在 发 射 后
45 分 钟 内 到 达 地 球 任 何 指 定 部 位 的 上 空 。 19
不 过 这 个 目 标 还 未 成 为 现 实 。 目 前 的 在 轨 卫
星 可 借 助 电 控 推 力 在 轨 道 中 机 动 , 但 不 能 再
入 大 气 层 ( 即 卫 星 必 须 保 持 在 122 公 里 高 度
以 上 ), 可 在 7 天 时 间 内 在 规 定 的 TOT 抵 达
地 球 任 何 部 位 的 上 空 。 与 之 相 比 , 电 脑 模 拟
表 明 , 机 动 卫 星 如 能 借 助 空 气 动 力 做 超 平 面
变 轨 , 则 进 入 新 轨 道 所 需 的 时 间 可 减 少 75%
( 由 7 天 缩 短 为 约 2 天 ), 即 如 以 上 第 三 阶 段
所 述 。 如 在 ORS 航 天 设 计 中 增 加 一 点 精 巧 创
新 , 我 们 应 可 为 之 配 备 大 气 机 动 能 力 , 使 之
成 为 一 种 不 昂 贵 但 高 度 有 效 的 航 天 器 , 能 对
美 国 面 临 的 当 前 威 胁 迅 速 做 出 响 应 。
ORS 项 目 所 设 计 的 航 天 器 在 特 征 上 体 现
为 小 巧 、 质 轻 、 容 易 保 持 高 度 ( 定 向 ) 和 位
置 ( 驻 位 )。 为 使 这 种 航 天 器 具 备 以 上 第 四 阶
段 所 述 的 机 动 能 力 , 我 们 可 以 为 卫 星 配 置 一
台 小 型 冲 力 ( 火 箭 ) 发 动 机 和 一 台 高 效 电 控
推 力 发 动 机 ( 例 如 霍 尔 效 应 小 推 力 发 动 机 )。
冲 力 可 推 动 卫 星 快 速 但 小 幅 变 轨 , 持 续 的 电
控 推 力 则 聚 集 能 量 推 动 卫 星 进 入 稳 定 驻 位 轨
道 , 并 可 反 复 此 过 程 。 按 照 这 种 设 计 概 念 ,
我 们 首 先 将 卫 星 发 射 到 指 定 轨 道 平 面 , 执 行
首 项 任 务 ; 完 成 此 任 务 之 后 可 通 过 冲 力 实 施
小 幅 变 轨 , 使 其 近 地 点 ( 轨 道 中 距 地 球 表 面
最 近 点 ) 进 入 或 “ 栽 入 ” 大 气 层 , 让 卫 星 利
用 空 气 动 力 改 变 轨 道 平 面 , 从 而 执 行 第 二 项
任 务 。 卫 星 每 做 这 种 机 动 , 就 会 损 失 能 量 。
计 算 机 模 拟 表 明 , 当 卫 星 能 量 到 了 只 能 勉 强
维 持 轨 道 飞 行 的 水 平 时 , 连 续 电 控 推 力 系 统
将 能 有 效 提 升 此 水 平 , 使 卫 星 保 持 在 轨 道 内 。
这 个 过 程 可 以 重 复 多 次 , 直 到 推 进 系 统 的 燃
料 耗 尽 。 航 天 器 如 配 备 本 文 所 述 的 两 种 发 动
机 ( 火 箭 和 电 控 ), 就 能 运 用 现 有 技 术 响 应 执
行 多 项 用 户 任 务 。 不 过 有 关 如 何 有 效 实 施 这
些 机 动 的 知 识 和 经 验 , 目 前 还 相 当 有 限 。 根
据 本 文 的 设 计 概 念 , 航 天 器 所 能 完 成 的 任 务 ,
和 传 统 的 仅 带 化 学 推 进 系 统 的 近 地 轨 道 卫 星
相 比 , 可 以 提 高 6 倍 。( 低 推 力 电 控 发 动 机
的 效 率 [ 每 加 仑 航 程 数 ] 比 大 推 力 发 动 机 高
出 5—6 倍 。) 这 样 的 航 天 器 可 以 执 行 15 项
以 上 任 务 , 即 发 射 一 次 就 能 完 成 15 项 ORS
使 命 , 从 而 大 幅 度 降 低 其 所 宣 传 的 使 命 成 本 。
结 语 :
当 前 的 太 空 思 维 模 式 是 发 射 大 型 、 昂 贵
及 能 力 强 大 的 卫 星 , 这 种 做 法 缺 乏 可 持 续 发
展 性 , 既 不 能 满 足 美 军 的 战 场 需 要 , 也 跟 不
上 其 他 拥 有 太 空 能 力 的 国 家 对 美 国 的 威 胁 程
度 。 正 如 传 统 战 争 模 式 必 须 改 变 以 适 应 当 今
平 叛 作 战 需 要 一 样 , 传 统 的 太 空 运 行 做 法 也
需 要 改 变 , 才 能 适 应 今 天 的 太 空 环 境 。 新 的
项 目 , 如 ORS 项 目 及 本 文 讨 论 的 研 究 概 念 ,
都 力 求 实 现 这 种 改 变 。
我 们 应 该 采 用 分 阶 段 的 方 式 来 扩 展 目 前
的 ORS 概 念 。 在 第 一 阶 段 , 要 围 绕 新 的 模 式
建 立 新 的 运 行 概 念 , 利 用 现 有 在 轨 卫 星 进 行
实 验 , 探 讨 能 否 通 过 电 控 推 力 实 施 大 气 层 外
机 动 , 从 而 获 得 大 幅 TOT 改 动 。 我 们 已 经 具
备 经 过 大 量 验 证 的 、 获 得 充 分 理 解 的 必 要 技
术 。 这 个 阶 段 并 不 需 要 开 发 任 何 新 装 置 , 因
此 成 本 不 大 。 在 第 二 阶 段 , 利 用 空 气 动 力 对
轨 道 高 度 122 公 里 以 上 的 航 天 器 进 行 机 动 ,
从 而 提 高 其 灵 活 性 , 更 快 速 响 应 战 场 需 求 ,
并 打 破 以 往 航 天 器 本 身 和 燃 料 的 限 制 , 开 辟
出 新 的 机 遇 空 间 。 在 第 三 阶 段 , 将 设 计 新 型
航 天 器 , 使 之 具 备 再 入 大 气 层 能 力 , 实 施 预
61