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提升衛(wèi)星生存能力的革命性技術(shù) 作者：吳 勤 現(xiàn)代軍事 2008年7期 當(dāng)前，航天技術(shù)正經(jīng)歷著一場(chǎng)新的革命，為軍事航天技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。在這場(chǎng)革命中，美國(guó)軍事航天技術(shù)的發(fā)展尤為迅猛，因?yàn)槊绹?guó)堅(jiān)信，要保持太空優(yōu)勢(shì)，就必須保持相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 美國(guó)軍事航天技術(shù)的戰(zhàn)略目標(biāo)是，近期發(fā)展有助于降低國(guó)家太空危險(xiǎn)的系統(tǒng)和技術(shù)；遠(yuǎn)期，努力開(kāi)發(fā)高回報(bào)技術(shù)，獲得當(dāng)前未想象到的，可改變“游戲”規(guī)則的能力，這些能力將用以支持未來(lái)的各種沖突，同時(shí)在太空的研究和發(fā)展方面引領(lǐng)世界。從近期的發(fā)展來(lái)看，在軌服務(wù)技術(shù)與“分離模塊航天器”技術(shù)成為目前軍事航天領(lǐng)域最具革命性的技術(shù)，將對(duì)空間技術(shù)和航天產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性的影響。 現(xiàn)有衛(wèi)星技術(shù)的弊端及對(duì)策研究 目前的衛(wèi)星從研制到發(fā)射，周期長(zhǎng)達(dá)5～10年，即是成熟的產(chǎn)品也往往跟不上技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)臃腫復(fù)雜，成本也直線飆升，一個(gè)小小的軟件編程紕漏或者某個(gè)部件功能失效，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)計(jì)劃的失敗及不堪設(shè)想的后果。軍用衛(wèi)星也不例外。導(dǎo)致這些問(wèn)題的主要原因有，①傳統(tǒng)衛(wèi)星物理結(jié)構(gòu)的一體化，即有效載荷與使有效載荷正常工作的動(dòng)力、指控和通信等分系統(tǒng)形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，各分系統(tǒng)互相嵌套、互相約束，研制過(guò)程中任何一個(gè)部件或分系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，都將影響到整個(gè)系統(tǒng)；②目前的衛(wèi)星都是一次使用的，缺乏可維修的設(shè)計(jì)，發(fā)射后一旦任何子系統(tǒng)出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)喪失功能。 目前，科技人員正在研究如下兩個(gè)技術(shù)，以期解決上述問(wèn)題。一是在軌服務(wù)技術(shù)。該技術(shù)建立在航天器模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)之上，通過(guò)實(shí)現(xiàn)自主在軌加注燃料、模塊更換或升級(jí)等技術(shù)途徑和措施來(lái)提高航天器的生存能力。2007年3月美國(guó)發(fā)射的“軌道快車(chē)”是這一發(fā)展思路的典型體現(xiàn)。另一個(gè)則是發(fā)展分布式衛(wèi)星系統(tǒng)，由一群小衛(wèi)星編隊(duì)飛行構(gòu)成一顆虛擬的大衛(wèi)星，來(lái)替代復(fù)雜的大衛(wèi)星工作。沿著這條思路，科學(xué)家們提出了“分離模塊航天器”(fractionated spacecraftmodules)的概念，希望能夠把一個(gè)航天器按功能分解為有效載荷、動(dòng)力、能源、通信等專(zhuān)門(mén)模塊，這些模塊物理分離，通過(guò)編隊(duì)飛行和無(wú)線傳輸方式構(gòu)成一顆虛擬的大衛(wèi)星，以完成特定的任務(wù)。這種“分離模塊航天器”的概念一經(jīng)提出，就得到了美國(guó)軍方的高度關(guān)注，成為近年航天領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。2007年美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)為了試驗(yàn)這種理念提出了F6計(jì)劃，該計(jì)劃已成為“太空快速響應(yīng)作戰(zhàn)”(ORS)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分。 在軌服務(wù)技術(shù) 是指對(duì)在軌運(yùn)行的航天器進(jìn)行各類(lèi)操作，包括組裝、維修、回收與釋放等傳統(tǒng)操作(已應(yīng)用空間站的建設(shè))，以及捕獲、補(bǔ)給、升級(jí)、干擾與攻擊等可用于空間攻防對(duì)抗的新型操作(正在探索)。研究中的在軌服務(wù)體系主要由主航天器與目標(biāo)航天器組成。根據(jù)在軌服務(wù)的能力與規(guī)模，主航天器可以進(jìn)一步分為大型在軌服務(wù)平臺(tái)與小型空間機(jī)器人。前者主要提供大型航天器的在軌組裝、維護(hù)等，也可運(yùn)輸與投送大型貨物與航天器，后者主要為目標(biāo)航天器提供靈活機(jī)動(dòng)的服務(wù)，如對(duì)己方航天器進(jìn)行燃料加注、更換，升級(jí)部件等，同時(shí)對(duì)敵方航天器進(jìn)行監(jiān)視、寄生、軟殺傷和硬殺傷等。 在軌服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用 在軌服務(wù)技術(shù)并不是新出現(xiàn)的技術(shù)，但是以前都主要用于空間站，近年來(lái)各國(guó)才開(kāi)始探索將其應(yīng)用于提高軍用衛(wèi)星生存能力與空間對(duì)抗。在軌服務(wù)技術(shù)憑借其成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、軍事利用價(jià)值高等特點(diǎn)，成為了目前乃至未來(lái)軍事航天技術(shù)領(lǐng)域新的研究與發(fā)展方向。 對(duì)己方的航天器，在軌服務(wù)主要包括檢測(cè)、維護(hù)、補(bǔ)給、升級(jí)和防護(hù)等服務(wù)。檢測(cè)是指主航天器飛至目標(biāo)航天器附近，利用各種傳感設(shè)備對(duì)其進(jìn)行檢查和測(cè)試，以了解目標(biāo)航天器的狀態(tài)。維護(hù)指在檢測(cè)的基礎(chǔ)上，主航天器對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行保養(yǎng)與維修。補(bǔ)給指利用主航天器對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行各種能源補(bǔ)給。升級(jí)指對(duì)目標(biāo)航天器的部件或軟件進(jìn)行替換或升級(jí)。防護(hù)指利用在軌服務(wù)對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行保護(hù)，包括清理碎片、對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行變軌等。 利用在軌服務(wù)可以對(duì)敵方航天器執(zhí)行監(jiān)視感知以及軟硬殺傷等操作。監(jiān)視感知是指在軌主航天器飛至敵方目標(biāo)航天器附近利用各種傳感器設(shè)備對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取各類(lèi)參數(shù)等。軟、硬殺傷則是指對(duì)目標(biāo)實(shí)施非致命性、致命性的毀傷。 關(guān)鍵技術(shù) 空間在軌服務(wù)技術(shù)體系十分龐大，涉及控制、機(jī)械、材料等多種學(xué)科技術(shù)?？臻g自主在軌服務(wù)技術(shù)是未來(lái)空間在軌服務(wù)發(fā)展的新方向。 控制技術(shù)——控制技術(shù)涉及空間在軌服務(wù)的各個(gè)方面，主飛行器的姿態(tài)控制、軌道控制，對(duì)合作和非合作目標(biāo)的交會(huì)對(duì)接控制，對(duì)目標(biāo)的連接、抓取控制，結(jié)合后聯(lián)合體的姿控、軌控，以及航天飛機(jī)等大型運(yùn)載器的飛行控制，空間自主飛行器的自主控制技術(shù)等，它們中的每一項(xiàng)技術(shù)都能決定空間在軌服務(wù)成功與否。 機(jī)械技術(shù)——特殊的機(jī)械技術(shù)伴隨空間在軌服務(wù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，包括主航天器本身和目標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，二者的交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)，主航天器的抓取與維修機(jī)構(gòu)等。設(shè)計(jì)通用的交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)有助于提高對(duì)接效率，而抓取服務(wù)機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量減少對(duì)目標(biāo)的損傷，同時(shí)還要保證抓取的效率。 機(jī)器人技術(shù)——空間自主在軌服務(wù)技術(shù)是應(yīng)用智能在軌機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主服務(wù)的，因此設(shè)計(jì)高智能、能夠獨(dú)立決策、判斷、思考的空間機(jī)器人是研究的關(guān)鍵。 材料技術(shù)——在復(fù)雜而惡劣的空間環(huán)境中，材料是保證安全的關(guān)鍵，不論是大型的航天飛機(jī)，還是小型的自主服務(wù)衛(wèi)星，它們的生存都緊緊依靠著材料技術(shù)的水平。因此，材料技術(shù)將在空間在軌服務(wù)中發(fā)揮重要作用。 目標(biāo)探測(cè)識(shí)別技術(shù)——空間在軌服務(wù)技術(shù)中抓取、對(duì)接、服務(wù)等操作的前提是對(duì)目標(biāo)實(shí)施探測(cè)識(shí)別，探測(cè)的結(jié)果直接影響到在軌服務(wù)的成敗與效率，這就要求探測(cè)設(shè)備的圖像識(shí)別與判斷能力以及各方面的相關(guān)技術(shù)要滿足實(shí)際服務(wù)時(shí)的需要，要有能力準(zhǔn)確地觀測(cè)出目標(biāo)的外部情況，以便實(shí)施各種操作。 進(jìn)展情況 空間自主在軌服務(wù)技術(shù)在各個(gè)方面都表現(xiàn)出強(qiáng)有力的適應(yīng)性，并且具有成本低廉、軍事利用價(jià)值高等特點(diǎn)，引起了各國(guó)的極大關(guān)注。 加拿大在軌服務(wù)體系的構(gòu)建是以其領(lǐng)先的空間機(jī)器人技術(shù)為核心逐步開(kāi)展的。在研制用于航天飛機(jī)和國(guó)際空間站的兩代空間機(jī)器人的過(guò)程中，加拿大發(fā)展了其先進(jìn)的在軌服務(wù)空間機(jī)器人技術(shù)。上世紀(jì)70年代，加拿大制造了空間機(jī)械臂系統(tǒng)(SRMS)，在隨后的60多次使用中，SRMS表現(xiàn)的非常完美。鑒于SRMS 的成功，加拿大被選中為國(guó)際空間站提供活動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)(MSS)。MSS是一種能夠提供在軌服務(wù)的高級(jí)空間機(jī)器人，主要由空間站遙控機(jī)械臂系統(tǒng) (SSRMS)、專(zhuān)用靈巧機(jī)械手(SPDM)和活動(dòng)基座系統(tǒng)(MBS)組成。2008年3月，加拿大研制的當(dāng)今世界最先進(jìn)的空間機(jī)器人Dextre發(fā)射升空，用于提供各種在軌服務(wù)。 上世紀(jì)80年代，隨著美國(guó)第一個(gè)空間站的升空以及新的空間站研制計(jì)劃的啟動(dòng)，美國(guó)開(kāi)始重視發(fā)展自己的在軌服務(wù)技術(shù)，并制定了“飛行遙控機(jī)器人服務(wù)者” (FTS)空間機(jī)器人研究計(jì)劃。1992年，美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局(NASA)啟動(dòng)了一項(xiàng)大型的空間機(jī)器人研究計(jì)劃——空間遙操作機(jī)器人項(xiàng)目 (STP)。STP計(jì)劃中止后，其研究?jī)?nèi)容縮減為Ranger機(jī)器人計(jì)劃。在開(kāi)展Ranger計(jì)劃的同時(shí)，美國(guó)對(duì)在軌服務(wù)重要性的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深。進(jìn)入新世紀(jì)，美國(guó)又啟動(dòng)了多個(gè)新的在軌服務(wù)技術(shù)研究，如已經(jīng)取得試驗(yàn)成功的DART、XSS-11、“軌道快車(chē)”以及正在進(jìn)行研制的“前端機(jī)器人使能近期演示驗(yàn)證”(FREND)計(jì)劃。未來(lái)，美國(guó)將繼續(xù)大力提高在軌服務(wù)技術(shù)研究水平，形成以空間機(jī)器人、航天飛機(jī)、軌道機(jī)動(dòng)飛行器(SMY)為核心的服務(wù)航天器隊(duì)伍，同時(shí)大力研發(fā)下一代可接受服務(wù)的目標(biāo)航天器，形成完整的在軌服務(wù)體系。 日本空間機(jī)器人體系由3個(gè)核心計(jì)劃組成，即日本實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械手臂(JEMRMS)計(jì)劃、工程試驗(yàn)衛(wèi)星-Vll(ETS-VII)和H-2轉(zhuǎn)移飛行器 (HTV)計(jì)劃。上世紀(jì)90年代，日本為其實(shí)驗(yàn)艙(JEM)設(shè)計(jì)了機(jī)械手臂(JEMRMS)。日本是最先意識(shí)到在軌服務(wù)重要性的國(guó)家之一。為了掌握這一技術(shù)，1991年，當(dāng)時(shí)的日本宇宙事業(yè)開(kāi)發(fā)集團(tuán)(NASDA)開(kāi)始了“工程試驗(yàn)衛(wèi)星-7”(ETS—V11)的研制計(jì)劃。ETS-VII于1997年發(fā)射成功，工作到1999年。ETS-VII由2顆衛(wèi)星組成，其中跟蹤衛(wèi)星2.5噸，目標(biāo)衛(wèi)星0.5噸。ETS-VII星上機(jī)器人系統(tǒng)主要由機(jī)器人手臂、視覺(jué)系統(tǒng)、星上機(jī)器人控制系統(tǒng)以及目標(biāo)衛(wèi)星操作工具(TSTL)等在內(nèi)的機(jī)器人手臂載荷等幾個(gè)組成部分。ETS-VII的發(fā)射成功是在軌服務(wù)空間機(jī)器人研制中的一個(gè)里程碑，它帶動(dòng)了各航天國(guó)家對(duì)在軌服務(wù)的研究。通過(guò)ETS-VII的試驗(yàn)，日本意識(shí)到目前其在軌服務(wù)能力還不足，因此又研制了一種用H-2火箭發(fā)射的具有自主機(jī)動(dòng)能力的HTV，用于往返地面與國(guó)際空間站之間進(jìn)行大型貨物運(yùn)輸，并計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展大型飛行器的營(yíng)救和維護(hù)以及報(bào)廢衛(wèi)星離軌處理等在軌服務(wù)技術(shù)。 歐洲的在軌服務(wù)研究也是以空間機(jī)器人的研究為起點(diǎn)逐步展開(kāi)的，其中德國(guó)的研究實(shí)力最強(qiáng)。德國(guó)在研制空間機(jī)器人方面，非常重視機(jī)械臂本身的研究。 1991年德國(guó)宇航中心(DLR)研制出了第一代機(jī)械臂LBR。同時(shí)，DLR也開(kāi)始了類(lèi)似加拿大SPDM的機(jī)械手的研究。至2001年，第三代LBR以及第二代機(jī)械手分別研制成功。目前正在進(jìn)行的研制項(xiàng)目有SLES和TECSAS等。SLES項(xiàng)目用于為通信衛(wèi)星提供推進(jìn)、定位與導(dǎo)航服務(wù)，同時(shí)還可作為空間拖船用于營(yíng)救其他處于錯(cuò)誤軌道位置的航天器。TECSAS項(xiàng)目計(jì)劃發(fā)射一顆可接受在軌服務(wù)的目標(biāo)星和一顆裝有機(jī)器臂與捕獲系統(tǒng)的服務(wù)星。通過(guò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離機(jī)動(dòng)、近距離接近、繞飛檢測(cè)、與目標(biāo)星編隊(duì)飛行、捕獲目標(biāo)星、結(jié)合體穩(wěn)定調(diào)姿與軌道機(jī)動(dòng)等，用于演示驗(yàn)證先進(jìn)在軌服務(wù)技術(shù)。 分離模塊航天器 “分離模塊航天器”在功能上等同于一顆虛擬的大型衛(wèi)星，其實(shí)質(zhì)是將一個(gè)航天器的質(zhì)量和故障風(fēng)險(xiǎn)分解到多個(gè)功能模塊，代表了航天器設(shè)計(jì)與應(yīng)用理念的轉(zhuǎn)變，是衛(wèi)星技術(shù)革命性的發(fā)展方向。美國(guó)從2007年開(kāi)始大力推進(jìn)F6項(xiàng)目的研制，將加快“分離模塊航天器”技術(shù)的突破與演示試驗(yàn)。 應(yīng)用前景 “分離模塊航天器”無(wú)論在軍用、民用還是商用領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景，一旦試驗(yàn)成功，將使整個(gè)航天產(chǎn)業(yè)和空間對(duì)抗方式發(fā)生重大變化。 (1)提高太空運(yùn)輸能力 如果F6計(jì)劃成功，那么DARPA將能夠使用大批私營(yíng)企業(yè)的小型運(yùn)載火箭將一顆大衛(wèi)星分批發(fā)射入軌。通過(guò)分解發(fā)射適應(yīng)小型運(yùn)載火箭快速或機(jī)動(dòng)發(fā)射，大大提高了空間系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。 (2)降低成本與風(fēng)險(xiǎn) 采用分塊發(fā)射后，即使發(fā)射失敗也只損失衛(wèi)星的一小部分，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)于嚴(yán)重的影響，從而大大降低了發(fā)射費(fèi)用與風(fēng)險(xiǎn)。 (3)航天器功能變化 對(duì)太空任務(wù)或服務(wù)需求有變化時(shí)，不需要再發(fā)射新型航天器，只需要發(fā)射有效載荷模塊對(duì)在軌系統(tǒng)的功能進(jìn)行快速變化、擴(kuò)展或者升級(jí)，大大地增強(qiáng)了空間系統(tǒng)在軌部署能力，最大程度發(fā)揮在軌系統(tǒng)的綜合效益。 (4)增強(qiáng)衛(wèi)星防御能力 面對(duì)自然或人為的太空威脅時(shí)，當(dāng)某一模塊受到損壞時(shí)，通過(guò)快速發(fā)射補(bǔ)充模塊，迅速恢復(fù)空間力量，提高了系統(tǒng)的生存能力。 F6計(jì)劃 2007年，DARPA啟動(dòng)了一項(xiàng)名為F6項(xiàng)目的新研究。F6為“未來(lái)、快速、靈活、自由飛行、模塊化航天器” (Future，F(xiàn)ast，F(xiàn)lexible，F(xiàn)ree—Flying.Fractionated Spacecraft)中6個(gè)英文單詞的詞頭，項(xiàng)目的目標(biāo)是驗(yàn)證一種完成空間任務(wù)的新方法。F6計(jì)劃的目標(biāo)是以信息交換為紐帶，構(gòu)成未來(lái)的快速、靈活、自由飛行、模塊化航天器。其實(shí)質(zhì)是建立一種面向未來(lái)的靈活、高效的航天器體系結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的衛(wèi)星按功能分解為可重新組合的分離模塊。各模塊可以獨(dú)立發(fā)射，在軌運(yùn)行時(shí)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)連接和無(wú)線能量傳輸，構(gòu)成一個(gè)功能完整的虛擬衛(wèi)星，使得該系統(tǒng)具備了系統(tǒng)重構(gòu)和功能再定義的能力。 DARPA計(jì)劃分4個(gè)階段實(shí)施F6計(jì)劃，第一階段進(jìn)行項(xiàng)目的概念設(shè)計(jì)，完成在軌動(dòng)力學(xué)的研究，設(shè)計(jì)項(xiàng)目框架，同時(shí)完成預(yù)先設(shè)計(jì)。除此之外，合同承包團(tuán)隊(duì)還將開(kāi)發(fā)基于硬件回路的試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)將對(duì)“分離模塊航天器”的任務(wù)進(jìn)行軟件模擬：第二階段將完成系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，同時(shí)在硬件試驗(yàn)環(huán)境下開(kāi)發(fā)更多實(shí)用的硬件部件，第三階段進(jìn)行航天器硬件制造，廣泛的地面試驗(yàn)和系統(tǒng)集成，研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須演示滿足網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)和發(fā)射需求的能力，第四階段將發(fā)射并在軌演示“分離模塊航天器”系統(tǒng)。 F6計(jì)劃在實(shí)施過(guò)程中提出了一些要求，主要包括每個(gè)航天器模塊均為小衛(wèi)星或者微小衛(wèi)星級(jí)別，質(zhì)量小于300千克，在項(xiàng)目開(kāi)始后四年內(nèi)進(jìn)行首次發(fā)射，各個(gè)航天器模塊通過(guò)多次發(fā)射形成分布式結(jié)構(gòu)，發(fā)射運(yùn)載器要使用美國(guó)本土制造的可用于商業(yè)發(fā)射的火箭，且火箭必須至少有過(guò)一次發(fā)射的經(jīng)驗(yàn)：完成最后一次發(fā)射的航天器在軌壽命至少一年。 關(guān)鍵技術(shù) “分離模塊航天器”的關(guān)鍵技術(shù)主要包括如下5項(xiàng)衛(wèi)星模塊化技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、編隊(duì)飛行控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和分布式計(jì)算技術(shù)。 模塊化技術(shù)——這項(xiàng)技術(shù)是指為了開(kāi)發(fā)具有多種功能的不同系統(tǒng)，不必對(duì)每種系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是設(shè)計(jì)出多種通用或標(biāo)準(zhǔn)模塊，對(duì)其進(jìn)行不同方式的組合來(lái)構(gòu)成不同的系統(tǒng)。這里包含兩層意思，首先，對(duì)航天器進(jìn)行分解，即按照標(biāo)準(zhǔn)化和可組裝的原則進(jìn)行分解，形成系列的通用或標(biāo)準(zhǔn)模塊：其次，對(duì)通用或標(biāo)準(zhǔn)模塊選取和重新組合，以得到滿足特定功能的航天器。 無(wú)線傳輸技術(shù)——無(wú)線傳輸技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“分離模塊航天器”的核心關(guān)鍵技術(shù)，包括無(wú)線數(shù)據(jù)和能量等在不同模塊之間的無(wú)線傳輸技術(shù)。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是較成熟的技術(shù)，在實(shí)際工程中已有較多的應(yīng)用。其目標(biāo)是建立適用于空間環(huán)境下無(wú)線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在各模塊之間實(shí)現(xiàn)安全、可靠的無(wú)線通信。無(wú)線能量傳輸主要是指無(wú)線電力傳輸，該技術(shù)已經(jīng)研究多年，具有一定的基礎(chǔ)，但是距離實(shí)際工程應(yīng)用還有一定距離。 無(wú)線電力傳輸技術(shù)最早來(lái)源于在太空建立太陽(yáng)能電站，向地球傳送電力的設(shè)想。太空發(fā)電的原理是在宇宙空間的太陽(yáng)能電站聚集大量陽(yáng)光，利用光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生直流電，并通過(guò)相應(yīng)的裝置將直流電變換成微波，以微波波束的形式傳輸?shù)教沼脩艋蛘邆鬏數(shù)降厍蛏?。?guó)外對(duì)該設(shè)想投入了大量的人力和財(cái)力，美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)都進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的突破，這給無(wú)線電力傳輸技術(shù)提供了很好的發(fā)展平臺(tái)。目前，各國(guó)的研究成果表明，無(wú)線電力傳輸主要有是微波和激光兩種方式，激光傳輸模式系統(tǒng)重量和尺寸較小，但是傳輸時(shí)損耗較大，比較適于近距離使用；微波傳輸方式是設(shè)備重量尺寸大，能量不太容易集中。目前這兩種方式的最大問(wèn)題在于能量傳輸效率較低，但由于“分離模塊航天器”在太空中的距離較近，相對(duì)于太空太陽(yáng)能的遠(yuǎn)距離傳輸，其能量損耗較低，因此，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳輸在近期將很快應(yīng)用于工程實(shí)際。 編隊(duì)飛行控制技術(shù)——隨著分布式衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展的推動(dòng)，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)屬于成熟技術(shù)。而且在編隊(duì)飛行的控制和測(cè)量的精度要求上，實(shí)現(xiàn)分離模塊編隊(duì)飛行要比實(shí)現(xiàn)分布式衛(wèi)星編隊(duì)飛行的要求還低。F6的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自主、安全、自防護(hù)編隊(duì)導(dǎo)航、具有虛擬對(duì)接和隊(duì)形變換的功能。在部分模塊失效和遭受敵方攻擊時(shí)，系統(tǒng)具有快速重構(gòu)編隊(duì)的能力。 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)——網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的目標(biāo)是使“分離模塊航天器”構(gòu)成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)，具有高可靠性和高可用性，同時(shí)還具備即插即用的特性。網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)還將發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化的軟件和硬件接口，使得數(shù)據(jù)包和多種標(biāo)準(zhǔn)航天器組件進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以進(jìn)行唯一的地址標(biāo)識(shí)。 分布式計(jì)算技術(shù)——F6計(jì)劃的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工作形式也意味著在不同模塊之間進(jìn)行分布式計(jì)算的必要。所謂分布式計(jì)算是一門(mén)計(jì)算機(jī)科學(xué)，它研究如何把一個(gè)大型任務(wù)分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計(jì)算單元進(jìn)行處理，最后再把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來(lái)得到最終的結(jié)果。F6計(jì)劃對(duì)分布式計(jì)算技術(shù)的要求是實(shí)現(xiàn)具備可擴(kuò)充性、自適應(yīng)、容錯(cuò)性能的分布式計(jì)算能力，能夠保證在軌運(yùn)行的部分模塊失效時(shí)，剩余的模塊仍然能夠“保持生存”(Keep Alive)，直到替換模塊插入時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)功能?！氨３稚妗敝饕侵竷蓚€(gè)方面：一是指保持電力供應(yīng)和安全的熱防護(hù)，二是指能夠接收命令，同時(shí)傳輸狀態(tài)數(shù)據(jù)給其它模塊。 |
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