《国际太空》《卫星应用》
  
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美国洛马公司航天技术转化应用重点概述
来源:《卫星应用》2017年第3期作者:张京男 

美国洛克希德·马丁(以下简称“洛马”)公司是目前世界第一大军工企业,也是第一大宇航公司,不仅仅是在经济指标方面突出,而且在美国航天国防方面也具有不可超越的地位。因此借鉴其航天相关技术转化情况有助于我国相关领域探索新思路、新方向。


随着美国国防、科技、经济形势的变化,洛马公司也不断地进行资本运作、调整战略重心、抢占商业市场,从而在保持原有技术能力体系和传统装备的基础上,完成技术与能力的转化应用,促进创新,打开新的市场。


多年以来,洛马公司在航天领域的技术转化应用也不断发生一些变化,部分项目有望在未来很长一段时间加大投入力度,寻求转化成果。


一、传统卫星平台面向商业市场


(一)A2100 卫星平台


洛马公司研制的A2100 卫星平台用于美国大部分军用卫星,主要包括:美国空军的天基红外预警系统卫星(SBIRS)、先进极高频通信卫星(AEHF)、新一代全球导航卫星GPS-3A,美国海军的移动用户目标系统卫星(MUOS),美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的地球静止气象卫星(GOES-R)等。


近年来经过不断改进、引入大量商业化元素,并结合国际市场需求与技术发展趋势,开发了新型A2100 卫星平台(见图1),这些显著的商业特质包括:


● 增强各类型商业载荷适应性,在卫星平台不作改动的前提下满足不同用户需要在轨实现的功能,如光学载荷、雷达载荷等;


● 增强与标准化整流罩的匹配性,从而适用于当前全球不同型号火箭的发射,不受火箭整流罩及相关结构的影响;


● 载荷与平台相互独立,载荷的设计与组装按照统一接口标准,不受平台结构与电路等方面影响;


● 实现“肩并肩”双星发射,两颗卫星并排搭载,一箭双星,从而节省发射业务的总成本;


● 推进全电推进(霍尔电推进)、全液推进或混合式推进等先进技术实现,从而彻底改变传统卫星动力模式,提高卫星部署的效费比;


● 太阳帆板进一步减重,太阳能转化效率进一步提升;


● 增加3D 打印组件比重,从而节省制造时间与成本;


● 可在轨调整通信网络,实现不同频段与任务的灵活切换;


● 通过优化流程,降低制造成本;


● 通过优化流程,缩减制造周期;


● 自筹资金,从项目投资角度进行,不依赖于政府与军方资助;


● 以客户为中心,提供“交钥匙”方案,提供完整的服务体系。


图1 新型A2100 卫星平台概念图

洛马公司与阿拉伯卫星通信组织(Arabsat)、沙特王国阿卜杜拉阿齐兹国王科技城(KACST)在2015 年早期共同宣布开展Arabsat 6A 卫星(图2)与Hellas-Sat-4/SaudiGeoSat-1 卫星(图3)业务,可为中东、非洲、欧洲地区提供电视、互联网、电话与安全通信服务。洛马航天事业部商业太空业务部将通过此项目建造出更加智能化的卫星。


这两颗卫星基于商业化改造后的A2100 平台,将搭载洛马新型有效载荷,快速适应各种通信网络,实现在轨卫星任务重新设定,动态调整高峰地区的带宽,从而增加运营收入,计划于2018 年发射。

图2 Arabsat 6A卫星概念图

图3 Hellas-Sat-4/SaudiGeoSat-1卫星概念图


(二)LM 900 卫星平台


IKONOS 卫星逐渐演化为当前的LM 900 平台(图4)。IKONOS 卫星在1999 年9 月24 日由美国“雅典娜”2 火箭发射入轨,是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。运营商是当时的商业卫星服务公司Space Imaging(现为DigitalGlobe 公司)。


除了IKONOS 卫星,LM 900 平台与多个科研应用的航天器平台优势相近,其中结构设计主要来自IKONOS 卫星,航电系统与NASA MRO 火星轨道器、GRAIL 月球探测器、MAVEN 火星探测器、OSIRIS-Rex 小行星探测器等相近。

图4 LM 900平台概念图

2016 年11 月11 日,在美国范登堡空军基地,宇宙神5 号运载火箭成功发射了WorldView-4 商业遥感卫星(图5),在681km 的轨道高度上运行,设计寿命10 年,运营商为美国DigitalGlobe 公司。毫无疑问,WorldView-4 卫星是当前全球最先进的商业遥感卫星,全色分辨率为31cm,由洛马公司研制,使用的正是LM 900 卫星平台。洛马公司LM 900 卫星平台经过20 年的进化与开发,打造了世界顶级商业遥感卫星,未来必将进一步打开商业化市场,面向更广泛的商业与民用市场。

图5 WorldView-4商业遥感卫星概念图

二、重力梯度仪精准测量地质结构


洛马公司30 年前就研制了世界上唯一一型移动式重力梯度仪,它可通过测量地层密度的细微差异,生成地下或海底的地质结构信息,其重力梯度数据对烃类沉积岩和矿石矿体指示尤为显著,探测金属矿藏、钻石矿、盐层,如图6 所示。

图6 洛马公司重力梯度仪及数据图


近10 年来,洛马公司大力开发商业应用,由飞机、舰船和潜艇平台搭载,服务于资源勘察和开采。目前,大约已有十几套该产品由美国商业公司应用于开采普通金属和金伯利岩钻石等。同时,在军用领域也可探测各种地下工事,如图7 所示。

图7 洛马公司开发的商业应用


三、激光雷达测量大气风力数据


飞机起降都会产生尾流,会危害附近飞机的安全性带来危害。洛马公司开发了WindTracer 系统(图8)用于大气环境研究的激光雷达技术,可应用于机场安全评估、风力资源评估和气象研究。


WindTracer 最初于2002 年部署在香港国际机场,主要用来侦测风情和飞机尾流,迄今为止为超过一百万航班的安全飞行提供保障,成为香港、东京、大阪、伦敦、纽约、旧金山、拉斯维加斯等机场首选的激光雷达传感器。


美国联邦航空管理局(FAA)、欧洲航空安全组织(Eurocontrol)与迪拜航空导航服务中心较早采用了这一功能,改善机场航行,保证飞机与飞机之间、飞机与不稳定气流之间保持安全距离。FAA 还将试图以WindTracer 为依据,制定相应的飞行标准。


WindTracer 系统最佳测量距离为300m~15km,最大测量距离为33km,测量风速范围为±40 m/s。另外,还有两个开发分析工具。


WindOptimizer 可部署在多个计算平台,包括多触点的操控中心、台式机和移动设备。该工具集成来自WindTracer 激光雷达的实时数据,对短期风况作高精度预测,目前已经通过多个项目论证,基本能对半个小时内的风况做准确预测。


WindProspector 也是集成WindTracer 激光雷达数据,为风电场开发商提供风力资源评估,包括地形跟踪风地图、垂直切变信息、时间序列测量、功率预测等。最终产品将会用于风力涡轮机的选位与优化,以预测未来农场的性能,降低投资者借贷风险。

图8 WindTracer 系统设备

四、结语


以上项目均为洛马公司当前重点发展的转化应用开发项目,其发展思路与具体思路更加面向全球商业客户,面向投资回报率,面向经济效益,同时未来公司还会根据技术与市场态势进行不断的调整,值得关注与借鉴。