2024年4月30日发(作者：)
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１ 引言
据美国国防高级研究计划局透露，与
口口Ｆ６计划是美国国防高级研究计划局
质量达数吨的传统卫星不同，这种新型卫
（ＤＡＲＰＡ）正在进行的一项新研究，它
星系统采用了模块化和组合的概念，即传
因译作“未来、快速、灵活、模块化、自
统侦察卫星上的重要部件（如相机等遥感
由飞行”的英文一一Ｆｕｔｕｒｅ、Ｆａｓｔ、Ｆｌｅｘ－
器）将各自形成一个个单独的小卫星，在
ｉｂｌｅ、Ｆｒａｅｔｉｏｎａｔｅｄ、Ｆｒｅｅ—Ｆｌｙｉｎｇ中的６个
主卫星附近飞行。这些卫星共同组成一个
“Ｆ”而得名，旨在验证一种完成航天任 星群，采用无线网络互联，一旦某颗卫星
务的新方法。据美国《国防》杂志报道， 被敌方击落，新卫星会被很快发射升空进
Ｆ６计划卫星系统具备迅速快捷和机动性 行替换。因此，这一计划的关键是机动灵
强等优点，便于美国军方轻松更换老化或 活性。图１为Ｆ６计划卫星系统运行设想
损坏的系统。
示意图。
（ｂ）
图１ Ｆ６计划卫星系统运行设想示意图
与传统卫星相比，Ｆ６计划卫星系统 “侦察卫星”可以转变成“军用通信卫星”。
具有很多优点。在设计寿命期间，卫星系
统的软硬件可以随时更换，而且只需将更
２ 计划背景
加便宜的同类小卫星补充进星群，卫星系
当今军用航天器普遍外形庞大、功
统就能提升性能或者排除故障。这种新型
能复杂，一颗军用卫星从设计到制造完
卫星系统还有一个独特性能，即通过不同 成再到发射升空跨时５～１０年，这就导
类型的小卫星之间的替换来转换卫星系统
致卫星的一些零部件老化。为了防止卫
的用途。例如，通过调整星群的组成，
星因此而出现故障，必须给卫星配备很
《国际太空》２００８年５月号 １
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多备用部件，这样整个系统难免变得臃
肿、复杂，成本也直线飙升。另外，即
使一个小小的软件出现纰漏或者某个部
件功能失效，就可能导致整个计划前功
３ 计划发展
美国国防高级研究计划局并不是首个
探究把航天器分成多个独立部分进行发射
的机构。早在２００５年９月，美国麻省理
工大学就提出了发展分离型航天器的概
念，随后国防高级研究计划局和空军实验
室又分别开展了一些相关概念的研究。美
尽弃，十几亿美元和多年心血将会付之
东流。
导致上述问题出现的主要原因有两
个：一是传统卫星物理结构的一体化，即
国航空航天局（ＮＡＳＡ）曾经研究过类似
有效载荷与支持有效载荷正常工作的动
的概念，考虑分别发射多个天文卫星，并
力、控制和通信等分系统形成了一个整体
把它们组合成一个巨大的“稀疏孑Ｌ径”望
结构，各分系统互相嵌套、互相约束，研
远镜来执行天文观测任务。空军研究实验
制过程中任何一个部件或分系统出现问、
室的空间飞行器部也曾考虑利用“稀疏孑Ｌ
题，都将影响整个系统的研制和使用；二 径”概念进行侦察。
是目前的卫星往往缺乏可维修的设计，因
２００７年４月，在美国科罗拉多州举
此一旦子系统出现故障就可能导致整个系 行的国家空间研讨会上，国防高级研究计
统丧失功能。目前，解决这两个问题的研
划局负责人安东尼・泰德表示，若分离型
究方向主要有两个：一是在航天器模块化 航天器概念可行，将来有可能利用几枚小
和标准化的基础上，大力发展在轨服务技
型火箭分块发射具有传统大卫星功能的小
术，期望通过实现自主在轨加注燃料、更
卫星群。安东尼称，“即使其中一枚火箭
换或升级模块等方式提高航天器的生存能
发射失败，也不会毁掉全部卫星系统，而
力，２００７年３月发射的“轨道快车”正
只是失去了其中一部分”。２００７年７月２４
是这一发展思路的典型体现；另一个则是 日和２５日，国防高级研究计划局针对与
采用分布式卫星系统，即由一群小卫星编
Ｆ６计划相关的关键技术攻关和集成演示
队飞行构成一颗虚拟的大卫星来替代复杂
验证系统，分别组织、开展了公开和保密
的传统卫星。依据后者，科学家提出了 的主题工作日活动。参加此次活动的公司
“分离模块航天器”概念，即把一个航天 和实验室包括：波音公司、通用动力公
器按功能分解为有效载荷、动力、能源、 司、轨道科学公司、喷气推进实验室和海
通信等模块，这些模块采用物理分离，通
军研究实验室等。国防高级研究计划局有
过编队飞行和无线传输方式构成一颗虚拟
意区分公开活动与保密活动，此举充分表
的大卫星，以完成特定任务。 明Ｆ６计划不但将对民用领域产生重要影
这种“分离模块航天器”概念一经提
响，而且在军用航天领域具有广阔的应用
出，就得到了美国军方的高度关注，成为近
前景。多家公司、机构参与此次活动，也
几年航天领域的热点。美国国防高级研究计
表明Ｆ６计划蕴含的技术及应用前景拥有
划局正是为了验证这种理念而投资、发展
巨大的吸引力。
Ｆ６计划，并将其作为“作战快速响应太空”
美国国防高级研究计划局计划分４个
（ＯＲＳ）计划的一个重要组成部分。
阶段实施Ｆ６计划：第１阶段进行项目的
２ 《国际太空 ２００８年５月号
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概念设计，完成在轨动力学研究，设计项 术、编队飞行控制技术、网络化技术和分
目框架，除此之外，合同承包团队还将开 布式计算技术。
发基于硬件回路的试验台，以对“分离模
（１）模块化技术
块航天器”的任务进行软件模拟；第２阶
这项技术是指在开发具有多种功能的
段将完成系统的详细设计，同时在硬件试
不同系统时，并不对每种系统进行单独设
验环境下开发更多实用的硬件；第３阶段 计，而是设计出多种通用或标准模块，通
进行航天器硬件制造、广泛的地面试验和
过对这些模块进行不同方式的组合来构成
系统集成，研发团队必须演示满足网络试 不同的系统。首先，要按照标准化和可组
验和发射需求的能力；第４阶段将发射并
装的原则对传统航天器进行分解，形成一
在轨演示“分离模块航天器”系统。２００８ 系列的通用模块或标准模块；然后，对通
年２月，国防高级研究计划局分别向轨道
用模块或标准模块进行选取和重新组合，
科学公司、波音公司、洛马公司和诺格公 以获得满足特定功能的小航天器群。图２
司授出了４份第１阶段的合同。
为试验卫星模块化技术。
针对Ｆ６计划的实施过程，美国国防高
级研究计划局提出了一些要求，主要包括：
每个航天器模块均为小卫星或者微小卫星级
别，质量小于３００ｋｇ在项目开始后４年内
进行首次发射；各个航天器模块通过多次发
射形成分布式结构；运载器要使用美国制造
的可用于商业发射的火箭，且火箭必须至少
有过一次发射经验；最后一次发射的航天器
图２试验卫星模块化技术
在轨寿命至少为１年。
（２）无线传输技术
４关键技术
无线传输技术是实现“分离模块航天
Ｆ６计划的目标是以信息交换为纽带， 器”的核心技术，包括数据和能量等在不
构建快速、灵活、自由飞行、模块化的航 同模块之间的无线传输。其中，无线数据
天系统，其实质是建立一种面向未来、灵 传输技术是较成熟的技术，在实际工程中
活、高效的航天体系结构，将传统卫星按 已有较多的应用。在Ｆ６计划中，实现无
功能分解为可重新组合的分离模块。各模 线数据传输的目标是建立适用于太空环境
块可以单独发射，在轨运行时通过无线数
下无线传输的网络协议，在各模块之间实
据链接和无线能量传输，构成一个功能完 现安全、可靠的无线通信。无线能量传输
整的虚拟卫星，使该系统具备系统重构和 主要是指无线电能传输，这项技术已被研
功能再定义的能力。要想实现Ｆ６计划的
究多年，具有一定的基础，但是距离实际
目标，需要解决许多关键技术，这些技术
工程应用还有一定差距。
也正是实现“分离模块航天器”的关键技
无线电能传输技术最早源于太空发电
术，主要包括：模块化技术、无线传输技
的设想（见图３），即在太空建立太阳能
《国际太空》２００８年５月号
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电站，向地球传送电能。太空发电的原理
（４）网络化技术
是：在太空中的太阳能电站、聚集大量阳 网络化技术的目标是使“分离模块航
光，利用光电转换产生直流电，并通过相
天器”构成一个自组织网络，具有高可靠
应的装置将直流电转换成微波，以微波波
性和高可用性，同时还具备即插即用的特
束的形式传送到太空用户或者地球上。美
性。此外，还需要发展标准化的网络化技
国、日本、俄罗斯等国对该设想投入了大
术软件和硬件接口，使数据包和多种标准
量的人力和财力，进行了大量的研究，并 航天器组件在进入网络时可进行唯一的地
取得了一定的突破，给无线电能传输技术
址标识。
提供了很好的发展平台。目前，无线电能 （５）分布式计算技术
传输可采用激光和微波两种方式，它们各
分布式计算是一门计算机科学，用于
有利弊：激光传输的特点是系统质量和尺
研究如何把一个大型任务分成许多小的部
寸较小，但是传输时损耗较大，比较适于 分，然后把这些部分分配给许多计算单元
近距离传输；微波传输的特点是系统质量
进行处理，最后再把计算结果综合起来得
和尺寸大，能量不太容易集中。这两种方 到最终的结果。在Ｆ６计划中，分布式计
式的最大问题在于能量传输效率较低，但
算技术需要具备可扩充性、自适应性和容
由于“分离模块航天器”的各分系统在太
错性能，能够保证当在轨运行的部分模块
空中的飞行距离较近，相对于太空太阳能
失效时，剩余的模块仍然能够“保持生
电站的远距离传输来说能量损耗较低，因
存”（Ｋｅｅｐ Ａｌｉｖｅ），直到替换模块插入后
此无线电能传输应用其中是可行的。
恢复系统功能。“保持生存”主要是指两
个方面：一是保持电力供应和安全的热防
护；二是能够接收命令，同时把状态数据
传送给其他模块。
５ 计划应用
Ｆ６计划试验的新型技术代表了航天
器设计与应用理念的转变，它将对空间技
图３太空发电设想图
术和航天产业带来革命性的影响。这种理
【３）编队飞行控制技术
念在美国已经受到了广泛的关注，成为最
随着分布式卫星编队飞行的发展，编
近一年来军事航天领域最具革命性的技术
队飞行控制技术已经逐渐成熟。在编队飞行
之一。Ｆ６计划所要试验的分离模块重组
的控制和测量精度的要求上，实现分离模块
技术的优越性主要体现在以下几个方面：
编队飞行要比实现分布式卫星编队飞行要
・
提高太空运输能力 如果Ｆ６计划
低。Ｆ６计划的设计目标是实现自主、安全、
成功，那么美国将能够使用私营公司的小型
自防护编队导航，具有虚拟对接和队形变换
运载火箭把具备传统大卫星功能的星群发射
的功能，在部分模块失效和遭受敌方攻击
人轨，利用小型运载火箭快速和机动发射的
时，系统具有快速重构编队的能力。 特性来提高太空系统的快速响应能力。
４ 《国际太空》２００８年５月号
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口口武装交战是最艰苦、最危险的战争模
已成为战场官兵作战的重要因素。
式，因而历来是战略家关注的重点。以往这
然而，“太空力量”一词对于已多元化
类交战总是按“力量”（Ｐｏｗｅｒ）的军事战略
的国家太空利益和活动来说，并不合适。在
背景来区分，例如海上力量（Ｓｅａ Ｐｏｗｅｒ）
许多国家，太空活动攸关外交、信息、军事
战略和空中力量（Ａｉｒ Ｐｏｗｅｒ）战略。因此， 和经济利益，因此太空战略应远远超出军
当战略家运筹出入太空的军事行动时，就不
事的视野。当今存在的普遍现象是把太空
免从“太空力量”（Ｓｐａｃｅ Ｐｏｗｅｒ）的角度来
战略定位在纯军事力量上，导致作战者片
思维。以太空为载体的技术在美国国家安全
面重视进攻战略及进攻性武器系统的作
战略中起着极为关键的作用，太空力量确实 用。如果用海洋战略的思路来考虑问题，
・
降低成本与风险采用分模块发射
太阳电池翼分离，从而提高响应的快速性
后，即使发射失败也只损失一小部分，不 与机动能力；其次，在敌方发起攻击时，
会产生过于严重的影响，从而大大降低成
目标特征最明显的太阳电池翼仍然按原轨道
本和风险。
运行，这样能够极大地迷惑敌方太空监视系
・
航天器功能转化 当太空任务或业
统；最后，可以在战时把普通载荷模块快速
务需求有变化时，不需要再发射新型航天
替换为攻击模块，让敌方难以察觉。
器，只需要发射有效载荷模块对在轨系统
＾ 基
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●
叠
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的功能进行快速转化、扩展或者升级。这
ｆ
６ 结束语
样能极大增强太空系统的在轨部署能力，
ｌ＿豢ｌ ｌｌ一 誉
：
Ｆ６计划卫星系统在功能上等同于一
最大程度地发挥系统的综合效益。
颗大卫星，其实质是把一个航天器的质量
・
增强卫星的防御能力 面对自然或
和故障风险分解到多个功能模块，是卫星
人为的太空威胁，当某一模块受到损坏
技术的革命性发展方向。美国从２００７年
时，通过快速补充发射模块可迅速恢复太
开始大力推进Ｆ６计划的发展，加快分离
空力量，提高系统的生存能力。
模块重组技术的突破与演示试验。Ｆ６计
・
能与反卫星技术结合使用 Ｆ６计
划试验的技术无论在军用、民用还是商业
划试验的分离模块重组技术也能用于反卫
领域都有巨大的应用前景，若获得成功，
星领域。首先，反卫星武器需要具备快速
将使整个航天产业和太空对抗方式发生重
机动与响应能力，但是传统航天器的太阳
大改变。■
电池翼尺寸较大，不利于机动，而采用
！墨勤 ！
“分离模块航天器”概念可使攻击模块与
收稿日期：２００８—０３—０９
《国际太空》２００８年５月号
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