航天技术在军事上的应用
(一)军事航天运输系统
航天运输系统最基本的是运载火箭,可为太空战运载装备,向太空运送军用卫星、军用载人飞船、军用空间探测器等军用航天器。具有代表性的运载火箭有三种。第一种是美国的大力神4B型运载火箭。这是美国国防部发射大型军用载荷的主力火箭,主要发射大型军用侦察卫星、电子情报卫星、导弹预警卫星。起飞推力1 512吨,低轨运载能力21.55吨;第二种是俄罗斯的“能源号”运载火箭。它是世界上推力最大的火箭,起飞推力3 483吨,低轨运载能力105吨;第三种是中国的“长征二号E”型运载火箭。这是科研人员仅用1年半时间就研制成功的中国第一种捆绑式运载火箭,低轨运载能力为9.2吨。目前,我国的长征系列火箭已经发展到“长征六号”。
(二)军事载人航天系统
主要有载人飞船、空间站、航天飞机和正在研制中的空天飞机。四种载人航天器在军事应用上有共同点,也有不同点。
1.航天飞机
航天飞机是往返于地球表面和近地轨道之间,运送有效载荷的新型宇宙飞行器。主要由轨道器、固体火箭助推器、外挂式燃料贮箱组成。
轨道器就是我们通常所说的航天飞机,它是航天飞机的主体,也是航天员乘坐和运送货物的航天设施,理论上可重复使用100次。由前、中、后三段以机翼、尾翼等组成。前段是载人的座舱,分上、中、下三层,上层为驾驶舱,中层为生活舱,下层为设备舱。中段主要部分是大型货舱,主要用途是携带各种有效载荷进入太空。后段是动力舱,内装三台主发动机,两台轨道机动发动机。主发动机是提供航天飞机从地面进入太空所需动力使用的,轨道机动发动机是为航天飞机在太空轨道上执行机动飞行任务时提供推力的动力设施。
固体火箭助推器是把航天飞机送入太空的辅助力量,它在把轨道器送到距地表50千米的高度后,自动分离,依靠降落伞降落在海面上,由专业人员进行回收。理论上可重复使用20次。
外挂式燃料贮箱是为轨道器主发动机存储推进剂的设备,它在将轨道器送入距地表100千米的高度后脱离轨道器。
美国是目前世界上唯一拥有实用型航天飞机的国家,它先后制造了5架实用型航天飞机。它们分别是“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号。其中“挑战者”“哥伦比亚”号航天飞机分别于1986年1月和2003年1月失事。前苏联也曾经研制了一架名为“暴风雪”号的航天飞机,并于1988年11月15日成功地进行了不载人试验飞行。
2.载人飞船
载人飞船是保证航天员在空间轨道上生活和工作,执行载人航天任务并可返回地面的航天器。同时,它也是一种最小的载人航天器。除了具备航天飞机在军事上的应用外,它在军事应用上的独特之处在于:一是能与空间站对接后进行联合飞行,成为太空基地的组成部分;二是作为太空军事基地的轨道救生艇。中国的“神舟”号系列飞船就是一种典型的载人飞船,进行过多次载人飞行。
3.空天飞机
空天飞机是军用航天飞机的简称,也叫跨大气层飞行器,是集航空技术和航天技术于一身,同时具有航空与航天两种功能的新型军用飞机。其与航天飞机相比有五大不同点:一是天地往返更为便捷;二是能在大气层和太空两个环境飞行;三是运载能力更大,运载能力达到60吨以上;四是运输费用更低,可降到一般航天飞机的十分之一甚至是百分之一,并可重复使用;五是一种综合性的空天武器系统,可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用,能够从空间轨道上向地球任何地方发射导弹并返回地面,整个过程仅需约90分钟。有人预言:未来只要用4架空天飞机组成的航天机群就可以覆盖全球,足以完成对地球任何地方的军事行动,包括毁灭性的核打击。因此,空天飞机将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。目前美国已经完成了X-37B型空天飞机的试飞。
4.空间站
空间站又称为轨道站或航天站,是具备一定试验或生产条件的,可供航天员生活和工作、长期运行的大型人造地球卫星。对于军事应用而言,与航天飞机相比,它还是一艘不落的“航天母舰”,是建立在外层空间的军事基地。目前,由美、俄、日、加和欧洲空间局的12个成员国共同筹建的国际空间站已经投入使用,它是世界航天史上第一个由多国合作建造的最大的空间工程。
(三)军事卫星系统
军事卫星是以军事意图为目的的各种人造地球卫星的统称,是太空航天器中最多的一类,约占世界各国航天器发射数量的2/3以上。军事卫星系统主要有军事侦察(探测)卫星、导航卫星、测地卫星、气象卫星、导弹预警卫星等,构成了今天完整的军事卫星体系。
军事侦察卫星是发展最早、数量最多、应用最广的一种军事卫星。由于在侦察系统技术中对侦察类卫星已作介绍,这里仅介绍其他卫星。
导航卫星是通过发射无线电信号,为空中、地面、空间和海洋用户进行导航定位的人造地球卫星。它作为一定范围内的位置基准和时间基准,可以为联合作战中各军兵种部队提供连续、实时、全球性的定位、导航、武器制导和授时服务,从而极大地提高了部队的作战效能。目前,世界上已经建成的卫星导航定位系统主要有美国的“GPS”系统和俄罗斯的“格洛纳斯”系统。正在建设的有欧洲空间局的“伽利略”系统和中国的“北斗”卫星导航系统。
1.GPS系统
GPS系统即美军的全球卫星导航定位系统。美国军方于1973 年开始研制与部署,1994年建成。它由28颗卫星所组成,其中4颗作为预备,正常运行的只有24颗卫星。它的军用定位精度优于10米(指的是军用信号)。
2.“格洛纳斯”(GLONASS)系统
“格洛纳斯”系统是俄罗斯于1995年建成的全球卫星导航定位系统。这个系统的定位精度较之于美国的“GPS”系统稍差一点,精度误差30~100米。
3.“伽利略”系统
“伽利略”系统是欧洲空间局正在加紧建设“伽利略”全球卫星定位系统。伽利略系统将由30颗卫星组成,卫星均匀地分布在高度约为2.3万千米的3个轨道面上。据外电报道:该系统的定位精度比美国的GPS全球定位系统还要精确。它的建设,将彻底打破卫星导航领域长期以来由美、俄垄断的局面。
4.中国“北斗”卫星导航系统
中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统。是继美国全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯全球卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度20米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。到2016年3月,北斗共发射了22颗星,其中有4颗初期发射的卫星失效或停止工作,正常工作的有18颗星。目前,北斗卫星系统已经对亚洲地区实现全覆盖。
2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件。到2020年,中国将建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。可以预见,北斗卫星导航系统的建成,将进一步拓展我军导航及精确制导手段和方式,为实现强国梦和强军梦提供有力保障。