1、第33 卷 第10 期 四 川 兵 工 学 报 2012 年10月收稿日期 : 2012 08 31作者简介 : 杨小川 ( 1986) ， 男 ， 硕士 ， 主要从事作战指挥研究 。【后勤保障与装备管理 】在轨模块更换军事需求分析杨小川，张海波，王江涛( 装备学院 研究生管理大队 ， 北京 101416)摘要 : 在轨模块更换是在轨服务技术的一项重要应用 。根据在轨模块更换的军事需求 ， 从作战目的 、作战任务 、作战能力 、作战应用等方面进行了分析 ， 为在轨模块更换在未来空间任务中的应用提供了理论参考 。关键词 : 在轨模块更换 ; 军事需求 ; 在轨服务中图分类号 : V41241 文
2、献标识码 : A 文章编号 : 1006 0707( 2012) 10 0055 02联合作战是世界军事发展的必然趋势 ， 目前空间力量在军事力量结构中比重不断上升 ， 拥有制天权就意味着占领整个战场的制高点 。在轨模块更换作为一项重要的空间任务 ，能延长和增加航天器使用寿命 、降低航天器使用成本 ， 并增强航天器对作战需求变化及新技术应用的快速响应能力 ， 从而增加空间系统的灵活性和航天器应用的适应性 。除提供在轨维护及替换目标星的落后技术能力之外 ， 服务卫星甚至还可以用作反卫星武器 。一般来讲 ， 在轨模块更换是指在轨道上为航天器提供近距离观察与检查 、推进剂加注与能量补充 、技术与功能
3、升级和更新 、故障检修与维修 、元部件更换 、轨道与姿态重置 、在轨装配与重构等服务活动 ， 广义上还包括对非合作目标所搭载的模块实施功能破坏与技术限制 。1 在轨模块更换的作战目的11 延长装备使用寿命在轨运行的航天器寿命有限 ， 当燃料消耗殆尽或系统出现故障 ， 航天器就会失去使用价值 ， 成为太空垃圾 。有效的在轨模块更换任务能对在轨航天器进行定期的燃料加注 、系统维护和及时的故障排除 ， 延长在轨航天器的使用寿命 。尤其在作战过程中 ， 快速有效的燃料加注和在轨维修 ， 能增加在轨航天器执行任务的稳定性 ， 更有利于持久作战和快速打击 。12 增强信息支援能力空间力量在联合作战中 ，
4、承担着大量的侦察监视 、情报获取和信息传输任务 。当其中一项或几项支援任务强度急需增加来适应局势时 ， 地面应急发射同类型航天器已无法跟上作战节奏 。有效的在轨模块更换任务能对在轨航天器进行系统升级和功能替换 ， 更新现有系统从而提升系统稳定性 ， 更新功能模块从而提高任务时效性 ， 或者替换不同功能的模块 ， 以满足当前任务需求 ， 更及时地顺应战争局势 ， 投入应急作战 。13 提升空间攻防能力空间环境的特殊性对在轨航天器的各项性能提出了更高要求 ， 其中攻防能力尤为重要 。现有的在轨航天器无法满足作战需求 ， 要在轨运行新型空间攻防系统 ， 需要重新装配重新发射 ， 耗资大 ， 周期长
5、。有效的在轨模块更换任务既能对友方航天器进行攻防模块增补 ， 又能对已有的攻击模块提供火力补充 ， 或对已有的防御模块实施加固升级 ， 甚至对敌方航天器实施破坏性操作 ， 以满足当前的作战要求 ， 合理利用资源 ， 节省时间 ， 提高安全性 ， 更全面地保障作战 。2 在轨模块更换的空间任务21 友方航天器模块在轨更换对友方航天器模块在轨更换的目的在于保持或提高航天器运载器和有效载荷的作战能力 ， 执行的具体任务如下 。1) 维护维护指对目标航天器进行日常的检查和保养工作 ， 包括在轨更换寿命到期的模块 ， 在轨去除污染物 ， 在轨维护检查并排除在轨航天器存在的隐患 ， 改善其工作性能 ， 保
6、证在轨航天器在战前处于良好的工作状态 ， 提高其稳定性 。2) 升级升级指对目标航天器进行的软硬件替换或升级工作 ， 包括不同功能模块的替换和系统或功能模块的升级 。在轨升级可以使最新技术得到及时的作战应用 ， 并根据作战任务需要不断改善系统性能 ， 及时改变作战功能 ， 扩展其执行军事任务的能力 。3) 补给补给指对目标航天器进行消耗品和消费品的补充 。消耗品是日常工作所消耗的物质 ， 包括电力 、推进剂 、高压气体 、胶片等 ; 消费品是执行特定任务所消耗的物质 ， 包括空间武器的火力弹药等 。在轨补给可以延长目标航天器的使用寿命和工作时间 ， 提高其机动能力和作战能力 。4) 维修维修指
7、对目标航天器进行故障的排除 ， 包括系统修复 、表面修补 、故障模块更换 。在轨维修不仅可以减少发射前的测试次数 ， 提高按需发射的能力 ， 而且还可以降低对航天器可靠性的要求 ， 减低研发成本 ， 缩短研发周期 。22 敌方航天器模块在轨更换对敌方航天器模块在轨更换的目的在于干扰或破坏航天器运载器和有效载荷的作战能力 ， 执行的具体任务如下 。1) 干扰干扰指对目标航天器实施非致命性毁伤 ， 包括无效模块插入 、表面污染等 。干扰虽然不会使航天器完全失去功能 ，但可以通过简单操作改变其运行轨道或污染表面涂层和镜头等方式 ， 降低航天器的作战能力 。2) 破坏破坏指对目标航天器实施致命性毁伤
8、， 包括模块降级 、模块破坏 、模块移除等 。根据作战需求 ， 综合分析任务所要达到的效果和所需时间 ， 可以实施不同层次的破坏任务 ， 通过对航天器进行程序攻击和物理操作 ， 可以使航天器失去作战能力 。3) 分解分解指对目标航天器各部位进行物理拆卸 ， 使航天器完全损坏 ， 并大幅度降低其可修复性 。分解对机械臂操作精度要求相对较低 ， 破坏比较彻底 ， 但对空间的污染较为严重 。3 在轨模块更换的作战能力31 空间机动能力空间机动能力是执行作战任务的基础 ， 快速准确切入战场 ， 能为作战任务取得时间与空间的优势 。尤其是在轨模块更换需要实现服务航天器与目标航天器的物理接触 ， 对空间机
9、动的快速性和准确性提出了更高的要求 。空间机动主要包括轨道转移 、交会对接 、绕飞伴飞 ， 应用的相关技术有空间目标识别 、跟踪与测量技术 ， 轨道机动技术 ， 交会对接与绕飞伴飞技术等 。32 空间防护能力空间防护能力是实行作战任务的前提 ， 保证持续在轨运行 ， 有效减少作战损耗 ， 能为作战任务筑牢基础 。空间环境复杂多变 ， 执行作战任务过程中不仅要防范敌方的有效攻击 ， 还要规避空间碎片的撞击破坏 。空间防护所应用的相关技术主要是自主管理技术 。33 综合保障能力综合保障能力是实行作战任务的主体 ， 决定着作战任务的完成效果 。在轨模块更换的综合保障能力又可分为作战保障能力 、后勤保
10、障能力和技术保障能力 。作战保障能力包括对敌干扰 、破坏和分解 ; 后勤保障能力包括在轨加注和在轨补给 ; 技术保障能力包括在轨维护 、维修 、升级 。应用的相关技术有机械臂技术 ， 遥操作技术 ， 可替换模块设计技术 ， 先进星务管理技术等 。4 基于空间平台的作战运用41 基于空间平台的在轨发射与回收从作战的时效性来看 ， 在空间平台应急发射服务航天器来执行在轨模块更换任务 ， 具有相当大的优势 。根据当前任务需求 ， 在轨发射服务航天器 ， 从组装测试到完成任务 ， 耗时短 ， 安全性高 ， 更能适应复杂多变的战场环境 。另外 ， 基于空间平台的大运载力的特点 ， 服务航天器在完成任务后
11、 ， 返回空间平台待命 ， 根据下一步任务需求重新加注燃料并装载模块 ， 继续投入后续任务 ， 这种大幅缩短周期 、有效利用资源的优点也是前 2 种方案所不具备的 。42 基于空间平台的小型单元编队从空间任务的灵活性来看 ， 在服务航天器小型化的基础上 ， 根据作战任务进行合理编队 ， 更能有效应对不同强度下多任务的作战样式 。随着作战形势加剧 ， 单个服务航天器的单个在轨模块更换任务显然无法满足要求 ， 即便是轮流操作 ， 一旦服务航天器的有效载荷或自身系统出现故障 ， 也会影响作战的顺利进行 。小型单元编队主要包括以下形式 。1) 重要任务的多备份编队在作战强度较高的情况下 ， 针对单个重
12、要作战任务 ， 将携带同类型模块的服务航天器编队执行任务 ， 即使其中部分服务航天器遭到破坏 ， 也能补充其他航天器继续执行任务 ，提高作战任务的完成质量 。2) 复杂任务的多类型编队在作战耗时较长的情况下 ， 针对多个复杂作战任务 ， 将携带不同类型模块的服务航天器编队执行任务 ， 能同时进行不同操作 ， 如在轨补给和在轨维修 ， 缩短任务耗时 ， 提高作战任务的完成速度 。3) 大范围任务的体系化编队在作战范围较大的情况下 ， 针对不同区域作战任务 ， 根据各区域的作战任务需求 ， 综合上述 2 种编队方案 ， 对服务航天器的编队进行合理调配 ， 分别执行任务 ， 减少耗时耗资 ，提高作战
13、任务的完成效率 。43 基于空间平台的体系化任务从空间任务的全局性来看 ， 基于空间平台的体系化任务 ， 是针对空间环境下的体系作战需要 ， 以作战任务的整体效能为目标 ， 以任务资源统一管理为前提 ， 以任务单元体系化编队为机制的作战任务模式 。这种体系化任务模式主要包括以下方面 。1) 任务对象整体分析对任务对象进行整体分析 ， 将双方的空间力量和当前作战形势展开横向和纵向剖析 ， 为指挥者和指挥机构快速准确做出决策提供合理依据 ， 这是执行体系化任务的前提 。2) 任务主体统一管理对任务主体实行统一管理 ， 将服务航天器和可替换模块统一保存于空间平台 ， 任务过程中对各部件 ( 下转第
14、60 页 )65 四川兵工学报 http: / /scbg jourserv com/第 2 类危险源 :B2= A2 R2= ( 0388 0319 0 0293 0)第 3 类危险源 :B3= A3 R3= ( 0 088 009 003 0)进行模糊综合评价 :B = A R = ( 0106 026 0634)0666 5 0333 5 0 0 00388 0319 0 0293 00 088 009 0 03 0=( 0172 0558 0057 0095 0)由评价结果 B 可知 ， 该军工企业混药工序隶属于 “安全 、较安全 、一般安全 、危险 、很危险 ”的隶属度为 “0 17
15、2、0 558、0057、0095、0”。根据最大隶属度原则 ， 该军工企业混药工序属于较安全级 。根据该军工企业的实际情况来看 ， 混药工序无论从人员的操作技能及设备的本质安全程度 ， 还是领导对安全的重视程度 ， 都做得相对比较到位 ， 所以自建厂以来从未发生过混药工序炸药燃爆事故 ， 但也不可掉以轻心 ， 企业应加强混药间门与设备的安全联锁 、混药机接地 、事故应急救援预案的演练等方面的检查和管理 。4 结束语采用模糊综合评价方法对混药工序炸药燃爆事故进行评价 ， 与企业实际相结合 ， 可操作性强 ， 评价效果好 ， 可在军工企业混药工序安全评价中广泛应用 。模糊综合评价方法是一种可对难
16、以定量的多因素体系做出定量评价的方法 ， 可将定性问题以及人们对问题的主观判断用数量形式表达出来 ， 并进行模糊运算处理 。他在一定程度上减少了人的主观错误 。在进行模糊综合评价时 ， 所选取的隶属度 、隶属函数 、指标的权重对研究者经验具有一定的依赖性 ， 还需寻求更好的方法来准确客观地确定隶属度 ， 希望在这些方面能进行更深 、更细致的研究 ， 以便于得到更客观公正的评价结果 。参考文献 :1 田水承，李红霞关于危险源及第三类危险源的几点浅见安全科学理论与实践M北京:北京理工大学出版社，2005:11 152 田水承，李红霞煤矿应建立向事故学习的制度J中国煤炭，2002，28(1):47
17、483 王焘 基于危险源理论的采煤工作面风险评价研究D西安:西安科技大学，20084 WJ26372005，兵器行业弹箭生产安全评价S5 黄鑫，陈桂明，游园模糊综合评判法在能力评价中的应用J四川兵工学报，2010(7):135 136( 责任编辑 鲁 进檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶)( 上接第 56 页 ) 统一调用 ， 任务完成后对各部件统一回收 ， 以此提高整个体系的恢复能力 ， 这是执行体系化任务的基础 。3) 任务模式总体设计对任务模式进行总体设计 ， 在任务单元体系化编队的基础上 ， 根据作战任务的要求 ， 对普通服务航
18、天器和小型服务航天器 、单个服务航天器和服务航天器进行合理调配 ， 从横向的空间域和纵向的时间域上对任务模式统筹规划 ， 构建网络化任务模式 ， 这是执行体系化任务的核心 。5 结束语本文基于在轨模块更换的作战目的 ， 对其作战任务进行细化 ， 并对其作战能力进行了深入分析 ， 提出了可行的作战应用类型 。通过军事需求分析可以得出 ， 在轨模块更换在未来联合作战条件下的作战任务中能够发挥重要作用 ， 在下一步的航天发展进程中 ， 开展相关的在轨实验 ， 对其进行在轨验证 ， 具有重要的军事意义 。参考文献 :1 梁斌，杜晓东，李成非合作航天器在轨服务研究现状与发展趋势J863航天航空技术，20
19、11(8):35 372 李岩，蔡元文，崔晓阳在轨服务飞行器总体技术分析J兵工自动化，2011(4):1 43 林永健，谭春林，刘育强空间平台能力发展趋势分析J航天器工程，2011(3):72 774 余世水国外空间站发展历程J航天飞行控制技术，2011(4):47 495 魏成立基于信息系统体系作战的通信兵作战运用基本问题研究J通信兵发展战略，2011(3):83 866 王凯，孙万国武器装备军事需求论证M北京:国防工业出版社，20087 陈小前，袁建平，姚雯，等航天器在轨服务技术M北京:中国导航出版社，2009( 责任编辑 鲁 进)06 四川兵工学报 http: / /scbg jourserv com/
