2024年世界航天装备发展研究|卫星|发射场|太空|导弹|火箭|航天器|航天装备|飞船

作者 | 冲天火

2024年，多型大型运载火箭取得突破，运载火箭新动力、新材料不断涌现；军用卫星继续升级换代，人工智能赋能侦察、通信、导航、预警等领域卫星及其应用取得新进展；激光通信、混合卫星通信技术发展迅猛，将对未来卫星的研制与应用产生重大影响；美国重点推进太空态势感知与管制技术发展；美国、法国等军事强国进行多次太空演习演练，加速太空能力的实战化运用。

运载技术不断取得新突破

2024年，美国、俄罗斯、欧洲、日本等新一代大中型运载火箭进展顺利，可重复使用航天器成为新热点；印度、韩国、巴西等国家稳步推进自主运载火箭研发；运载火箭新材料、新工艺、新方案不断涌现。

多型新一代大中型运载火箭研发取得突破，可重复使用航天器成为新热点

2月，美军与太空探索技术公司合作建设数百座发射塔架。每年支撑SpaceX公司“星舰”飞船数千次飞行，单艘“星舰”飞船的价格约为400万～1000万美元，运输成本为每小时80万美元。3月，美空军推进“货运火箭”实验再补给项目。该项目初衷为从一个地球基地向另一个地球基地投射军事装备，未来可能用于印太战区，或可用于将货物定期运送到太空前哨站、往返于空间站。“超重-星船”第三次试飞实现主要预定目标。为后续快速发展提供参考数据。美国家航空航天局与欧洲航天局均对此次试飞给予认可。5月，美国大熊座公司完成新型液体火箭发动机地面试验。该发动机的推力调节范围较大，可利用仅为最大推力10%以下的低推力工作，可用于飞行器的变轨等动作。6月，美波音公司“星际客机”飞船搭乘“宇宙神”-5运载火箭完成载人首飞。该飞船最多可容纳7名宇航员，能够在国际空间站停留长达7个月，支持重复使用10次。7月，美国“大力神”5火箭完成最后发射任务。美联合发射联盟在卡那维拉尔角使用其最后1枚“大力神”5火箭完成美太空军USSF-51发射任务，将载荷送至同步轨道。

“超重-星船”重复使用太空运输系统发射图

俄罗斯重型火箭首次从东方发射场成功发射，验证技战术指标及适应性

4月，俄罗斯“安加拉”-A5重型火箭首次从远东地区东方发射场A1号发射台升空。此次发射是“安加拉”-A5火箭的第4次发射试验，旨在验证火箭的技术指标及其与新建地面发射系统的匹配性，以及测试猎户座新型上面级的性能。

欧洲“阿里安”-6火箭推迟数年后首次发射成功，探索开发可重复使用两级火箭

7月，欧洲制造的“阿里安”-6火箭从法属圭亚那库鲁发射场首次发射。由于技术问题、新冠疫情、乌克兰危机等一系列因素干扰，“阿里安”-6火箭首飞已推迟数年。10月，英国初创公司开发完全可重复使用两级火箭。该火箭可将约360千克的载荷送入近地轨道，预计在2027年底进行测试发射。

日本新一代主力火箭首次发射成功，印度、韩国、巴西等国家稳步推进运载技术发展

1月，印度空间研究组织成功完成核动力火箭第一阶段测试，主要研究了钚238和锶-90两种同位素，计划下一步开展100W模型的测试。2月，日本首次成功发射H3新一代主力火箭。H3是由JAXA和三菱重工共同研发的一次性使用火箭，其一子级发动机能提供大推力，可能成为具有成本效益的火箭，降低探索太阳系的成本。9月，韩国发布可重复使用火箭计划。计划到2030年代中期，将研发一型部分可重复使用火箭，将低地球轨道效载荷发射成本降至每千克1000美元以下，远低于SpaceX公司“猎鹰”-9每千克6000美元的发射成本。12月，巴西空军试射VS-30亚轨道火箭。VS-30是一枚单级固体推进亚轨道火箭，可将330千克的有效载荷送至160千米高空。

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重点发展核推进、低成本混合固体发动机、石墨环氧树脂发动机等新技术，旋转爆震火箭发动机取得突破

1月，NASA“旋转爆震火箭发动机”成功进行最长时间测试。该发动机采用基于再生冷却技术的旋转爆震火箭发动机结构，成功进行了4分钟的热火测试，而大多数同类发动机测试仅持续1～2秒。诺斯罗普·格鲁曼公司GEM 63XL超长固体火箭发动机取得进展。该公司将GEM 63XL作为单件制造和铸造，通过减少接头、硬件和整体质量，使电机更加可靠和高效。4月，洛马公司大力开发核推进技术组合。预计到2030年可能达到初始运行能力。该技术一旦成熟，将在军事太空行动中发挥关键作用，尤其是在太空维修、机动性和与后勤任务方面。6月，美国家航空航天局推出低成本混合火箭发动机试验台。新型试验台具有可变流量能力和20秒连续燃烧持续时间，该平台将为工程师提供低成本且高效的测试环境，增强美火箭研发能力。

美国NASA旋转爆震发动机示意图

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发展新型轻质、耐高温、抗冲击复合材料，新型生产工艺不断取得突破

5月，美国国家航空航天局授权4家增材制造企业生产制造先进高温合金材料。该材料代表了一种新的合金设计和制造工艺，由NASA通过计算机建模和3D激光打印工艺将金属逐层融合研制而成，能够承受2000华氏度以上高温，可用于制造液体火箭发动机喷油器、燃烧器和涡轮机等航空航天零部件。8月，诺斯罗普·格鲁曼公司采用模块化工具制造大型固体火箭发动机壳体。制造该大型复合材料固体火箭发动机壳体的先进设备和硬件为模块化心轴工具，其可灵活调整形状和尺寸，适应不同长度和直径壳体的制造。这是首次在大型固体火箭发动机上应用模块化工具，可将固体火箭发动机的研发成本和交付时间减少50%以上。美国火箭实验室公司装配先进碳复合制造系统。该机器可以100米/分的速度铺设连续的碳纤维复合材料，跨度可达30米，且装备自动实时检测系统，可识别出复合材料中的微小缺陷，并在后续层铺设前及时通知操作员，极大提升火箭碳复合材料结构生产能力。

诺斯罗普·格鲁曼公司展出的固体火箭发动机年度技术演示器

天基侦察能力不断升级完善

2024年，美国重点推进扩散型架构建设，首次任务进展顺利，年内4批“情监侦架构”卫星发射升空，重视利用商业卫星补强天基侦察能力；英国部署首颗“堤喀”（Tyche）侦察卫星，日本两次发射“情报收集卫星-雷达”-8光学侦察卫星。

美重点推进扩散型架构建设，还利用商业卫星补强天基侦察能力

5月，美国国家侦察局成功发射NROL-146侦察卫星。美国国家侦察局在加利福尼亚州范登堡太空部队基地成功发射一组侦察卫星。本次发射为美国国家侦察局扩散型架构的首次任务，该架构具有响应式收集、数据快速传输功能。美国国家侦察局概述商业卫星成像技术发展计划。该计划包含一种具有“开放式滚动环境”特性的新型平台，将兼容不限于任何单一类型的图像，标志着国家侦察局传统的采办方式转变为更加专注于特定类型的图像。10月，太空探索技术公司为美国国家侦察局发射“情监侦架构”的第4批卫星。本次任务是国家侦察局“情监侦架构”的第4次发射，该架构的侦察卫星旨在实现对敌方目标的近实时跟踪，以支持军事行动。

英太空司令部部署首颗军用侦察监视卫星，增强情报、监视与侦察能力

8月，英国首颗“堤喀”（Tyche）军用侦察监视卫星搭乘“猎鹰”-9火箭入轨，预计将增强其情报、监视与侦察（ISR）能力。该卫星配备高分辨率光学有效载荷，可提供分辨率优于1米的实时图像，并具有星间链路和星载数据处理能力。

日本两次发射“情报收集卫星”-8光学侦察卫星，加快在轨监视能力建设

1月、9月，日本分别使用三菱重工H2A火箭，在日本西南部的种子岛航天中心发射升空了一颗IGS-Optical 8光学侦察卫星，两颗卫星进入高度为500千米的大致圆形太阳同步轨道，可用于跟踪朝鲜军事活动，也可用于监测自然灾害等，旨在增强该国的遥感能力。

韩国首颗侦察卫星通过作战适应性评估，建设独立自主的天基侦察能力

8月，韩国2023年12月发射的首颗国产军事侦察卫星在太空环境中进行了作战和太空轨道飞行测试，并通过韩国防部作战适应性评估，增强了韩国应对朝鲜威胁的太空侦察能力。韩国计划到2025年发射5颗侦察卫星以建立一个独立的军事侦察卫星网络，完成部署后，韩国预计将以大约2小时的间隔提供定期覆盖。

多项天基通信技术取得新进展

2024年，美国持续完善天基通信网络覆盖，重点发展手机直连卫星能力；欧洲探索利用激光通信、人工智能等技术发展在轨信息高速传输处理能力；混合卫星通信、实时视频流传输技术取得新突破，平流层通信技术得到验证。

美国持续完善天基通信网络覆盖，重点发展手机直连卫星能力

1月，美国太空探索技术公司成功发射首批6颗智能手机直连“星链”卫星。由于“星链”卫星实现了星间激光链路功能，手机直连卫星将具备提供全球任何地区、任何时段手机接入的能力。按计划，该公司将自2025年开始推出语音及数据服务，同时开通支持通用LTE标准的物联网接入服务。3月，美太空探索技术公司获批E波段频谱使用权以增强“星链”宽带能力。使用E频段频谱进行回程，将使“星链”第二代卫星的容量比早期迭代卫星高出约4倍。5月，美国太空军完成“增强型极地系统-后继”计划中2颗军用卫星通信有效载荷的测试。“增强型极地系统-后继”计划旨在为北极用户提供安全通信能力，并支持国防战略的一体化威慑目标。8月，美联邦通信委员会批准“星链”第一代卫星升级计划。根据修改后的许可证，第一代卫星可加装第二代卫星开发的先进波束成形和数字处理设备，通过先进波束成形技术实现将信号更窄、更集中地传至地面站，显著提升带宽容量与通信速率。

欧洲探索利用激光通信、人工智能等技术发展在轨信息高速传输处理能力

6月，欧洲卫星公司成功演示多轨道、多频段近地轨道中继服务。通过这种端到端测试和能力演示，可使低地球轨道中继系统服务成功演示完整的数据流，数据测量结果验证了其多频段商业空间中继服务，为下一步的飞行演示以及未来推出运营服务产品奠定了基础。9月，苏黎世研究人员利用等离子体调制器验证高速空间通信技术。研究人员成功使用等离子体调制器在53公里的自由空间光链路上实现了高达424Gbit/s的数据传输速率，这种进步为通过空气或空间传输数据的高速光纤通信链路奠定了基础。11月，德国与西班牙公司合作利用先进低轨星座提供海上全球、低时延、高速通信能力。该星座能够提供数千兆位的双向链路，有效支撑广播、组播以及全球企业网络需求，确保从偏远海洋位置到城市中心进行持续和安全通信。

混合卫星通信、实时视频流传输技术取得新突破，平流层通信技术得到验证

9月，诺斯罗普·格鲁曼公司在美国空军研究实验室成功完成了新型混合卫星通信系统的首次空中演示。通过地球同步轨道的ViaSat-3 F1卫星，该系统实现了与Ku频段的商业低地球轨道通信供应商以及与Ka频段Viasat的无缝连接，展现了其在通信多样性方面的优势，并验证了在不同星座和轨道之间快速切换时的弹性和稳定性。网状微粒公司首次通过移动用户目标系统战术卫星网络进行实时视频流传输。此次演示与美国陆军的实战训练演习相结合，在带宽受限的情况下，通过加密的移动用户目标系统，进行了静态、动态场景下的“完整点对点、实时全动态”的视频会话，实现了低延迟、高清晰度的视频画质。

大力发展复杂对抗环境下的导航能力

2024年，美国重点利用商业航天、初创企业等资源，探索发展GPS拒止环境下的导弹方案。欧洲探索量子导航等新技术，发展自主的导弹能力。

美国重点发展GPS拒止环境下的导航方案，着力增强导弹系统弹性

7月，美国“顶石”卫星成功测试地月自主定位导航能力。“顶石”卫星约微波炉大小，硬件方面，配备芯片级原子钟，可确定航天器的时空坐标，同时搭载计算机，支持星上软件自主运行。8月，美国在全球卫星导航系统拒止环境中测试人工智能导航能力。试验中，该系统利用计算机视觉和人工智能技术，实现了在全球卫星导航系统拒止环境中对无人机的精度可靠导航。澳国防部联合定位、导航和授时局与美太空司令部联合导航战中心合作试验了“国防先进GPS接收机”（DAGR），评估其在模拟干扰条件下的性能，提高在竞争环境中的恢复能力。

欧洲大力发展独立自主的导弹技术，探索量子导航等新技术

2月，英国海军测试量子导航技术。英国海军首席技术官办公室联合伯明翰大学、国防科学与技术实验室等机构在“赫斯特角”号货船上完成量子加速度计海试。通过本次试验，研究人员评估了船舶振动、移动、加速对量子加速度计的影响，进一步推动量子导航技术走向成熟。英国BAE系统公司军码全球卫星导航系统完成关键设计评审。“军用GPS用户设备微型串行接口”增量2项目将增强安全性和军码技术性能，并易于过渡到BAE系统公司的军码GPS接收器。

碎片清理、在轨操作等技术

不断取得新突破

2024年，美国、欧洲、日本等国家纷纷发展太空碎片分析工具以及在轨碎片清理工具。

美初创公司开发星载太空碎片碰撞分析框架，增强航天器实时自主防御能力

5月，美空军创新工场授予斯科特太空（Scout Space）公司小企业创新研究第一阶段合同，开发一个星载碰撞分析框架，探测、跟踪、识别太空碎片以避免碰撞，增强航天器实时自主防御能力，提高太空安全和作战效能。

欧洲联合发展太空碎片清除与在轨服务项目，确保太空资产安全

8月，瑞士和英国两公司合作提升动态在轨服务能力。清洁太空公司将在自身在轨操作服务解决方案中，加入普莱克斯泰斯公司的雷达系统技术方案，使用创新毫米波雷达技术为在轨精细操作提供导航支持，其功耗只有其他雷达传感器的1/2，重量只有1/3。9月，欧洲航天局资助开发用于太空碎片清除和在轨服务项目。罗马尼亚阿罗布斯集团旗下的阿罗布斯波兰卡和阿罗布斯工程两个团队启动了“近距离操作控制单元开发与验证”项目，聚焦近距离操作的通用、可重复使用技术开发，有望降低成本并提高效率。

稳步推进太空态势感知与管制能力

2024年，美国通过统一数据库、利用商业公司力量、研发新型卫星星座等方式，提升太空态势感知能力；英国和加拿大合作利用“红翼”卫星执行太空域感知任务，提升南极上空区域的监测能力。

美国通过统一数据库、利用商业公司力量、研发新型卫星星座等方式，提升太空态势感知能力

6月，美太空部队推进统一数据库集成计划以增强太空态势感知能力。未来的太空部队指挥控制架构将与“统一数据库”集成，以支持如高级跟踪与发射分析系统等作战计划。9月，美国“太空安全防御计划”寻求下一代太空监测工具。美国防部和国家情报总监办公室的联合项目“太空安全防御计划”发布一份关于先进太空域感知技术的信息请求，寻求在2030年至2040年之间应用经过验证或创新的太空态势感知技术，以支持军事行动、人造物体监视、情报收集和环境监测等任务。

太空域态势感知计划图

美国太军“沉默巴克”星座进展顺利，将于2025年具备初始运行能力

12月，美太空司令部司令斯蒂芬·怀廷表示，太空军最新的太空监视星座“沉默巴克”将于2025年初开始运行，2026年全面投入使用，将在距地球约3.5万千米的地球同步轨道上监测物体。“沉默巴克”星座由美国家侦察局与太空军联合研制，于2023年9月发射，已完成一系列在轨测试，具备高轨目标搜索、探测及跟踪等太空态势感知能力。

英国和加拿大合作利用“红翼”卫星执行太空域感知任务，提升南极上空卫星的监测能力

10月，英国计划与加拿大联合发射“红翼”（Redwing）卫星执行太空域感知任务。“红翼”卫星大小与小型洗衣机相当，计划于2027年发射，通过先进传感器近实时跟踪太空轨道目标，以应对各类太空事件，重点任务将是评估短波红外相机监测南极区域上空的能力。

通过演习演练积极提升太空部队实战能力

2024年，美国组织盟友进行了“全球哨兵”演习，重点演练互操作能力；法国组织了欧洲最大规模的“阿斯特克斯”-2024太空军事演习，演示了对手卫星干扰太空通信、试图摧毁友军卫星等14种不同情境。美太空训练和战备司令部完成了“太空旗24-1”演习，演练联合太空部队能力。

美国与伙伴国在“全球哨兵”演习期间加强太空互操作性

2月，美太空司令部在加利福尼亚州范登堡太空军基地举行了为期两周的“全球哨兵”演习，演习重点关注边境战争领域的安全合作和作战协同，旨在提高空间态势感知能力，加强参演国之间的互操作性。演习共有来自全球25个国家的246参与者参与，期间每个参与国都组织了区域太空作战中心，以保持对一系列太空传感器的指挥和控制。

法国开展“阿斯特克斯2024”大规模太空军事演习

3月，法国组织了欧洲最大规模的“阿斯特克斯”-2024太空军事演习，演示了对手卫星干扰太空通信、试图摧毁友军卫星等14种不同情境。本次是法国主办的第四届太空军事演习，参与方包括15个合作国家的约190名参与者；与前三次虚拟演习不同的是，本次演习红蓝双方均由真实军队扮演，美太空军代表红方，法国代表蓝军。

美国太空训练和战备司令部完成“太空旗24-1”演习

4月，美太空训练和战备司令部在科罗拉多州施里弗太空军基地完成了“太空旗24-1”演习，来自美太空作战司令部的各个部队均派人员参加了本次演习，也包括联合和跨机构人员，共计约400人。“太空旗24-1”演习重点关注太空任务集成规划，旨在让“守护者”更加有效的演练联合太空部队，为参与单位提供宝贵经验和数据，评估作战准备状态。

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本文转载自“战略前沿技术”，原标题《2024年世界航天装备发展研究》。

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