【全球三大宇航防務(wù)公司2021年航天發(fā)展研究（三）】

波音公司2021年航天發(fā)展研究

文 | 張京男

本文刊登于《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》雜志2022年4期

2021年，波音公司在航天領(lǐng)域的發(fā)展雖然并未完全扭轉(zhuǎn)頹勢(shì)，但在登月運(yùn)載火箭和載人飛船等重要系統(tǒng)工程項(xiàng)目中取得了顯著進(jìn)展，為美國重返月球和載人航天發(fā)展提供了重要支撐。

一、運(yùn)載火箭

波音公司作為NASA“阿爾忒彌斯”（Artemis）重返月球計(jì)劃SLS火箭的主承包商，研制了火箭的芯級(jí)、上面級(jí)和航電設(shè)備。

（一）SLS火箭芯級(jí)靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試

2021年，首個(gè)執(zhí)行發(fā)射任務(wù)的SLS火箭的芯級(jí)完成了2次靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試。為開展點(diǎn)火測(cè)試，波音公司組建了一個(gè)測(cè)試團(tuán)隊(duì)，成員是來自全國各地、公司內(nèi)外的熟練航空電子設(shè)備、液壓、推進(jìn)系統(tǒng)、地面電子設(shè)備和測(cè)試的專家。包括：波音公司、NASA和Aerojet Rocketdyne公司等，擁有從火箭、航天飛機(jī)、衛(wèi)星發(fā)射到測(cè)試的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1、第一次

2021年1月，NASA、波音公司和Aerojet Rocketdyne公司在密西西比州的斯坦尼斯航天中心（Stennis Space Center）B-2試驗(yàn)臺(tái)對(duì)參與SLS火箭首飛的芯級(jí)進(jìn)行了首次點(diǎn)火測(cè)試。芯級(jí)的燃料加注和增壓過程中，4臺(tái)由Aerojet Rocketdyne公司制造的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)完成了67.2秒點(diǎn)火測(cè)試，而收集火箭重要數(shù)據(jù)最少需要大約4分鐘，實(shí)際飛行中需要工作8分鐘。

波音公司表示，為了確保該芯級(jí)的安全，特意將測(cè)試參數(shù)設(shè)計(jì)得比較保守且僅適用于地面測(cè)試，以避免對(duì)芯級(jí)產(chǎn)生不必要風(fēng)險(xiǎn)，從而較早地觸發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，但點(diǎn)火后芯級(jí)狀態(tài)良好。該團(tuán)隊(duì)分析了測(cè)試數(shù)據(jù)，清理和修復(fù)了發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)芯級(jí)的熱保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了小的修理，對(duì)之前保守的控制邏輯參數(shù)進(jìn)行了更新，還修復(fù)了故障的電線束。該電線束導(dǎo)致出現(xiàn)了芯級(jí)4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息，但這僅是一個(gè)儀表問題，并沒有影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作。

該芯級(jí)點(diǎn)火測(cè)試獲得了芯級(jí)和發(fā)動(dòng)機(jī)在更長工作時(shí)間內(nèi)主推進(jìn)系統(tǒng)和推力矢量控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。本次主要測(cè)試及操作內(nèi)容包括：轉(zhuǎn)變?yōu)橛尚炯?jí)飛行計(jì)算機(jī)和“綠色運(yùn)行”測(cè)試軟件操作的自動(dòng)發(fā)射序列；完成最后倒計(jì)時(shí)序列，就像發(fā)射倒計(jì)時(shí)；給燃料貯箱加壓，向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送推進(jìn)劑，演示芯級(jí)主要推進(jìn)系統(tǒng)性能；以109%的功率啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；操縱推力矢量控制系統(tǒng)來轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

2021年1月16日，用于Artemis 1任務(wù)的芯級(jí)的燃料加注和加壓測(cè)試，4臺(tái)RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作1分鐘后關(guān)機(jī)

2021年1月16日，在密西西比州圣路易斯灣附近的NASA斯坦尼斯航天中心進(jìn)行的一項(xiàng)預(yù)定的熱火測(cè)試中，波音公司為NASA首枚SLS火箭建造的芯級(jí)被看到在B-2試驗(yàn)臺(tái)上。在測(cè)試過程中，水從試驗(yàn)臺(tái)流出，產(chǎn)生巨大的蒸汽云。

2、第二次

2021年3月，波音公司為NASA研制的SLS火箭芯級(jí)在NASA斯坦尼斯航天中心完成了第二次點(diǎn)火測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)證明芯級(jí)運(yùn)行正常，可用于飛行，數(shù)據(jù)用于為飛行任務(wù)提供支持。此次測(cè)試中，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作了499.6秒，即8分19秒。測(cè)試后，該芯級(jí)被送往NASA位于佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心，與“獵戶座”載人飛船、臨時(shí)低溫上面級(jí)和固體火箭助推器進(jìn)行集成，用于執(zhí)行Artemis 1載人繞月任務(wù)，為后續(xù)載人任務(wù)做準(zhǔn)備。

2021年3月18日，NASA在密西西比州的斯坦尼斯航天中心（Stennis Space Center）進(jìn)行首枚太空發(fā)射系統(tǒng)火箭核心階段的熱火測(cè)試，蒸汽從B-2試驗(yàn)臺(tái)下滾滾而出

3、B-2試驗(yàn)臺(tái)

B-2試驗(yàn)臺(tái)高106.7米，由43.9米長的鋼筋混凝土固定在地面上，自“阿波羅”計(jì)劃（Apollo）時(shí)期以來開始使用，經(jīng)現(xiàn)代化改裝加固后，用于2021年1月的SLS火箭芯級(jí)的點(diǎn)火測(cè)試。此前用于美國“土星”系列火箭和“德爾塔4”火箭和航天飛機(jī)的測(cè)試。當(dāng)前，B-2試驗(yàn)臺(tái)支架及其滅火和燃料系統(tǒng)已經(jīng)被翻新，以處理更大更重SLS火箭芯級(jí)。

SLS火箭測(cè)試工作啟動(dòng)之前， B-2試驗(yàn)臺(tái)鋼鐵已生銹并且設(shè)施設(shè)備過于陳舊。為SLS火箭測(cè)試，NASA對(duì)B-2試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改造主要有：高壓工業(yè)水廠每分鐘可向B-2輸送126萬升水，比原來的系統(tǒng)每分鐘增加了94635升；為了吊裝SLS火箭芯級(jí)，B-2支架上的主吊桿起重機(jī)已經(jīng)延長了15.2米，額定負(fù)載增加了177噸，該芯級(jí)比早期的“土星5”火箭級(jí)更大、更重；輔助移動(dòng)提升系統(tǒng)和臨時(shí)接入平臺(tái)可以進(jìn)入芯級(jí)的整個(gè)外殼。

（二）芯級(jí)研制與交付

1.首枚SLS火箭芯級(jí)研制

2021年，波音公司向NASA交付了SLS火箭芯級(jí)，芯級(jí)高65米，重85.275噸。4月，SLS火箭芯級(jí)在肯尼迪航天中心的一艘駁船上卸載，并轉(zhuǎn)移到火箭組裝大樓。65米長的芯一級(jí)將與1個(gè)臨時(shí)低溫上級(jí)、2個(gè)固體火箭助推器、1個(gè)運(yùn)載火箭級(jí)適配器和1艘“獵戶座”飛船組成。各團(tuán)隊(duì)將準(zhǔn)備SLS發(fā)射獵戶座飛船，在無人駕駛的情況下繞月球飛行。臨時(shí)低溫上級(jí)由波音公司與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司聯(lián)合研制。6月，SLS火箭芯級(jí)被送入肯尼迪航天中心（KSC）運(yùn)載火箭組裝大樓（VAB）的移動(dòng)發(fā)射臺(tái)。

首枚SLS火箭的芯級(jí)

2021年4月21日，位于斯坦尼斯航天中心的SLS火箭芯級(jí)

SLS火箭的芯一級(jí)抵達(dá)肯尼迪航天中心

2.噴涂泡沫保護(hù)SLS火箭

在2021年研制工藝中，波音公司將火箭熱保護(hù)系統(tǒng)（TPS）應(yīng)用于SLS火箭芯二級(jí)，比芯一級(jí)操作更快。SLS火箭表面黃色到橙色的涂層是TPS，即噴霧泡沫。在準(zhǔn)備和發(fā)射的極端環(huán)境中，它用于承受73.3萬加侖液氫和液氧推進(jìn)劑的溫度，溫度分別為-423華氏度和-297華氏度。整個(gè)芯二級(jí)噴涂過程經(jīng)歷了100分鐘。對(duì)芯二級(jí)貯箱圓頂采用了自動(dòng)化噴涂，此前由于圓頂?shù)膹?fù)雜幾何形狀，需要人工噴涂。經(jīng)歷點(diǎn)火測(cè)試的芯一級(jí)性能穩(wěn)定，4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作時(shí)部分TPS區(qū)域被大火燒蝕，后續(xù)會(huì)進(jìn)行翻新。

波音公司使用3D投影技術(shù)進(jìn)行泡沫修剪，以獲得更精確和更高質(zhì)量的應(yīng)用。通過工藝改進(jìn)，熱保護(hù)泡沫都定制了3D打印模具，可噴涂于之前芯級(jí)上無法噴涂的小部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)和箱間段。模具被安裝在復(fù)雜外形周圍，并充滿灌注泡沫，在澆注泡沫固化后取出模具。仍有區(qū)域需要手工噴涂，如芯級(jí)各部分之間的法蘭接口。在3D打印制造工藝下，制造出了300多模具，可以做出復(fù)雜的幾何形狀。

SLS火箭采用的泡沫是一種輕質(zhì)的聚氨酯泡沫材料，足夠堅(jiān)固，能保護(hù)火箭的硬件，且足夠靈活，能在極端溫度下保持其保護(hù)密封，未來仍會(huì)不斷改進(jìn)。波音公司正在為SLS火箭使用第3代泡沫材料，并開始驗(yàn)證第4代。

3.首枚SLS火箭與“獵戶座”飛船對(duì)接

2021年9月，SLS火箭完成了2項(xiàng)主要測(cè)試：臍帶釋放和收回測(cè)試（URRT），以及使用“獵戶座”質(zhì)量模擬器進(jìn)行的綜合模態(tài)測(cè)試。臍帶纜連接著將火箭芯級(jí)、上面級(jí)連接至發(fā)射塔的電氣和流體接口，發(fā)射前必須實(shí)現(xiàn)無縫釋放和收回。4個(gè)臍帶連接至芯級(jí)、級(jí)間段、液氧貯箱和液氫貯箱，此外還有2個(gè)穩(wěn)定器固定在前裙上。URRT測(cè)試驗(yàn)證了操作時(shí)序和功能。波音公司支持測(cè)試前后的檢查，然后幫助分析數(shù)據(jù)。SLS火箭還進(jìn)行了綜合模態(tài)測(cè)試，以確定火箭的全部頻率和振動(dòng)范圍，以便飛行軟件和導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在發(fā)射和上升過程中安全引導(dǎo)火箭。

10月，在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的火箭裝配大樓，攜帶上面級(jí)和航電設(shè)備的首枚SLS火箭芯級(jí)，在頂部安裝了“獵戶座”適配器和“獵戶座”飛船。其中“獵戶座”適配器吊裝至臨時(shí)低溫推進(jìn)級(jí)（ICPS）之上，整體高度達(dá)到了98米。波音公司還完成了SLS火箭的設(shè)計(jì)認(rèn)證審查（DCR），在團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備發(fā)射期間檢查所有測(cè)試數(shù)據(jù)、報(bào)告和驗(yàn)證，以確保安全的操作條件和可靠性。

位于佛羅里達(dá)州的NASA肯尼迪航天中心，“獵戶座”飛船吊裝于SLS火箭頂部

4.其它芯級(jí)研制

2021年，波音公司在Michoud組裝了Artemis 2任務(wù)SLS火箭芯級(jí)的液氧貯箱和級(jí)間段，并開始準(zhǔn)備安裝前裙。波音公司還在Artemis 2任務(wù)SLS火箭芯級(jí)的下半部分工作，包括安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，并對(duì)液氫貯箱進(jìn)行熱保護(hù)噴涂，并準(zhǔn)備最后的組裝。當(dāng)前波音公司研制的用于SLS火箭的5枚芯級(jí)每個(gè)都將承擔(dān)獨(dú)特的飛行任務(wù)，相應(yīng)的每種設(shè)備的安裝操作也不相同，包括計(jì)算機(jī)、電池、線路和儀表、推進(jìn)劑管路和其他系統(tǒng)的集成。

8月，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（United Launch Alliance）公司將第2個(gè)臨時(shí)低溫推進(jìn)級(jí)（ICPS）從阿拉巴馬州迪凱特（Decatur）的工廠運(yùn)送到佛羅里達(dá)州的設(shè)施進(jìn)行集成，后續(xù)將交付NASA。Artemis 2任務(wù)的SLS火箭在新奧爾良的“米丘德”（Michoud）組裝工廠進(jìn)行集成。ULA和波音公司在ULA的迪凱特工廠研制了第3個(gè)ICPS。同時(shí)，波音公司正在研制SLS火箭的第2枚、第3枚和第4枚芯級(jí)，以及探索上級(jí)（EUS）取代前期的ICPS，從而研制出后續(xù)任務(wù)使用的SLS Block 1B火箭。

Artemis 2任務(wù)的SLS火箭芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)與部件對(duì)接

Artemis 2任務(wù)的火箭臨時(shí)低溫推進(jìn)級(jí)（ICPS）抵達(dá)卡納維拉爾角的太空軍站

Artemis 2任務(wù)芯二級(jí)液氧貯箱

（三）后續(xù)工作

Artemis 1任務(wù)之后，會(huì)進(jìn)行首次載人的Artemis 2任務(wù)。位于新奧爾良的Michoud組裝工廠為Artemis 2和Artemis 3任務(wù)制造SLS火箭芯級(jí)，通過摩擦攪拌工藝為Artemis 3任務(wù)的焊接SLS火箭芯級(jí)結(jié)構(gòu)。Artemis 3任務(wù)將使首位女性宇航員和下一位男性宇航員登上月球表面。波音公司研制的探索上面段（EUS）已在Michoud投入生產(chǎn)，用于Artemis計(jì)劃的遠(yuǎn)期發(fā)射任務(wù)。波音公司還在設(shè)計(jì)研制后續(xù)SLS火箭使用的探索上面級(jí)。

首次SLS火箭發(fā)射中，除了無人乘坐的“獵戶座”飛船，ICPS還將部署10個(gè)次級(jí)有效載荷，“獵戶座”繞月飛行后，會(huì)返回地球并濺落海上。SLS火箭未來將向土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二發(fā)射探測(cè)器，對(duì)其間歇泉進(jìn)行采樣，并在其表面放置科學(xué)探測(cè)器。SLS火箭還可以用于行星防御，比如可以將大質(zhì)量物體送到目標(biāo)，實(shí)施動(dòng)能推動(dòng)、表面爆炸或者重力牽引，最終重定向威脅地球的小行星。另外，NASA正在論證使用帶有探索上面段（EUS）的SLS火箭用于2033年也即下一個(gè)火星沖日年完成1次火星飛掠任務(wù)。

二、載人飛船

（一）安裝并測(cè)試飛船的NASA對(duì)接系統(tǒng)（NDS）外殼

2021年1月，在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的組裝工廠，CST-100“星際飛船”（Starliner）上安裝并測(cè)試了一個(gè)新的NASA對(duì)接系統(tǒng)（NDS）外殼。NDS由波音公司設(shè)計(jì)研制，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)接系統(tǒng)，可使2個(gè)航天器可靠對(duì)接并自動(dòng)形成一個(gè)短隧道，以便宇航員可以在2個(gè)航天器之間移動(dòng)。新的外殼將為自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)在重返大氣層期間提供額外的保護(hù)。在重返大氣層期間，太空艙將面臨約1650度的溫度，然后在美國西部5個(gè)著陸點(diǎn)之一著陸。NDS最初是為一次性使用而設(shè)計(jì)的，然而，增加再入大氣層的外殼后，可多次執(zhí)行任務(wù)。

發(fā)射時(shí)，NDS外殼位于乘員艙的半球形“上升外殼”之下，在“上升外殼”丟棄后的入軌操作時(shí)會(huì)暴露在外面。它作為飛船頂部的一個(gè)艙口，在與國際空間站上波音制造的國際對(duì)接適配器對(duì)接時(shí)打開，在脫離對(duì)接后關(guān)閉。NDS外殼于2020年12月安裝在未來進(jìn)行第2次試飛的CST-100飛船上，即“軌道飛行試驗(yàn)-2”（OFT-2）飛船。

NASA對(duì)接系統(tǒng)（NDS）外殼在肯尼迪航天中心商業(yè)載人和貨物處理設(shè)施進(jìn)行功能測(cè)試

（二）載人著陸點(diǎn)安置

鑒于安全考慮，未來宇航員乘坐“星際飛船”著陸時(shí)，要求陸上回收小組必須在大約1小時(shí)內(nèi)將宇航員從太空艙中撤離飛船。“星際飛船”飛船設(shè)計(jì)為陸地著陸，在美國西部有5個(gè)著陸點(diǎn)，其中2個(gè)在新墨西哥州，猶他州、亞利桑那州和加利福尼亞州各有1處。2021年，任務(wù)安全工作組與猶他大學(xué)健康中心協(xié)調(diào)猶他州著陸點(diǎn)，亞利桑那大學(xué)附屬學(xué)術(shù)醫(yī)院班納-圖森大學(xué)醫(yī)學(xué)中心協(xié)調(diào)亞利桑那州著陸點(diǎn)，愛德華茲空軍基地協(xié)調(diào)加州著陸點(diǎn)。大多數(shù)著陸點(diǎn)都非常偏遠(yuǎn)，在24小時(shí)內(nèi)很可能經(jīng)歷極端的溫度變化和對(duì)人有嚴(yán)重傷害的野生動(dòng)物。

（三）系統(tǒng)安全驗(yàn)證與演練

2021年1月，波音公司完成了“星際飛船”飛行軟件的重新認(rèn)證，并對(duì)未來的任務(wù)修改或升級(jí)進(jìn)行了正式審核。通過一系列測(cè)試，確認(rèn)更新后的飛船軟件符合設(shè)計(jì)規(guī)范，并在軟件集成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了數(shù)百個(gè)案例的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試，從單個(gè)命令驗(yàn)證到使用核心軟件的全面端到端任務(wù)場(chǎng)景。

5月，波音公司和NASA在波音公司位于休斯頓的航電設(shè)備和軟件集成實(shí)驗(yàn)室（ASIL），使用飛行硬件和飛行軟件的最終版本對(duì)“星際飛船”第2次試飛任務(wù)進(jìn)行了持續(xù)5天的端到端任務(wù)模擬演練，包括完整的發(fā)射前、對(duì)接、分離和著陸操作。在NASA約翰遜航天中心的飛行控制室里的任務(wù)操作小組使用實(shí)際的飛行程序指揮了此次演練。演練從發(fā)射前26小時(shí)開始，并持續(xù)至飛船對(duì)接國際空間站、站上操作、32小時(shí)的電源啟動(dòng)程序，然后脫離、著陸并關(guān)閉電源。此次演練讓軟件與最高保真度的硬件和任務(wù)控制器在回路中運(yùn)行，最大程度接近真實(shí)飛行。

目前，“星際飛船”計(jì)劃在2022年上半年試飛?？吭趪H空間站2個(gè)可用的端口，但有可能被“載人龍”飛船、“貨運(yùn)龍”飛船、或者“載人龍”商用飛船占用。

在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心，未來執(zhí)行“軌道飛行試驗(yàn)-2”（OFT-2）任務(wù)的CST-100飛船船員艙進(jìn)行重量和重心測(cè)試

美國宇航局宇航員巴里·威爾莫和邁克·芬克通過與模擬器連接的宇航員顯示器，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部監(jiān)控發(fā)射過程每一個(gè)動(dòng)態(tài)

（四）人體測(cè)量測(cè)試設(shè)備準(zhǔn)備第二次飛行

2021年6月，波音公司的人體測(cè)量測(cè)試設(shè)備“羅西火箭人”安裝在“星際飛船”，準(zhǔn)備第二次試飛。

“羅西火箭人”是一個(gè)重約82千克測(cè)試設(shè)備，整個(gè)體征位于人體身高和體重的中位數(shù),曾在“星際飛船”首次試飛中提供了數(shù)百個(gè)關(guān)于宇航員飛行中承重的數(shù)據(jù)，“羅西火箭人”的第二次飛行用于保持飛船上升、對(duì)接、分離和著陸過程中的重心。之前連接到它的15個(gè)傳感器的航天器數(shù)據(jù)捕獲端口將被用于收集沿座椅托盤放置的傳感器的數(shù)據(jù)，以描述所有4個(gè)座位的運(yùn)動(dòng)特征。

在“星際飛船”和“宇宙神5”火箭集成之前，由乘員艙和服務(wù)艙組成的星際飛船將被裝載到肯尼迪航天中心商業(yè)乘員和貨物處理設(shè)施的重量和重心機(jī)上測(cè)試，以確保飛船上的“羅西火箭人”和貨物的保持平衡。

未來，“星際飛船”在成功完成第二次試飛后，將首次搭載宇航員飛行。

“羅西火箭人”綁在指揮官的座位上

三、衛(wèi)星系統(tǒng)

（一）5G衛(wèi)星研制

2021年2月，位于美國加州埃爾塞貢多的波音衛(wèi)星系統(tǒng)工廠共有16顆商用衛(wèi)星正處于不同的開發(fā)階段。其中，包括波音公司為衛(wèi)星運(yùn)營商SES公司設(shè)計(jì)、測(cè)試和制造的SES-20衛(wèi)星和SES-21衛(wèi)星，兩者均采用小型平臺(tái)702SP。2022年，這2顆衛(wèi)星將搭載同1枚火箭發(fā)射進(jìn)入地球靜止軌道，清理300兆赫的C波段通信，在整個(gè)美國實(shí)現(xiàn)5G通信。

通過SES-20和SES-21衛(wèi)星，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC將清理主要運(yùn)營頻譜，推動(dòng)美國5G無線運(yùn)營商業(yè)務(wù)。這也是FCC“5G FAST”計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃是一項(xiàng)促進(jìn)美國5G行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位的綜合性戰(zhàn)略。

同時(shí)，波音公司還在為SES公司研制11顆中地球軌道（MEO）衛(wèi)星，建成SES公司高度為8000千米的下一代MEO軌道星座。O3b mPOWER系統(tǒng)推出后，能夠向電信、海事、航空和能源以及世界各地的政府和機(jī)構(gòu)提供50 Mbps到每秒幾吉比特速度的連接服務(wù)。第一批O3b mPOWER衛(wèi)星已推遲至2022年發(fā)射。

（二）波音公司獲準(zhǔn)開展受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星（PTS）下一步研制工作

2021年4月，波音公司和諾格公司各自承擔(dān)的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星（PTS）通信項(xiàng)目獲準(zhǔn)進(jìn)入下一階段研制工作，完成設(shè)計(jì)、建造、測(cè)試，并于2024年將2個(gè)有效載荷搭載于軍事衛(wèi)星或商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射入軌進(jìn)行在軌演示和操作。

PTS項(xiàng)目的后續(xù)研制工作將繼續(xù)全面而公開的競標(biāo)。PTS原型作為下一代安全通信衛(wèi)星的方案選項(xiàng)，未來十年可補(bǔ)充或替換現(xiàn)有的用于高密級(jí)通信的先進(jìn)極高頻（AEHF）衛(wèi)星。

美國太空軍太空和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心曾在2020年2月和3月分別授予波音公司、洛馬公司和諾格公司1.91億美元、2.4億美元和2.53億美元的合同，為PTS項(xiàng)目設(shè)計(jì)有效載荷原型。

獲得合同后，三家承包商的項(xiàng)目設(shè)計(jì)接受全面評(píng)估，包括有效載荷性能、可擴(kuò)展性、模塊化、可穩(wěn)定性、成本、進(jìn)度和風(fēng)險(xiǎn)，并2021年3月完成了評(píng)估。

（三）FCC批準(zhǔn)了波音公司的147顆衛(wèi)星V波段星座

2021年11月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了波音公司2017年3月提交的V波段星座申請(qǐng)，允許波音公司開發(fā)和運(yùn)行147顆非地球靜止軌道（NGSO）寬帶衛(wèi)星。2017年與波音公司同期提交NGSO申請(qǐng)的還有SpaceX、OneWeb等公司，波音公司是這批申請(qǐng)中最后一家得到FCC結(jié)論的公司。

按照監(jiān)管規(guī)定，各家需要在6年內(nèi)將一半的計(jì)劃衛(wèi)星發(fā)射入軌，星座其余衛(wèi)星可以在9年內(nèi)部署完成。波音公司的星座包括132顆軌道高度為1056千米的近地軌道衛(wèi)星，其余衛(wèi)星位于27355～44221千米之間，將為全球的住宅、商業(yè)、機(jī)構(gòu)、政府和企業(yè)客戶提供服務(wù)。

波音公司專長于研制地球靜止軌道（GEO）大型衛(wèi)星。為了加強(qiáng)NGSO衛(wèi)星的研制能力，波音公司在2018年收購了小型衛(wèi)星專業(yè)公司千禧空間系統(tǒng)公司（Millennium Space Systems），以加強(qiáng)在該領(lǐng)域競爭力。

與SpaceX公司“星鏈”衛(wèi)星的Ka波段和Ku波段相比，波音公司使用的更高頻率的V波段寬帶網(wǎng)速更快，但降雨可能會(huì)減干擾V波段信號(hào)傳輸。除了允許波音公司在V波段提供衛(wèi)星服務(wù)外，F(xiàn)CC的批準(zhǔn)波音公司在部分V波段建立星間鏈路。然而，F(xiàn)CC駁回了波音公司在Ka波段和V波段其他部分建立星間鏈路的請(qǐng)求，以避免出現(xiàn)潛在的在軌通信問題。

（四）獲得GPS衛(wèi)星未來10年在軌運(yùn)行保障合同

2021年12月，美國太空軍授予波音公司1份價(jià)值3.293億美元的合同，未來10年為GPS-2F衛(wèi)星在軌運(yùn)行提供支持。美國目前在軌服役的31顆GPS衛(wèi)星中有12顆是GPS-2F衛(wèi)星。GPS-2F衛(wèi)星在2010年至2016年期間發(fā)射，取代了1990年至1997年期間發(fā)射的GPS-2A衛(wèi)星。2010年，美國空軍選擇洛馬公司研制下一代的GPS-3衛(wèi)星。GPS-2F衛(wèi)星的設(shè)計(jì)使用壽命為12年，從美國軍事和商業(yè)衛(wèi)星在軌運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，GPS-2F衛(wèi)星的使用壽命預(yù)計(jì)將超過設(shè)計(jì)壽命數(shù)年。

四、國際空間站

2021年，波音公司研制的太陽能電池板安裝于國際空間站。

6月，波音公司研制的2塊新型太陽能電池板發(fā)射入軌進(jìn)入國際空間站，并通過站上宇航員3次太空行走完成了安裝。舊的太陽能電池板不會(huì)被移除了仍將繼續(xù)使用。

新型太陽能電池板長18.6米，寬6.1米，尺寸是舊板的一半，但產(chǎn)生的電能是舊板的2倍。到2023年，國際空間站還會(huì)再增加4塊新型太陽能電池板，均由波音公司光譜實(shí)驗(yàn)室（Spectrolab）研制。在每次6.5小時(shí)的太空行走中，任務(wù)控制中心的NASA飛行控制人員直接與宇航員協(xié)作，并得到國際空間站上16.8米長的機(jī)械臂和移動(dòng)運(yùn)輸裝置的協(xié)助。該裝置能夠沿著國際空間站的桁架移動(dòng)，專門用于將放置設(shè)備。

新型太陽能電池板可以在發(fā)射時(shí)緊密地卷起來，由1個(gè)無需重型電動(dòng)機(jī)就能自行展開的結(jié)構(gòu)支撐，可利用自身的能量展開，并且其尺寸小，進(jìn)入軌道后可由國際空間站的機(jī)械臂放置好，宇航員可通過太空行走將其帶至國際空間站桁架的遠(yuǎn)端進(jìn)行安裝。

這些電池板會(huì)受到微流星體碎片撞擊和宇宙射線，每天還能承受16次500度的溫度變化。當(dāng)6塊新型太陽能電池板都完成安裝后，國際空間站發(fā)電總功率將增至215千瓦，總供電量提升20%到30%，可支持更多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)研究、更多宇航員生存以及近地軌道的商業(yè)需求。

2021年早些時(shí)候，NASA在國際空間站上安裝了一個(gè)安裝結(jié)構(gòu)，為波音公司的新太陽能電池板做準(zhǔn)備

新太陽能電池板安裝在國際空間站

“貨運(yùn)龍”飛船發(fā)射前裝載的2個(gè)新型太陽能電池板

五、總結(jié)分析

（一）SLS運(yùn)載火箭研制進(jìn)展顯著，已具備首飛能力以支撐美國重返月球計(jì)劃

SLS運(yùn)載火箭研制項(xiàng)目是波音公司當(dāng)前承擔(dān)的規(guī)模最大的航天系統(tǒng)工程項(xiàng)目，是波音公司航天系統(tǒng)能力建設(shè)與發(fā)展的重點(diǎn)。2021年，SLS運(yùn)載火箭在翻新后的B-2試驗(yàn)臺(tái)上完成了2次芯級(jí)的靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試，充分驗(yàn)證了系統(tǒng)工作性能，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，并且與“獵戶座”飛船完成了對(duì)接，后續(xù)將進(jìn)一步開展全系統(tǒng)測(cè)試。2021年之前，波音公司研制SLS火箭的進(jìn)度相對(duì)較慢，NASA經(jīng)費(fèi)投入非常巨大，已超100億美元，但由于工程研制進(jìn)度較慢，導(dǎo)致首飛時(shí)間多次推遲。

隨著美國載人重返月球時(shí)間節(jié)點(diǎn)的臨近，波音公司與NASA加大了研制力度，共同推進(jìn)工程進(jìn)度，截至2021年，SLS運(yùn)載火箭自身基本達(dá)到了發(fā)射準(zhǔn)備狀態(tài)，具備了在2022年上半年執(zhí)行首次無人試飛的能力。

（二）載人飛船經(jīng)過持續(xù)測(cè)試與優(yōu)化，已具備再次無人試飛能力以支撐美國載人航天能力

“星際飛船”在2019年的無人首飛中因飛行控制系統(tǒng)故障，導(dǎo)致未能對(duì)接國際空間站。直到2021年底，NASA與波音公司一直在持續(xù)測(cè)試并排除故障，同時(shí)對(duì)飛船系統(tǒng)進(jìn)行了局部升級(jí)。

“星際飛船”的全系統(tǒng)軟件模擬演練、飛船著陸點(diǎn)安置、飛船對(duì)接系統(tǒng)等均順利推進(jìn)，預(yù)計(jì)在2022年能夠完成繼2019年之后的第二次無人試飛，若試飛順利的話便可快速轉(zhuǎn)入載人飛行對(duì)接國際空間站。

“星際飛船”是波音公司擁有的僅將于SLS運(yùn)載火箭的第二大航天系統(tǒng)工程項(xiàng)目，在進(jìn)度落后于SpaceX公司“載人龍”飛船的情況下，能否順利完成第2次無人試飛將決定波音公司在航天領(lǐng)域的地位和前景。

（三）中小衛(wèi)星研制與星座部署項(xiàng)目成為衛(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)

目前，全球大衛(wèi)星系統(tǒng)研制業(yè)務(wù)普遍減少，中小衛(wèi)星業(yè)務(wù)增多，波音公司采取了與洛馬公司相似的策略，即在自身具有中小衛(wèi)星平臺(tái)的同時(shí)，收購研制小衛(wèi)星平臺(tái)的公司。

波音公司正在通過已有702SP小型衛(wèi)星平臺(tái)研制SES-20衛(wèi)星和SES-21衛(wèi)星，通過702X中型衛(wèi)星平臺(tái)研制O3b mPOWER衛(wèi)星，而2018年收購的小型衛(wèi)星專業(yè)公司千禧空間系統(tǒng)公司將在該領(lǐng)域進(jìn)一步支撐波音公司研制更多類型的微小衛(wèi)星，研制新申請(qǐng)下來的147顆V波段低軌寬帶衛(wèi)星。

波音公司作為傳統(tǒng)大型衛(wèi)星的系統(tǒng)集成商，在全球微小衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星的趨勢(shì)下，正在轉(zhuǎn)變其發(fā)展思路，預(yù)計(jì)未來將產(chǎn)出更多中小衛(wèi)星或微小衛(wèi)星。