航天2.0：航天工业的革命性进步

译  者  序

商业航天产业迅速变化的时代被称为“新航天”和“航天2.0”时代。世界任何一国单纯依靠国家投入已经无法承担人类从地面走向近地空间，再走向深空的活动，商业航天公司通过为政府或商业客户提供廉价可靠的基础航天服务盈利，政府则通过政策、订单、项目合作和资金支持等方式对商业航天企业的技术研发及运营予以扶持。
多元化的商业卫星制造主体通过整合技术实力与生产资源，快速响应用户需求，研制生产了多种类型的卫星。为满足商业发射低成本、快速灵活的市场要求，传统航天企业继续释放技术资源、优化服务模式，加速布局商业航天。随着空间基础设施的不断完善，卫星运营服务逐步成为商业航天的价值高地。卫星地面设备是卫星产业链条中地面端所需要应用的产品，卫星地面设备是卫星产业链实现商业落地的关键。
本书介绍新航天工业以及传统航天工业在过去十年发生的巨大变化，分析了过去十年卫星设计、制造、发射和运行等方面取得的革命性进步，并展望了航天工业未来的发展趋势。本书对于航天工程技术人员、管理人员和航天企业家了解当今航天技术的发展方向有很好的参考和启示作用。
在本书的翻译过程中，郭筱曦、刘朱明、许菁菁、罗雨微、程艺给予了专业指导，朱鲁青参与了全书校对，在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促及译者水平有限，书中难免出现纰漏和错误，恳请读者不吝赐教。
杨  榕

2020年12月10日

商业航天产业迅速变化的时代被称为“新航天”和“航天2.0”时代。为满足商业发射低成本、快速灵活的市场要求，传统航天企业继续释放技术资源、优化服务模式，加速布局商业航天。随着空间基础设施的不断完善，卫星运营服务逐步成为商业航天的价值高地。
本书介绍新航天工业以及传统航天工业在过去十年发生的巨大变化，分析了过去十年卫星设计、制造、发射和运行等方面取得的革命性进步，并展望了航天工业未来的发展趋势。
本书对于航天工程技术人员、管理人员和航天企业家了解当今航天技术的发展方向有很好的参考和启示。

约瑟夫 N. 佩尔顿（Joseph N. Pelton）博士是国际空间大学的前任院长和董事会主席。他也是亚瑟 C. 克拉克基金会的创始人，也是国际卫星专业协会（现国际空间与卫星专业协会（Space and Satellite Professionals Internationa，SSPI）的创始人。佩尔顿博士目前在国际空间安全促进协会执行委员会任职。他是乔治华盛顿大学空间和高级通信研究所的名誉主任，1998年至2004年，他还担任了该大学电信和计算机硕士项目主任。此前，他在科罗拉多大学博尔德分校担任跨学科电信项目主任。佩尔顿博士还担任过国际空间安全基金会主席和全球法律信息网主席。
杨榕，作者长期在航天企业工作，主要从事企业规划论证、改革调整以及综合经营等方面的管理工作，重点开展了型号经费综合计划的研究、策划、实施和监督管控，针对所属单位的类型特点开展了差异化的考核管理。累计发表文章10篇，撰写重要管理报告30余篇，共获得奖励15项，其中省部级奖励5项。

1  瞬息万变的航天世界

  1.1  引言

  1.2  小卫星革命

  1.3  既复杂又相互冲突的卫星通信发展趋势

  1.4  推动卫星应用变化的关键技术趋势

      1.4.1  地面系统的关键创新

      1.4.2  先进的编码系统

      1.4.3  新的频率效率和频谱分配

      1.4.4  新的制造和质量保证能力

      1.4.5  新的发射系统效率

  1.5  本书结构

  1.6  小结

  参考文献

2  卫星通信系统的发展

  2.1  引言

  2.2  20世纪60—90年代：传统通信卫星的兴起

  2.3  20世纪90年代新型空间通信系统的兴起—现在

  2.4  航天2.0时代的卫星通信

  2.5  前景、机遇和陷阱

  2.6  监管的担忧

  2.7  小结

  参考文献

3  遥感卫星系统和服务的主要发展趋势

  3.1  引言

  3.2  重塑遥感领域

      3.2.1  小型遥感卫星革命

      3.2.2  遥感数据数字处理与分析技术发展

      3.2.3  国防侦察的衍生品

  3.3  全球新的商业利益

  3.4  遥感卫星系统的增长

  3.5  小结

  参考文献

4  精确导航与授时的发展壮大

  4.1  引言

  4.2  GNSS卫星如何确定用户的确切位置

  4.3  GNSS的创新

  4.4  关键问题及关注事项

  4.5  个人监视、隐私和自由

  4.6  网络安全与使用GNSS设备入侵计算机控制系统

  4.7  依赖GNSS的自动化系统存在的漏洞及备份方案

  4.8  GNSS的全球扩张

  4.9  小结

  参考文献

5  气象卫星的新功能

  5.1  引言

  5.2  重要的新气象追踪能力

      5.2.1  先进基线成像仪（Advanced Baseline Imager，ABI）

      5.2.2  对地静止闪电测绘仪（Geostationary Lightning Mapper，
GLM）

      5.2.3  地面伽马射线闪光监测（Terrestrial Gamma Ray Flashes，
TGF）

      5.2.4  新的卫星气候变量监测（ECV）

  5.3  太阳活动监测和近实时数据分析显示

  5.4  改进地球磁层变化监测

  5.5  紧急搜救和恢复通信

  5.6  小结

  参考文献

6  原生区域的新用途

  6.1  引言

  6.2  空间态势感知

  6.3  正在开发的新技术

  6.4  对原生区域的新应用不断增多

      6.4.1  高空原生区域旅游

      6.4.2  用于通信、信息技术和对地观测服务及高空平台系统
（High-altitude Platforms，HAPS）的无人机或气球

      6.4.3  黑暗天空站

      6.4.4  自动化机器人货运飞机

      6.4.5  高超声速运输系统

  6.5  高超声速武器与防御系统

  6.6  小结

  参考文献

7  在轨服务、碎片清除和废弃航天器再利用

  7.1  引言

  7.2  应对空间碎片

      7.2.1  开展主动碎片清除

      7.2.2  ConeXpress轨道延寿飞行器（也称ConeX或CX-
OLEV）

      7.2.3  MDA公司与“空间基础设施服务”

      7.2.4  ViviSat公司及其“任务延寿飞行器”

      7.2.5  X-37B轨道试验飞行器（OTV）——NASA、美国
空军和DARPA

      7.2.6  内华达山脉公司“追梦者”太空飞机

      7.2.7  碎片清除小卫星

      7.2.8  德国宇航中心DEOS任务

      7.2.9  “清洁空间一号”——EPFL

      7.2.10  电动力碎片清除器

  7.3  小结

  参考文献

8  天基太阳能发电卫星系统

  8.1  引言

  8.2  从早期的设计概念到当前的SBSP系统

  8.3  目前为设计和开发SBSP系统所做的工作

  8.4  SBSP地面接收系统

  8.5  SBSP领域的国际倡议

  8.6  发展SBSP的其他原因

  8.7  发射系统以及天基发电系统的可行性

  8.8  政策和监管问题

  8.9  小结

  参考文献

9  太空武器、太空战争威胁和行星防御

  9.1  引言

  9.2  50年来在和平利用外层空间方面取得的进展

  9.3  作为《外层空间条约》补充的软法机制

  9.4  外层空间军事化威胁日益加剧

  9.5  空间交通管理、空间态势感知和空间安全新方法

  9.6  抵御宇宙威胁、开展行星防御

  9.7  小结

  参考文献

10  化学火箭系统的发展趋势与卫星发射的新途径

  10.1  引言

  10.2  运载火箭设计的发展及其工作原理

  10.3  离子推进器和电推进航天器（Electrical Space Vehicles）

  10.4  设计和制造发射系统的新方法

  10.5  立方体卫星和小卫星的发射系统

  10.6  作为阶段上升系统的载机和空天飞机

  10.7  全球的发射场

  10.8  发射操作的基本地面支持系统

  10.9  平流层高空平台：准卫星发射

  10.10  小结

  参考文献

11  发射与推进系统的长期发展

  11.1  引言

  11.2  深空系统

      11.2.1  太阳帆航天器

商业航天产业迅速变化的时代被称为“新航天”和“航天2.0”时代。为满足商业发射低成本、快速灵活的市场要求，传统航天企业继续释放技术资源、优化服务模式，加速布局商业航天。随着空间基础设施的不断完善，卫星运营服务逐步成为商业航天的价值高地。
本书介绍新航天工业以及传统航天工业在过去十年发生的巨大变化，分析了过去十年卫星设计、制造、发射和运行等方面取得的革命性进步，并展望了航天工业未来的发展趋势。
本书对于航天工程技术人员、管理人员和航天企业家了解当今航天技术的发展方向有很好的参考和启示。

约瑟夫 N. 佩尔顿（Joseph N. Pelton）博士是国际空间大学的前任院长和董事会主席。他也是亚瑟 C. 克拉克基金会的创始人，也是国际卫星专业协会（现国际空间与卫星专业协会（Space and Satellite Professionals Internationa，SSPI）的创始人。佩尔顿博士目前在国际空间安全促进协会执行委员会任职。他是乔治华盛顿大学空间和高级通信研究所的名誉主任，1998年至2004年，他还担任了该大学电信和计算机硕士项目主任。此前，他在科罗拉多大学博尔德分校担任跨学科电信项目主任。佩尔顿博士还担任过国际空间安全基金会主席和全球法律信息网主席。
杨榕，作者长期在航天企业工作，主要从事企业规划论证、改革调整以及综合经营等方面的管理工作，重点开展了型号经费综合计划的研究、策划、实施和监督管控，针对所属单位的类型特点开展了差异化的考核管理。累计发表文章10篇，撰写重要管理报告30余篇，共获得奖励15项，其中省部级奖励5项。