廖小剛,王巖松,宋 堯
(1.軍事科學研究院,北京100142;2.中國航天員科研訓練中心,北京100194)
2017年是世界載人航天發(fā)展取得顯著進展的一年。在這一年,美國重新確立了重返月球的國家目標,月球將再次成為美國和全球載人航天發(fā)展的共同目標;美、俄等國同意聯(lián)合建設月球軌道空間站,不僅為載人登陸月球提供支持,同時為后國際空間站時代的載人航天國際合作奠定堅實的基礎;以“航天發(fā)射系統(tǒng)”和獵戶座飛船為代表的航天系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)步推進,計劃于2019年實現(xiàn)首飛;以“獵鷹”9火箭和“龍”飛船等近地軌道運輸系統(tǒng)實現(xiàn)重復使用為代表,商業(yè)航天的技術與能力不斷躍升;無人月球、火星等深空探測任務熱度不減,將為未來的載人深空任務提供支撐。
2017年,各主要航天國家高度重視載人航天的頂層規(guī)劃,進一步明確未來發(fā)展目標,確保本國載人航天持續(xù)高速發(fā)展。
美國特朗普政府積極調整載人航天發(fā)展政策與目標,意圖通過發(fā)展載人航天提升美國的航天競爭力,同時促進國內經濟發(fā)展。美國總統(tǒng)特朗普6月簽署總統(tǒng)指令,重新建立國家航天委員會;該委員會將從國家層面對載人航天、商業(yè)航天與軍事航天進行頂層謀劃,負責審議美國的國家航天政策,制定國家航天活動戰(zhàn)略,以確保美國在空間探索和技術創(chuàng)新中的領先地位;在該委員會的推動下,特朗普12月簽署總統(tǒng)備忘錄,正式將載人重返月球確定為美國的航天目標;NASA隨后發(fā)表聲明,將在2019財年預算中體現(xiàn)出重返月球的計劃[1]。重返月球目標的確立不僅是美國載人航天發(fā)展、也是全球載人航天發(fā)展的里程碑事件,標志著人類在不久的未來將再次登陸月球,并將進行長期開發(fā),實現(xiàn)人類對首個地外星體的開發(fā)利用。
俄羅斯也積極做好載人航天的頂層規(guī)劃。俄羅斯航天國家公司2017年已經啟動“2050年前航天發(fā)展規(guī)劃”的擬制工作,其目標是鞏固俄羅斯在航天市場的地位,并繼續(xù)發(fā)展載人航天事業(yè)[2]。載人航天領域主要任務包括:向國際空間站發(fā)射新艙段,同時進行載人登月和月球開發(fā)。盡管由于經濟持續(xù)低迷,俄羅斯載人航天發(fā)展面臨較大挑戰(zhàn),但俄羅斯還是多方籌措,確保載人航天重點項目的發(fā)展,希望借此拉動國內經濟發(fā)展和樹立國際地位。
日本公布2018財年航天預算,繼續(xù)維持國際空間站日本“希望”實驗艙的運行、發(fā)射貨運飛船“鸛”,還將繼續(xù)研發(fā)H-3火箭與下一代貨運飛船(HTV-X)等新型系統(tǒng)[3]。由于不具備獨立的載人航天能力,日本、歐洲等積極謀求通過國際合作發(fā)展載人航天。日本6月宣布,利用參加美國新建月球軌道空間站的機會,力爭到2030年實現(xiàn)日本航天員的登月之旅[4]。歐洲也積極參與美俄聯(lián)合建設的月球軌道空間站,考慮研制“阿里安”6火箭和“太空拖船”為月球軌道空間站提供運輸服務[5]。澳大利亞9月25日宣布將成立澳大利亞航天局以促進航天事業(yè)的發(fā)展[6]。根據(jù)本國實際情況,澳大利亞航天局將仿效英國航天局,發(fā)展重點主要以衛(wèi)星應用、拉動國內經濟發(fā)展為主,病通過國際合作方式積極參與載人航天研究。
2017年,各國積極發(fā)展重型、中型等火箭,不斷提高空間進入能力,并為未來深空探索做準備。
美國將重型運載火箭視為國家的戰(zhàn)略資產,加緊“航天發(fā)射系統(tǒng)”(SLS)的生產。目前SLS芯級五個部段飛行件全部制造完畢;上面級飛行件已完成最終測試和檢查,并運抵肯尼迪航天中心與其他部段集成,力爭在2019年12月實現(xiàn)火箭的首飛[7]。
俄羅斯不僅重視中型運載火箭,以搶占國際發(fā)射市場,同時關注重型運載火箭發(fā)展以實現(xiàn)未來深空探索。俄“聯(lián)盟”5中型運載火箭進展順利,其一子級RD-171MV發(fā)動機已完成設計工作,預計2021年首飛,將代替“安加拉”A5P火箭用于發(fā)射未來的“聯(lián)邦”號載人飛船[8]。俄總統(tǒng)普京5月要求加快超重型運載火箭研制,目前俄航天國家集團已經起草了計劃書的擬定,該型火箭近地軌道運載能力將達到160 t,2028年首飛,其目標是進行月球、火星等深空探索[9]。
歐洲、日本則繼續(xù)推進各自新型火箭的研制,希望在降低成本的同時,提高運輸能力。歐洲航天局6月簽署合同,將研制“普羅米修斯”低成本可重復使用發(fā)動機的驗證機,將作為2030年以后的歐洲航天發(fā)動機的先驅[10]。歐洲航天局還將研制“太空騎士”可重復使用航天飛機,將利用歐洲“過渡性試驗飛行器”的相關技術,實現(xiàn)重復使用6次,將800 kg的載荷送入近地軌道[11]。日本11月公開展示將用于未來H-3火箭的新型LE9發(fā)動機,新發(fā)動機比現(xiàn)役H-2火箭使用的發(fā)動機零部件減少約兩成,但推力約為目前的1.4倍,將為H-3火箭2020年首飛提供動力[12]。
美國用于未來深空載人探索任務的“獵戶座”飛船2017年取得多個里程碑進展。8月完成首次系統(tǒng)帶電測試,驗證了飛船的核心計算機、供電及數(shù)據(jù)設備的健康狀態(tài)。9月首艘載人型“獵戶座”飛船開始組裝。12月,該飛船還進行了意外降落模擬驗證,驗證飛船在主傘無法全部打開時的應急措施[13]。
俄羅斯也在穩(wěn)步推進新一代“聯(lián)邦”號載人飛船的研制工作。3月,俄羅斯航天國家公司載人航天領域總設計師葉甫蓋尼·米克林在接受采訪時表示,主要用于載人登月的“聯(lián)邦”號飛船計劃于2021年進行首次自主無人飛行試驗,屆時將搭乘費“奧多爾”機器人,首次載人飛行任務計劃于 2023 年實現(xiàn)[14]。
為更好地執(zhí)行深空探索任務,美、俄等國提前布局,開始招收新一代航天員,為未來執(zhí)行深空任務做準備。
NASA于6月從超過18300名申請者中選出了12名預備航天員,這是NASA自2000年以來選出的最大班底。經過兩年的訓練后,這些航天員未來將乘坐“獵戶座”飛船執(zhí)行月球等深空探索任務[15]。加拿大于7月宣布第4次航天員選拔結果,從最后的17名候選人中選出兩人作為加拿大航天局的第13和第14位航天員。這兩位新入選的航天員將同期加入NASA 2017年航天員訓練班,開展為期兩年的預備航天員訓練[16]。
俄羅斯新一輪航天員選拔工作于3月啟動,新一批航天員將學習俄羅斯未來的“聯(lián)邦”號飛船的操作,將乘坐新飛船執(zhí)行國際空間站和探月任務。此次選拔是俄羅斯航天員的第17次選拔,此次選拔的特點是開放的,申請人不局限于軍人飛行員和火箭航天部門的工作人員,預計最后選拔 6 ~8 人[17]。
12月,阿聯(lián)酋宣布啟動首個航天員選拔培訓計劃,要在5年內把4名本國航天員送往國際空間站,這將使阿聯(lián)酋成為中東少數(shù)幾個有人上天的國家之一,從而兌現(xiàn)其“要在未來50年成為太空探索領域全球領先者”的誓言[18]。
美、俄繼續(xù)發(fā)射場建設,為未來火箭發(fā)射提供便利。
2月,自2011年一直停用的美國肯尼迪航天中心LC-39 A發(fā)射臺再次啟用,SpaceX公司的“獵鷹”9火箭從該發(fā)射臺發(fā)射執(zhí)行第10次國際空間站貨運任務。LC-39 A發(fā)射臺曾執(zhí)行過人類首次登月發(fā)射任務和首次航天飛機發(fā)射任務,極具歷史意義,但自2011年7月“亞特蘭蒂斯”號航天飛機執(zhí)行退役前最后一次任務之后一直停用[19]。SpaceX后來租賃該發(fā)射臺進行改造,未來將主要用于發(fā)射載人任務和“獵鷹重型”運載火箭。
俄羅斯“東方”航天發(fā)射場自2016年實現(xiàn)首飛之后,繼續(xù)加緊建設,2017年不僅實現(xiàn)了第二次發(fā)射,同時還啟動了二期工程的建設,將建造“安加拉”運載火箭發(fā)射臺[20],為實現(xiàn)載人發(fā)射奠定基礎。俄總統(tǒng)普京9月表示,東方發(fā)射場將成為俄羅斯國內最大的民用航天發(fā)射場,它將確保俄羅斯對外太空的探索,完成載人航天發(fā)射任務[21]。
2017年,國際空間站第50~53長期考察組進駐,繼續(xù)在國際空間站開展多項實驗研究任務;國際空間站商業(yè)化步伐明顯加快,以獲得效益的最大化,并為今后的深空探索和改善地球生活做準備。
2017年,各國共向國際空間站發(fā)射13艘飛船,其中4次載人任務,9次貨運任務[22],不僅運送了人員和補給,同時運輸了大量的科學設備,利用國際空間站獨特的環(huán)境開展激光通信、自動交會對接等科學試驗,為未來的深空探測進行技術探索。特別是由美國畢格羅航空航天公司研制BEAM充氣艙通過了一年測試期,初步研究結果顯示,BEAM在阻抗空間碎片方面達到了設計要求。由于其良好的應用性能,可幫助NASA了解和掌握到充氣式居住艙如何應對輻射、微流星體與軌道碎片。NASA考慮在2018年試驗到期后繼續(xù)延長BEAM任務,從而幫助人類利用柔性材料充氣艙開展深空探索[23]。
為充分發(fā)揮國際空間站的效益,節(jié)省開支,各參與方都積極利用國際空間站開始商業(yè)化運作。美國特朗普政府一直希望在在國際空間站運行方面納入更多商業(yè)合作,拓展公私航天機構合作和國際空間站科學研究與商業(yè)性應用,以實現(xiàn)技術效益最大化的承諾[24]。歐洲也決定啟動“冰立方”計劃,允許研究人員在國際空間站歐洲“哥倫布”艙內開展實驗,“這項計劃是歐洲在太空開展研究的首個商業(yè)機會”,將開啟歐洲國際空間站商業(yè)化的大門[25]。
SpaceX公司、波音公司、藍源公司等商業(yè)航天公司繼續(xù)保持高速發(fā)展,首次實現(xiàn)火箭的重復使用,新型重型運載火箭即將首飛,商業(yè)載人運輸項目進步明顯。
在2016年首次成功回收火箭的基礎上,2017年SpaceX公司實現(xiàn)了“獵鷹”9火箭一級和“龍”飛船的重復使用,全年發(fā)射18次,其中5次使用的是回收的火箭、兩次使用的是回收的“龍”飛船[26]。此外,SpaceX公司還在研制更容易實現(xiàn)重復使用的BLOCK 5型“獵鷹”9火箭,發(fā)射間隔將縮短為1天,重復使用10次以上[27]?;鸺貜褪褂每梢源蟠蠼档突鸺陌l(fā)射成本,并能提高發(fā)射頻率,將給未來的航天發(fā)展帶來顛覆性的影響。受SpaceX公司成功復用火箭的鼓舞,其他公司、國家也紛紛加入火箭重復使用技術研究的行列,都希望能夠掌握火箭復用技術,降低深空探索的成本,贏得未來的發(fā)射市場[28]。
2017年,以“獵鷹”系列和“新格倫”運載火箭為代表的商業(yè)航天系統(tǒng)進步顯著?!矮C鷹重型”運載火箭完成組裝,即將在2018年1月首飛,一旦成功,將成為現(xiàn)役最強大的火箭[29];運載能力超過“獵鷹重型”火箭的“新格倫”運載火箭3月公布了設計方案,將于2020年首飛[30]。這些新型運載火箭一旦成功,將大大彌補NASA運載能力的不足,幫助NASA實現(xiàn)月球和火星探索。
除火箭外,SpaceX公司和波音公司的載人飛船也繼續(xù)向載人飛行大步前進。2017年,波音公司“星際客車”飛船結構測試部件通過相關測試,首艘“星際客車”飛船已完成初始加電啟動,同時正在生產第二、第三艘“星際客車”飛船[31];SpaceX已完成其“龍”飛船所用航天服的首次加壓測試,并開始了首飛任務所用飛船的組裝[32]。SpaceX和波音公司均已完成著陸降落傘的測試,并將于2018年實現(xiàn)首次載人飛行。此外,NASA于1月分別向波音公司和SpaceX公司授予4次載人發(fā)射服務,使每家公司均有6次載人發(fā)射服務。NASA希望此舉能促進恢復美國自己的載人航天運輸能力,提供更靈活強大的人員運送,從而增加空間站航天員人數(shù),使NASA能充分利用國際空間站上的資源[33]。
受政府開發(fā)月球的吸引,美國各家航天公司都已開始了針對月球的布局,SpaceX、畢格羅公司、藍源公司等新興航天公司也相繼推出了月球探索的計劃。2月,SpaceX宣布2018年將送兩名付費游客進行環(huán)月飛行[34],并于9月公開展示了月球基地的渲染圖[35];畢格羅公司和ULA公司10月宣布將合作開發(fā)月球軌道居住艙,將支持國際或商業(yè)月球任務,為后續(xù)遠征火星作準備[36];藍源公司推出“藍色月球”計劃,其開發(fā)的月球著陸器將能夠在月球表面著陸5 t貨物[37]。這些商業(yè)公司的月球開發(fā)計劃將幫助美國以較低成本盡快實現(xiàn)重返月球的計劃,并實現(xiàn)長期駐留和月球資源開發(fā)。
9月,SpaceX公司還公布了其火星移民計劃,將研制具備150 t的近地軌道(LEO)運載能力的巨型火箭,于2024年左右實現(xiàn)登陸火星[38]。洛克希德·馬丁公司同時推出其“火星大本營計劃”,使航天員可從“火星大本營”乘飛船登陸火星表面[39]。
在美國重新確立重返月球的目標,主要國家與組織的注意力都被吸引到月球的同時,作為人類遠景目標的火星也依舊是各國探測的重點。
月球仍是各國載人探索最可行的目標之一,各國紛紛將載人登月與月球開發(fā)作為未來航天發(fā)展的重點。在9月召開的第68屆國際宇航大會上,俄羅斯航天國家公司和NASA就在月球軌道聯(lián)合建成“深空之門”月球空間站已達成一致,將于2024~2026年發(fā)射首個艙段[40]。在第一階段建成空間站后,其技術將應用到月球開發(fā)及探索火星任務中。隨后歐洲、日本等紛紛表示愿意參與該計劃,希望借此“搭車”實現(xiàn)載人登月[4-5]。這也為國際空間站2024年到期后的國際載人航天合作開辟了新的方向,國際社會可以繼續(xù)通過合作實現(xiàn)優(yōu)勢互補,整合力量共同進行深空探索。
俄羅斯“能源”火箭公司10月首次公布了“國家太空計劃”的四階段實施計劃,擬在月球表面建造載人月球車、輻射掩蔽所、實驗設施、礦產資源綜合體等,實現(xiàn)2031年載人登陸月球,2050年建設月球基地,并作為進入深空探索其他行星的中轉站[41]。
歐洲航天局啟動探月立方星競賽促進對月球的探測,將征集來自歐洲的公司、大學和研究中心的方案,利用立方星實現(xiàn)對月球的探測,為載人月球任務提供幫助,同時使歐洲能夠在繞月任務中迅速獲得利益[42]。
4月,NASA公布了2030年左右載人探索火星的五階段計劃,將通過多次地月空間任務最終實現(xiàn)載人登陸火星[43]。法國和日本4月簽署合作協(xié)議,將聯(lián)合開展“火星衛(wèi)星探索任務”,實現(xiàn)對火星衛(wèi)星采樣并返回[44]。俄羅斯宣布ExoMars-2020火星任務將于2020年7月發(fā)射,2021年3月著陸火星,尋找火星大氣中存在甲烷的證據(jù)[45]。
除月球和火星外,其他太陽系星體也是深空探索的目標。NASA的“卡西尼”土星探測器于9月墜落土星,結束其近20年的探測任務,曾做出土衛(wèi)二擁有全球性海洋、土衛(wèi)六上存在液態(tài)甲烷海洋等重大發(fā)現(xiàn)[46]。美歐4月決定合作開展“聯(lián)合歐羅巴任務”,包括一個軌道器和一個著陸器。著陸器將降落木衛(wèi)二表面,工作35天,收集生命跡象;軌道器則將對木衛(wèi)二進行多方面測量,并撞擊木衛(wèi)二,收集并傳輸木衛(wèi)二大氣層的數(shù)據(jù)。整個計劃將持續(xù)6年半[47]。
2017年,越來越多的國家將載人航天作為國家重要戰(zhàn)略目標而持續(xù)投入,月球已經明確成為全球載人航天發(fā)展的目標,各國圍繞月球積極研發(fā)新型航天系統(tǒng)與技術;“航天發(fā)射系統(tǒng)”/“獵戶座”、“聯(lián)盟”5運載火箭、“聯(lián)邦”號飛船等新型載人航天系統(tǒng)加快發(fā)展,國際空間站應用商業(yè)化趨勢進一步加劇,商業(yè)航天繼續(xù)快速發(fā)展,無人月球、火星等深空探測熱度不減。展望2018年,美國政府載人航天政策的調整和探索目標的轉移將為載人航天活動帶來新的生機和活力,同時驅動美國國內經濟快速發(fā)展,美國還將出臺詳細的載人登月計劃,以盡快實現(xiàn)重返月球;俄羅斯的航天長遠發(fā)展規(guī)劃將進一步明晰,其載人航天重點項目和投資方向將圍繞國際空間站和月球開發(fā)展開;商業(yè)航天或將出現(xiàn)較大突破,“獵鷹重型”火箭將進行首次試飛并啟動環(huán)月之旅,“龍”飛船和“星際客車”將完成首次載人飛行,將使美國再次具備近地軌道的載人運輸能力;中國將在2018年繼續(xù)空間站工程,受人矚目的“嫦娥”4號探測器將飛赴月球,嘗試首次月球背面著陸,世界載人航天將呈現(xiàn)出更加蓬勃發(fā)展的局面。
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[32] SpaceX just teased a chic new spacesuit[N/OL]. (2017-08-23)[2018-01].http://money.cnn.com/2017/08 /23/technology/future/spacex-spacesuit/index.html.
[33] NASA’s commercial crew program target test flight dates[N/OL]. (2018-01-11)[2018-01].https://blogs.nasa.gov/commercialcrew /2018 /01 /11 /nasas-commercial-crew-program-target-test-flight-dates-2/.
[34] SpaceX to fly two space tourists around the moon in 2018[N/OL]. (2017-02-27) [2018-01].http://money.cnn.com/2017 /02 /27 /technology/spacex-moon-tourism/index.html.
[35] Elon Musk named SpaceX’s moonbase after a cult Sci-Fi classic[N/OL]. (2017-09-29)[2018-01].https://www.yahoo.com/news/elon-musk-named-spacex-apos-062500384.html.
[36] Bigelow aerospace and united launch alliance announce agreement to place a B330 habitat in low lunar orbit[N/OL].(2017-10-17) [2018-01].https://www.ulalaunch.com/about/news/2017 /10 /17 /bigelow-aerospace-and-unitedlaunch-alliance-announce-agreement-to-place-a-b330-habitatin-low-lunar-orbit?title=Bigelow+Aerospace+and+United+Launch+Alliance+Announce+Agreement+to+Place+a+B330+Habitat+in+Low+Lunar+Orbit.
[37] Blue Origin ready to support NASA lunar missions with Blue Moon[N/OL]. (2017-04-06) [2018-01].http://spacenews.com/blue-origin-ready-to-support-nasa-lunar-missionswith-blue-moon/.
[38] Elon Musk proposes using SpaceX’s‘BFR’ to travel around Earth[N/OL]. (2017-09-29)[2018-01].https://www.engadget.com/2017 /09 /29 /elon-musk-spacex-bfr-travel-earth /.
[39] Lockheed Martin reveals new details to its Mars base camp vision[N/OL]. (2017-09-28) [2018-01].https://news.lockheedmartin.com/2017-09-28-Lockheed-Martin-Reveals-New-Details-to-its-Mars-Base-Camp-Vision.
[40] NASA, Roscosmos sign joint statement on researching, exploring deep space[N/OL]. (2017-09-27)[2018-01].https://www.nasa.gov/feature/nasa-roscosmos-sign-joint-statementon-researching-exploring-deep-space.
[41] Russian Moon base to be built by 2050-Energia[N/OL].(2017-10-24) [2018-01].https://www.rt.com/news/407643-russian-moon-base-2050/
[42] Winning plans for CubeSats to the Moon[N/OL]. (2017-05-11)[2018-01].http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Winning_plans_for_CubeSats_to_the_Moon.
[43] Journey to Mars[N/OL]. (2017-04-20) [2018-01].https://www.nasa.gov/topics/journeytomars/index.html.
[44] France, Japan aim to land probe on Mars moon[N/OL].(2017-04-13)[2018-01].https://phys.org/news/2017-04-france-japan-aim-probe-mars.html.
[45] Russian space research institute announces July 2020 date for mission to Mars[N/OL]. (2017-03-10)[2018-01].https://sputniknews.com/world/201710031057894968-russiaexomars-launch/.
[46] Cassini at Saturn[N/OL]. (2017-09-26)[2018-01].https://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/main/index.html.
[47] Report: NASA, ESA plan joint mission to explore Jupiter Moon[N/OL]. (2017-04-27)[2018-01].http://www.executivegov.com/2017 /04 /report-nasa-esa-could-launch-jointmission-to-jupiters-europa-moon/.