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2021年全球深空探測領(lǐng)域發(fā)展綜述

2022-03-15 08:03:20王帥北京空間科技信息研究所
國際太空 2022年2期
關(guān)鍵詞:小行星火星月球

王帥(北京空間科技信息研究所)

2021年,深空探測領(lǐng)域在疫情影響下依舊迸發(fā)出強大活力,中美阿三國火星探測器成功抵達火星,全球發(fā)射3次深空探測任務(wù),“帕克太陽探測器”(PSP)等在軌任務(wù)實現(xiàn)新的探索里程碑,同時多個政府和商業(yè)探測任務(wù)蓄勢待發(fā)。各國政府繼續(xù)推動以月球和火星為重點的太陽系探測,地月空間經(jīng)濟圈吸引越來越多商業(yè)力量進駐,與此同時美軍開始加速布局地月空間活動能力,深空探測領(lǐng)域正迎來參與者爆發(fā)、從探索邁向應(yīng)用的轉(zhuǎn)型發(fā)展期。此外,美國將深空領(lǐng)域視為推動新太空國際規(guī)則的重要著力點,推動國際聯(lián)盟與秩序的建立。

1 整體情況概述

中美阿探測器成功抵達火星,實現(xiàn)多項成就

2021年2月,中國天問一號、美國“火星2020”(Mars 2020)以及阿聯(lián)酋“希望”(Hope)探測器成功抵達火星。之后,“火星2020”攜帶的毅力號(Perseverance)火星車在火星表面著陸,其攜帶的機智號(Ingenuity)火星直升機試飛成功,實現(xiàn)人類首次在地球以外的星體上成功放飛旋翼飛行器?!跋M碧綔y器成功進入火星軌道,標(biāo)志著阿拉伯世界登上深空探測舞臺。中國天問一號實現(xiàn)火星“繞、著、巡”探測,成為美國著陸器之外唯一成功著陸火星的探測器,在火星上留下中國印記。

毅力號火星車與機智號火星直升機(來源:NASA)

美國多次發(fā)射新型探測任務(wù),增進領(lǐng)先優(yōu)勢

美國國家航空航天局(NASA)發(fā)射“露西”(Lucy)小行星探測器,將首次探測木星軌道上的“特洛伊”小行星;發(fā)射“雙小行星重定向測試”(DART)任務(wù),首次試驗用于改變小行星運行軌道的動能撞擊技術(shù),為防止小行星撞擊地球奠定技術(shù)基礎(chǔ);發(fā)射迄今為止尺寸最大、功能最強的空間望遠鏡——“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”(JWST),補充和擴展“哈勃空間望遠鏡”(HST)的發(fā)現(xiàn),以更長的波長覆蓋范圍和更高的靈敏度探索宇宙。新的小行星探測與科學(xué)觀測任務(wù),不僅將為人類揭示宇宙起源與演化等基本問題提供新的信息,還將推動多項新型航天技術(shù)的發(fā)展,進一步鞏固美國在深空探測領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。

多類任務(wù)穩(wěn)步推進探索進程,取得新的突破

美國“帕克太陽探測器”在第八次飛越太陽期間,成功穿過太陽大氣的最外層——日冕,并采集了粒子和磁場數(shù)據(jù),成為首個“接觸”太陽的航天器。毅力號火星車成功利用火星稀薄大氣制氧,為載人火星探測鋪平道路。“歐西里斯-雷克斯”(OSIRIS-Rex)小行星采樣返回探測器完成采樣和探測,告別貝努小行星,開始返回地球的旅程。歐洲和日本合作的“貝皮·科倫坡”(Bepi Colombo)水星探測器首次近距離飛越水星,并拍攝了水星圖像。

“雙小行星重定向測試”(來源:NASA)

“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”(來源:NASA)

“帕克太陽探測器”(來源:NASA)

多次任務(wù)進入最終準備階段,即將開啟征程

受疫情、經(jīng)濟、技術(shù)等因素影響,原定于2021年發(fā)射的多次深空探測任務(wù)推遲至2022年后發(fā)射,包括美國的阿爾忒彌斯-1(Artemis-1)任務(wù),俄羅斯的月球-25(Luna-25)任務(wù),印度的月船-3(Chandrayaan-3)任務(wù),NASA“商業(yè)月球有效載荷服務(wù)”(CLPS)計劃的前兩次任務(wù)—宇宙機器人公司(Astrobotic)的“游隼”(Peregrine)著陸器任務(wù)和直覺機器公司(Intuitive Machines)的新星—C(Nova-C)月球著陸器任務(wù),以及NASA“地月空間自主定位系統(tǒng)技術(shù)操作與導(dǎo)航試驗”(CAPSTONE)立方星任務(wù)等。上述任務(wù)以及原本計劃2022年發(fā)射的歐俄聯(lián)合“火星生物學(xué)”項目第二次任務(wù)、日本“小型月球探測著陸器”(SLIM)、NASA“賽琪”(Psyche)金屬小行星探測任務(wù)等,均已進入最終準備階段,即將開啟新的征程。

2 發(fā)展態(tài)勢分析

以月球火星為重點推動太陽系探測

在美國重返月球計劃和載人火星探測終極目標(biāo)的牽引下,全球探索活動繼續(xù)聚焦月球和火星兩大目標(biāo)。月球探測方面,NASA的“阿爾忒彌斯”(Artemis)計劃正推動載人與無人相結(jié)合的探測方式;俄羅斯推進“月球”系列探測任務(wù)的發(fā)展;日本和印度正發(fā)展月球軟著陸任務(wù)—“小型月球探測著陸器”和月船-3;韓國推進首次月球任務(wù)—“韓國探路者月球軌道器”(KPLO)的研制工作;土耳其則宣布計劃開展月球探測任務(wù)?;鹦翘綔y方面,美歐聯(lián)合開展的火星采樣返回計劃已經(jīng)進入實施階段,NASA已經(jīng)授出“火星上升推進系統(tǒng)”(MAPS)的研制合同;歐俄合作的“火星生物學(xué)”項目第二次任務(wù)、印度曼加里安-2(Mangalyaan-2)任務(wù)等也將陸續(xù)起航;NASA和加拿大、日本、意大利簽署有關(guān)合作開展“火星冰測繪儀”(MAP)任務(wù)的意向書,該任務(wù)將作為火星載人探測任務(wù)的先驅(qū),尋找火星表面的冰層。

此外,美歐等國還在推進小行星、巨行星以及太陽等目標(biāo)的探測任務(wù),持續(xù)拓展人類的探索疆域。阿聯(lián)酋也提出了2028年左右發(fā)射小行星帶探測任務(wù)。金星探測在沉寂多年之后,再次受到世界關(guān)注,NASA和歐洲航天局(ESA)相繼選定新的金星探測任務(wù),包括NASA的發(fā)現(xiàn)級任務(wù)“達芬奇+”(DAVINCI+)和“真相”(VERITAS)以及ESA的“宇宙愿景”計劃中型任務(wù)“預(yù)見”(EnVision),三項任務(wù)計劃在2030年左右發(fā)射,共同為科學(xué)界提供新的金星探測數(shù)據(jù)。

商業(yè)力量廣泛進駐深空探測領(lǐng)域

美國在推動“阿爾忒彌斯”計劃時,正將擁有能力轉(zhuǎn)變?yōu)椴少彿?wù),牽頭創(chuàng)造一個可持續(xù)的月球市場環(huán)境,全方位推進月球探測的商業(yè)化。在CLPS計劃下,NASA通過購買商業(yè)公司開發(fā)的著陸器將有效載荷交付至月球表面。截至2021年12月底,NASA已經(jīng)向美國宇宙機器人、直覺機器、螢火蟲航天(Firefly Aerospace)、馬斯滕空間系統(tǒng)(Masten Space Systems)等4家公司授出了7項任務(wù)訂單。日本ispace公司已融資約2億美元,計劃于2022年發(fā)射的首次任務(wù)的所有有效載荷已經(jīng)就緒,包括日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)開發(fā)的小型“可變形月球機器人”,阿聯(lián)酋穆罕穆德·本·拉希德航天中心開發(fā)的月球車等。以色列的太空以色列公司(SpaceIL)也正推進創(chuàng)世紀-2(Beresheet-2)任務(wù),將再次挑戰(zhàn)月球軟著陸。

隨著月球探測任務(wù)的增多,美歐已經(jīng)開始推動商業(yè)力量建立月球通信與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò),服務(wù)于未來的載人與無人探測任務(wù),降低任務(wù)實施門檻以及任務(wù)成本。NASA正在“阿爾忒彌斯”計劃下推動“月球網(wǎng)”(LunaNet)的建立,該網(wǎng)絡(luò)預(yù)計將為月球及其周圍的航天器提供中繼通信與導(dǎo)航信息服務(wù)。NASA的CAPSTONE立方星任務(wù)將驗證“門戶”(Gateway)地月空間站的運行軌道,同時測試導(dǎo)航系統(tǒng)。ESA正與商業(yè)伙伴合作推動“月光”(Moonlight)計劃,將建立商業(yè)月球通信和導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng),首次任務(wù)“月球探路者”計劃于2023年發(fā)射。此外,美國空間飛行公司(Spaceflight)也計劃驗證月球飛行共乘服務(wù),為未來月球任務(wù)提供共乘機會。

美軍開始加速布局地月空間活動能力

在民商月球探測快速推進的同時,美國防部提出地月空間與國家利益綁定,需要實施地月空間軍事活動以保護國家利益,進而開始推動地月空間相關(guān)活動的發(fā)展。美軍正融入國家“重返月球”戰(zhàn)略,與民商協(xié)同發(fā)展地月空間技術(shù),積極推動發(fā)展“地月空間高速公路巡邏系統(tǒng)”(CHPS)和“敏捷地月空間飛行火箭驗證”(DRACO)項目,增強地月空間態(tài)勢感知和機動能力。

在DRACO計劃下,美國國防高級研究計劃局(DARPA)授予美國通用原子公司(GA)以及洛馬公司(LM)和藍源公司(Blue Origin)合同,用于設(shè)計太空推進用小型核反應(yīng)堆,并開展航天器概念設(shè)計。DARPA還宣布一項名為“新型軌道和月球制造、材料和高效率設(shè)計”的新項目,期望在月球上制造大型結(jié)構(gòu),可能用于偵察、感知和資源開采等應(yīng)用。美空軍研究實驗室發(fā)布《地月空間基礎(chǔ)》報告,為參與開發(fā)計劃、能力、專業(yè)知識和作戰(zhàn)概念的軍事航天專業(yè)人員普及“地月空間”基礎(chǔ)知識??哲娧芯繉嶒炇艺匍_地月空間利益相關(guān)者會議,與政府航天機構(gòu)共同協(xié)調(diào)圍繞地月空間能力的活動。

美國牽頭推動深空領(lǐng)域新聯(lián)盟與新規(guī)則

在百年之未有大變局下,美國認為新的、由其主導(dǎo)的太空國際規(guī)則具有重要戰(zhàn)略價值,將國際規(guī)則博弈提升到了很高的戰(zhàn)略位置,在新版《國家航天政策》首條原則中強調(diào)“負責(zé)任的太空行為”,在目標(biāo)中新增“鼓勵和維護各國負責(zé)任和平利用太空的權(quán)利”,明確提出“將價值觀輸出到所有太空目的地”。深空探測作為航天前沿領(lǐng)域,原有國際規(guī)則對其中的多項活動缺乏具體的要求與監(jiān)管,同時該領(lǐng)域由美國全面主導(dǎo),其話語權(quán)最強,因此美國將深空探測領(lǐng)域視為推動新太空國際規(guī)則的重要著力點。

近年來,美國積極推動深空探測領(lǐng)域的國際聯(lián)盟與規(guī)則制定,意欲推動“適用于解決21世紀太空安全和商業(yè)活動的基礎(chǔ)太空條約”。合作方面,美國正通過“阿爾忒彌斯”計劃廣納國際合作伙伴參與。2021年,韓國、新西蘭、巴西等國家簽署了《阿爾忒彌斯協(xié)定》,進一步擴大了新太空聯(lián)盟;同時加強與歐洲航天局在科學(xué)探測領(lǐng)域的合作,推動火星采樣返回計劃并謀劃在21世紀30年代期間協(xié)同開展金星探測任務(wù)。規(guī)則方面,美國正引領(lǐng)國際空間資源法的制定,日本也于2021年跟隨美國制定空間資源法;同時美國還正引導(dǎo)新的行星保護規(guī)則并推動全球行星防御活動,為其制定空間行為法則奠定基礎(chǔ)。

3 小結(jié)

2021年,深空探測繼續(xù)彰顯出強大的活力與影響力,多國多類型的探測器取得重大進展,商業(yè)和軍事力量開始進駐地月空間,推動地月空間從傳統(tǒng)的科研與探索區(qū)向經(jīng)濟與軍事區(qū)發(fā)展。需要注意的是,在新興的地月空間發(fā)展熱潮中,美國正推動聯(lián)盟發(fā)展、規(guī)則博弈與資源搶占,引導(dǎo)國際合作伙伴認同其價值觀,保障美國在太空領(lǐng)域的國家利益。

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