范嵬娜（北京空間科技信息研究所） 夏輝（國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局信息中心）

2012年5月，全球空間探索大會(huì)（GLEX）在美國(guó)華盛頓召開，世界各國(guó)或地區(qū)的航天機(jī)構(gòu)高級(jí)官員及探索部門的主管，政府、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、非政府組織的代表出席了此次會(huì)議，北京空間科技信息研究所派出兩人參會(huì)。這次會(huì)議在《全球探索路線圖》第一版修改過程中召開，是各參與國(guó)或地區(qū)政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界共同研討、協(xié)調(diào)的好機(jī)會(huì)，是國(guó)際合作空間探索進(jìn)程中的一個(gè)重要里程碑。

1 全球合作空間探索戰(zhàn)略及途徑達(dá)成一致

早在2006年，14個(gè)國(guó)家或組織[美國(guó)、俄羅斯、歐洲航天局（ESA）、中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利、日本、韓國(guó)、印度、烏克蘭、澳大利亞、加拿大]的航天機(jī)構(gòu)開展了關(guān)于全球合作空間探索的一系列討論，共同繪制太陽(yáng)系機(jī)器人和載人空間探索的愿景。2007年5月，14個(gè)國(guó)家或組織的航天機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了多國(guó)合作空間探索的頂層戰(zhàn)略—《全球探索戰(zhàn)略：合作框架》。之后根據(jù)該戰(zhàn)略要求，成立了國(guó)際空間探索協(xié)調(diào)組（ISECG）。通過這個(gè)機(jī)構(gòu)，各航天機(jī)構(gòu)可以交換信息，促進(jìn)各自的探索計(jì)劃及合作的探索工作。2011年9月，ISECG 聯(lián)合12個(gè)國(guó)家或組織（不包括中國(guó)）發(fā)布了《全球探索路線圖》，該路線圖規(guī)劃了未來25年通過國(guó)際合作人類持續(xù)探索月球、小行星和火星的路徑和方案，規(guī)定了探索目標(biāo)和目的、任務(wù)方案及探索準(zhǔn)備活動(dòng)的協(xié)調(diào)等，促進(jìn)了全球合作探索戰(zhàn)略的實(shí)施。

空間探索的共同目標(biāo)及目的達(dá)成一致

參與簽訂《全球探索路線圖》的12個(gè)國(guó)家或組織表達(dá)了一致的看法，那就是空間探索活動(dòng)可以為各參與國(guó)帶來諸多價(jià)值。

分階段、分步驟探索月球、小行星、火星多個(gè)目的地

關(guān)于未來25年的空間探索活動(dòng)，各參與方表示要積極參與，各主要航天國(guó)家也正在開發(fā)先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)，認(rèn)為要分階段、分步驟地探索多個(gè)目的地，主要目的地包括月球、小行星和火星，可能還包括拉格朗日點(diǎn)等其他目的地。

通過兩條途徑實(shí)現(xiàn)登陸火星這個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)

各國(guó)達(dá)成一致，火星是長(zhǎng)期（25年）載人探索的最終目的地，各方認(rèn)為可以通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)：“小行星優(yōu)先”方案和“月球優(yōu)先”方案。

（1）“小行星優(yōu)先”方案的主要特點(diǎn)

· 利用“國(guó)際空間站”（ISS）增強(qiáng)探索能力；

· 利用商業(yè)/國(guó)際服務(wù)提供方獲得近地軌道進(jìn)入能力；

· 驗(yàn)證地月空間載人運(yùn)行的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)未來衛(wèi)星在軌服務(wù)/部署等任務(wù)；

未來25年全球探索路線圖

全球合作空間探索的共同目標(biāo)及目的

· 在地月空間拉格朗日L1點(diǎn)早期部署深空居住艙，允許在深空環(huán)境中驗(yàn)證居住及其他關(guān)鍵系統(tǒng)；

· 逐步驗(yàn)證不需要地球定期供給鏈的載人生存能力；

· “技術(shù)牽引”計(jì)劃，如載人火星任務(wù)所要求的先進(jìn)推進(jìn)及大型空間發(fā)電技術(shù)等；

· 2次4名航天員參與的載人小行星任務(wù)，之前有數(shù)次機(jī)器人探測(cè)任務(wù)，可能訪問多個(gè)可能的目標(biāo)小行星來確定每個(gè)目標(biāo)小行星的風(fēng)險(xiǎn)及科學(xué)優(yōu)先級(jí)。

（2）“月球優(yōu)先”方案的主要特點(diǎn)

· 利用ISS增強(qiáng)探索能力；

· 利用商業(yè)/國(guó)際服務(wù)提供方獲得近地軌道進(jìn)入能力；

· 2010－2020年計(jì)劃進(jìn)行大量的機(jī)器人月球探測(cè)任務(wù)，提供詳細(xì)的科學(xué)和原位研究信息；

· 早期部署中型和大型貨物著陸器，最終作為載人著陸系統(tǒng)的一部分，同時(shí)部署載人尺寸的月球車底架以促進(jìn)機(jī)器人探索能力；

· 4名航天員參與的5次長(zhǎng)期任務(wù)，探索月球極區(qū)域，具有長(zhǎng)距離的表面移動(dòng)性，驗(yàn)證火星探索需要的能力；

· “技術(shù)牽引”計(jì)劃，開發(fā)長(zhǎng)距離表面移動(dòng)能力、灰塵管理和減緩技術(shù)、行星表面居住、精確著陸及先進(jìn)的表面發(fā)電（如有要求）等技術(shù)；

· 有限、但適應(yīng)性強(qiáng)的載人月球活動(dòng)，可以擴(kuò)展實(shí)施額外的探索任務(wù)，或者實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的長(zhǎng)期應(yīng)用。

國(guó)際合作是長(zhǎng)期空間探索活動(dòng)的必然選擇

以火星為長(zhǎng)期目標(biāo)的中長(zhǎng)期空間探索活動(dòng)周期長(zhǎng)、規(guī)模大，技術(shù)復(fù)雜，耗資巨大，美、俄、歐等國(guó)家或地區(qū)多次強(qiáng)調(diào)，沒有任何一個(gè)國(guó)家可以完全有能力、有財(cái)力來掌握所有空間探索相關(guān)的能力，無法獨(dú)立實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期探索的宏偉目標(biāo)，國(guó)際合作是必然選擇，是發(fā)展趨勢(shì)。

載人和機(jī)器人任務(wù)協(xié)同工作，對(duì)于最大化實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)非常關(guān)鍵

在任何探索任務(wù)中，載人和機(jī)器人協(xié)同工作都是必要的，機(jī)器人任務(wù)包括主要用于滿足科學(xué)目標(biāo)的機(jī)器人任務(wù)、為載人任務(wù)作準(zhǔn)備的機(jī)器人任務(wù)以及同載人探測(cè)器一起發(fā)射的機(jī)器人系統(tǒng)。

各目的地探索活動(dòng)的目標(biāo)及挑戰(zhàn)

“小行星優(yōu)先”方案

對(duì)于參與全球探索路線圖的許多航天機(jī)構(gòu)來說，開發(fā)機(jī)器人探測(cè)技術(shù)具有很高的優(yōu)先權(quán)。這是由于探索需求有助于促進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)的革新，使相關(guān)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)受益。未來10年的載人航天活動(dòng)將集中在近地軌道及開發(fā)探索能力上，機(jī)器人探測(cè)任務(wù)將促進(jìn)我們對(duì)太陽(yáng)系的了解，并為載人探索任務(wù)作準(zhǔn)備。

2 空間探索系統(tǒng)及開發(fā)能力仍是關(guān)鍵

任務(wù)方案需開發(fā)的關(guān)鍵系統(tǒng)及能力

（1）“月球優(yōu)先”和“小行星優(yōu)先”兩方案都要具備的系統(tǒng)及能力

· 美國(guó)航空航天局（NASA）的“航天發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）：能夠運(yùn)送貨物或人員從地球到達(dá)目標(biāo)軌道的重型運(yùn)載火箭；

· NASA的“多用途乘員飛行器”（MPCV）：能夠運(yùn)送乘員到達(dá)探索目的地并返回地球的載人航天器；

·俄羅斯的“新一代空間運(yùn)載火箭”（NGSLV）：能夠運(yùn)送貨物或人員從地球到達(dá)目標(biāo)軌道的重型運(yùn)載火箭；

· 俄羅斯的新一代飛船：能夠運(yùn)送乘員到達(dá)探索目的地并返回地球的載人航天器；

· 低溫推進(jìn)級(jí)（CPS）：使用傳統(tǒng)化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、低溫發(fā)電機(jī)等向體系部件提供速度增量（△V）的空間級(jí)，包括推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移的能力；

· 服務(wù)支持系統(tǒng)：能夠使航天員和機(jī)器人維護(hù)在軌系統(tǒng)并組裝大型部件能力的系統(tǒng)和工具，包括艙外活動(dòng)服；

· 商業(yè)乘員運(yùn)輸器：能夠?qū)⒑教靻T運(yùn)送至近地軌道的商業(yè)系統(tǒng)；

“月球優(yōu)先”方案

· 商業(yè)貨物運(yùn)輸器：能夠?qū)⒇浳镞\(yùn)送至近地軌道的商業(yè)系統(tǒng)。

（2）“小行星優(yōu)先”方案需具備的獨(dú)特系統(tǒng)及能力

· 深空居住艙：具有深空環(huán)境所要求的先進(jìn)能力和系統(tǒng)的在軌居住艙；

· 先進(jìn)在軌推進(jìn)級(jí)：利用先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)的在軌級(jí)，如電能和核能推進(jìn)；

· 空間目的地系統(tǒng)：使人類能夠有效到達(dá)目的地的系統(tǒng)。

（3）“月球優(yōu)先”方案需具備的獨(dú)特系統(tǒng)及能力

· 月球貨物下降級(jí)：用于運(yùn)送最高為8t的貨物到達(dá)月球表面的系統(tǒng)；

· 月球上升級(jí)：與大型下降級(jí)組成組合體，用于運(yùn)送乘員往返月球表面；

· 表面部件：能夠使人類有效考察目的地表面目標(biāo)的系統(tǒng)；

· 1噸級(jí)的貨物著陸器：用于運(yùn)送最高為1t的貨物到達(dá)月球表面的系統(tǒng)。

任務(wù)方案需要驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)

（1）火星長(zhǎng)期任務(wù)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)

①輻射防護(hù)技術(shù)和措施；②分系統(tǒng)可靠性和在軌維修能力；③大型有效載荷的進(jìn)入、下降及著陸；④本地資源的應(yīng)用，如氧氣、水和甲烷；⑤先進(jìn)的在軌推進(jìn)技術(shù)；⑥低溫液體（H2、O2、CH4、Xe）的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和管理；⑦表面移動(dòng)性，包括常規(guī)的艙外活動(dòng)能力。

（2）“小行星優(yōu)先”方案需驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)

· 近地軌道區(qū)域：①進(jìn)一步驗(yàn)證在軌長(zhǎng)期居住能力；②分系統(tǒng)的高可靠性、適應(yīng)性以及保證最低級(jí)別的維修；③進(jìn)一步驗(yàn)證艙外活動(dòng)和機(jī)器人能力；④低溫液體的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和管理技術(shù)；⑤火星任務(wù)運(yùn)行概念的模擬。

· 地月空間區(qū)域：①在適當(dāng)?shù)妮椛洵h(huán)境中長(zhǎng)期居住的能力；②輻射防護(hù)及措施技術(shù)；③近地軌道以遠(yuǎn)再入速度驗(yàn)證；④系統(tǒng)的自主交付和部署能力；⑤分系統(tǒng)的高可靠性、適應(yīng)性以及保證最低級(jí)別的維修，在軌生活不具備持續(xù)的供給鏈；⑥低溫液體的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和管理技術(shù)；⑦近地小行星任務(wù)運(yùn)行概念的模擬。

· 近地小行星區(qū)域：①驗(yàn)證長(zhǎng)期的在軌居住能力；②先進(jìn)在軌推進(jìn)系統(tǒng)的驗(yàn)證；③低溫液體的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和管理技術(shù)；④系統(tǒng)的自主交付和部署能力；⑤分系統(tǒng)的高可靠性、適應(yīng)性以及保證最低級(jí)別的維修，在軌生活不具備持續(xù)的供給鏈；⑥火星任務(wù)運(yùn)輸運(yùn)行概念的驗(yàn)證。

（3）“月球優(yōu)先”方案需驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)：

· 近地軌道區(qū)域：①進(jìn)一步驗(yàn)證在軌長(zhǎng)期居住能力；②分系統(tǒng)的高可靠性、適應(yīng)性以及保證最低級(jí)別的維修；③進(jìn)一步驗(yàn)證艙外活動(dòng)和機(jī)器人能力；④低溫液體的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和管理技術(shù)；⑤運(yùn)行概念的模擬。

· 月球區(qū)域：①表面居住能力；②火星表面探索方案、運(yùn)行和技術(shù)：長(zhǎng)期的可移動(dòng)性、自主部署；③在灰塵環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行的能力和技術(shù)；④近地軌道以遠(yuǎn)再入速度的驗(yàn)證；⑤如可獲得，利用月球表面先進(jìn)的能源；⑥極端的表面移動(dòng)性；⑦魯棒、定期的艙外活動(dòng)能力；⑧精確地著陸和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

· 近地小行星區(qū)域：①驗(yàn)證長(zhǎng)期的在軌居住能力；②驗(yàn)證先進(jìn)的在軌推進(jìn)系統(tǒng)；③低溫液體的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和管理技術(shù)；④系統(tǒng)的自主交付和部署能力；⑤分系統(tǒng)的高可靠性、適應(yīng)性以及保證最低級(jí)別的維修，在軌生活不具備持續(xù)的供給鏈；⑥火星任務(wù)運(yùn)輸運(yùn)行概念的驗(yàn)證。

主要載人探索活動(dòng)及能力

（1）利用ISS為空間探索服務(wù)

ISS在探索準(zhǔn)備過程中起著基本的作用，ISS上基本的技術(shù)和運(yùn)行驗(yàn)證包括：①高可靠的居住和生保系統(tǒng)；②人體健康和工作能力；③驗(yàn)證探索能力；④促進(jìn)通信和空間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力；⑤運(yùn)行概念和技術(shù)。

（2）機(jī)器人任務(wù)

機(jī)器人探測(cè)任務(wù)通常是載人探索任務(wù)的先驅(qū)任務(wù)，如阿波羅計(jì)劃中的“勘測(cè)者”、“月球軌道器”等機(jī)器人先驅(qū)任務(wù)為載人月球任務(wù)提供了月球環(huán)境、限制條件等信息，同時(shí)這些機(jī)器人任務(wù)為后續(xù)的載人探索和科學(xué)考察任務(wù)識(shí)別了潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并確定了計(jì)劃到達(dá)區(qū)域的特點(diǎn)。同樣，近些年也發(fā)射了幾個(gè)火星探測(cè)任務(wù)，包括遙感軌道器、著陸器和火星漫游車等，這些任務(wù)獲取了有關(guān)火星表面和大氣環(huán)境關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，將指導(dǎo)探索系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行概念。

2010－2020年10年間將實(shí)行數(shù)次機(jī)器人探測(cè)任務(wù)，將為了解月球、小行星、火星及其衛(wèi)星作出重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，機(jī)器人探測(cè)與未來載人活動(dòng)的持續(xù)協(xié)調(diào)開展，既有利于將人類文明擴(kuò)展至近地軌道以遠(yuǎn)，又可以使人類更好地了解宇宙。

（3）先進(jìn)技術(shù)開發(fā)

在全球空間探索活動(dòng)中，技術(shù)開發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域被劃分為14個(gè)，參與各方共同開發(fā)相關(guān)技術(shù)：

· 發(fā)射推進(jìn)系統(tǒng)（美、俄、歐、日、英、韓、烏克蘭參與）；

· 空間推進(jìn)技術(shù)（美、俄、歐、日、英、法、意參與）；

· 空間能量存儲(chǔ)（美、俄、歐、日、英、意、德參與）；

· 機(jī)器人、遠(yuǎn)程機(jī)器人和自主系統(tǒng)（美、俄、加拿大、歐、日、英、法、德、韓參與）；

· 通信和導(dǎo)航（美、俄、加拿大、歐、日、意、法、德、韓、烏克蘭參與）；

· 人體健康、生命保障和居住系統(tǒng)（美、俄、加拿大、歐、日、意、法、德、韓、英參與）；

· 載人探索目的地系統(tǒng)（美、俄、加拿大、歐、日、德、英參與）；

· 科學(xué)儀器、觀測(cè)和傳感器系統(tǒng)（美、俄、加拿大、歐、日、意、德、韓、英、烏克蘭參與）；

· 再入、下降和著陸系統(tǒng)（美、俄、加拿大、歐、日、意、法、德、英參與）；

· 納技術(shù)(美和歐參與)；

· 模擬、仿真、信息技術(shù)和處理（美、俄、歐、日、法、德、英參與）；

· 材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)和制造（美、俄、加拿大、歐、日、意、烏克蘭參與）；

· 地面和發(fā)射系統(tǒng)處理（美、俄、烏克蘭參與）；

· 熱管理系統(tǒng)（美、俄、歐、日、意、法參與）。

（4）開發(fā)新的空間系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施

NASA研制的用于探索月球表面的機(jī)器人

北京空間科技信息研究所派出兩人參加全球空間探索大會(huì)

新的空間系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施包括：重型運(yùn)載火箭；具有行星際間返回速度的乘員運(yùn)輸能力；可運(yùn)輸關(guān)鍵系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施到達(dá)深空的足夠大的空間推進(jìn)級(jí)；服務(wù)和支持系統(tǒng)，包括艙外活動(dòng)和機(jī)器人系統(tǒng)。

（5）模擬活動(dòng)

美國(guó)、加拿大等幾個(gè)國(guó)家在獨(dú)立開展或合作開展模擬活動(dòng)。這些活動(dòng)不僅可以模擬環(huán)境來試驗(yàn)探索技術(shù)、概念系統(tǒng)及其互操作性，以及探索運(yùn)行的概念。也可以為公眾參與提供重要的機(jī)會(huì)。各航天機(jī)構(gòu)可以共享他們的規(guī)劃和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，促進(jìn)探索的準(zhǔn)備活動(dòng)。

3 啟示

（1）多國(guó)合作探索是載人深空探索的發(fā)展趨勢(shì)

2007年《全球探索戰(zhàn)略：合作框架》的簽訂以及2011年《全球探索路線圖》的公布，使多國(guó)合作載人探索的意向、途徑和方案更加清晰。以火星為長(zhǎng)期目標(biāo)的載人深空探索活動(dòng)技術(shù)復(fù)雜，耗資巨大，任何國(guó)家都無法獨(dú)立實(shí)現(xiàn)該宏偉目標(biāo)，多國(guó)合作是必然選擇，是發(fā)展趨勢(shì)。

（2）該全球合作探索活動(dòng)實(shí)為美國(guó)主導(dǎo)，旨在建立新的空間聯(lián)盟

雖然ISECG秘書處設(shè)在ESA，《全球探索路線圖》也是由NASA和ESA共同領(lǐng)導(dǎo)制定，但由于美國(guó)在載人航天技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，歐洲也沒有全面掌握載人探索的核心能力，顯然多國(guó)合作探索的目標(biāo)和方案都是以美國(guó)為主導(dǎo)制定的。不難看出，無論是合作框架還是路線圖，語(yǔ)氣和做法都充分體現(xiàn)了美國(guó)的意圖，是與其之前反復(fù)強(qiáng)調(diào)的空間新秩序相一致的。因此，全球探索戰(zhàn)略也是美國(guó)建立空間新秩序，構(gòu)建新的空間聯(lián)盟，保持其航天領(lǐng)導(dǎo)地位的措施之一。

（3）中國(guó)在“全球合作空間探索”活動(dòng)中地位孤立，需積極應(yīng)對(duì)

2007年《全球探索戰(zhàn)略：合作框架》的簽訂是有中國(guó)參與的，但2011年公布的《全球探索路線圖》中12個(gè)參與國(guó)卻沒有包括中國(guó)。美國(guó)2011年初的《美國(guó)國(guó)家安全空間戰(zhàn)略》將中國(guó)說成是不負(fù)責(zé)任的國(guó)家。2011年的國(guó)務(wù)院文件和2012年出臺(tái)的1248號(hào)報(bào)告，對(duì)中國(guó)航天技術(shù)出口全面封鎖。同時(shí)《全球探索路線圖》中指出，要依據(jù)“信任機(jī)制”逐漸吸納新的參與者，這是否意味著意在排斥中國(guó)，孤立中國(guó)？

面對(duì)美國(guó)有意孤立中國(guó)的情況，中國(guó)應(yīng)積極應(yīng)對(duì)，建議采取以下措施：一是加強(qiáng)多部門協(xié)調(diào)，擬定我國(guó)空間探索領(lǐng)域中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，并開展相關(guān)配套政策研究，加強(qiáng)載人航天和空間探測(cè)的協(xié)同發(fā)展，指導(dǎo)我國(guó)載人航天和空間探測(cè)可持續(xù)發(fā)展；二是發(fā)布我國(guó)空間探索領(lǐng)域中長(zhǎng)期規(guī)劃，增加透明度和信任度，樹立我國(guó)作為負(fù)責(zé)任大國(guó)的形象，為開展國(guó)際合作創(chuàng)建更好的政治環(huán)境；三是制訂國(guó)際合作的政策和策略，協(xié)調(diào)中美、中俄、中歐以及與亞洲國(guó)家的航天合作，尤其在空間探索領(lǐng)域，積極努力參與全球空間探索活動(dòng)的協(xié)調(diào)和討論，利用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，加速我國(guó)空間探索領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。