王霄(北京空間科技信息研究所)
2018年,國(guó)外載人航天領(lǐng)域共進(jìn)行了13次發(fā)射任務(wù)(1次失?。?,其中包含4次載人飛船發(fā)射任務(wù),9次貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)。俄羅斯發(fā)射3艘“進(jìn)步”(Progress)貨運(yùn)飛船和4艘“聯(lián)盟”(Soyuz)載人飛船,其中聯(lián)盟 MS-10發(fā)射失利。美國(guó)商業(yè)公司成功發(fā)射5艘貨運(yùn)飛船,日本時(shí)隔1年再次發(fā)射“H-2轉(zhuǎn)移飛行器”(HTV)飛船。
截至2018年底,全球共執(zhí)行了323次載人航天飛行任務(wù),包括316次載人軌道飛行任務(wù)和7次載人亞軌道飛行任務(wù)。其中,美國(guó)執(zhí)行的載人軌道飛行任務(wù)共計(jì)162次,執(zhí)行的亞軌道飛行次數(shù)7次;蘇/俄執(zhí)行的載人軌道飛行任務(wù)共計(jì)148次;中國(guó)執(zhí)行的載人軌道飛行次數(shù)6次。成功將559人送入地球軌道,有24人(27人次)到達(dá)過地球軌道以遠(yuǎn)的空間,12人登上月球。
2018年,美國(guó)完成了5次發(fā)射任務(wù),成功將5艘貨運(yùn)飛船送至“國(guó)際空間站”,與2017年發(fā)射數(shù)量持平,發(fā)射成功率為100%。
美國(guó)在特朗普總統(tǒng)2017年確立載人重返月球目標(biāo)之后,2018年通過發(fā)布戰(zhàn)略文件與預(yù)算等形式,進(jìn)一步落實(shí)和細(xì)化,明確了未來低地球軌道深空探索開發(fā)的重點(diǎn)、方式與途徑等。
低地球軌道商業(yè)貨物運(yùn)輸方面,美國(guó)太空探索技術(shù)公司(SpaceX)、軌道-ATK公司實(shí)現(xiàn)低地球軌道貨物運(yùn)輸常態(tài)化,內(nèi)華達(dá)山脈公司(SNC)正在追趕。2018年12月,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)批準(zhǔn)內(nèi)華達(dá)山脈公司開始全面生產(chǎn)“追夢(mèng)者”(Dream Chaser)太空飛機(jī)。
美國(guó)政府還計(jì)劃逐步推行“國(guó)際空間站”的商業(yè)化進(jìn)程,NASA向美國(guó)國(guó)會(huì)提交了“國(guó)際空間站”過渡報(bào)告,評(píng)估了與國(guó)際合作伙伴和商業(yè)航天公司合作、將“國(guó)際空間站”作為科學(xué)研究、深空探索和低地球軌道飛行平臺(tái)的可行性。按照現(xiàn)階段計(jì)劃,美國(guó)政府將于2025年停止對(duì)“國(guó)際空間站”的直接投資后,逐步將低地球軌道載人航天飛行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)交給私營(yíng)公司,確保NASA能夠依靠其商業(yè)力量開展低地球軌道研究和技術(shù)演示驗(yàn)證。
美國(guó)政府決定將“國(guó)際空間站”的運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)給私營(yíng)公司。美國(guó)政府多次強(qiáng)調(diào)要大力發(fā)展公私合作關(guān)系,未來可能將公私合作關(guān)系作為美國(guó)民用航天活動(dòng)的基礎(chǔ)。在低地球軌道載人航天領(lǐng)域,大力發(fā)展與私營(yíng)公司的商業(yè)航天合作;在低地球軌道以遠(yuǎn)的深空探索領(lǐng)域,也在尋求合作可能性。2018年,NASA公布了“商業(yè)月球載荷服務(wù)”(CLPS/Lunar COTS),該計(jì)劃可視作商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)(COTS)的月球版本。
在將載人重心聚焦到重返月球這個(gè)目標(biāo)后,美國(guó)通過多方途徑助推深空探索領(lǐng)域的發(fā)展。2018年9月,NASA公布《國(guó)家太空探索活動(dòng)報(bào)告》,進(jìn)一步明確了美國(guó)未來深空探索整體思路,即利用地月空間助力實(shí)現(xiàn)美國(guó)人重返月球,再以月球?yàn)椤疤濉?,探索火星?/p>
為響應(yīng)特朗普總統(tǒng)2017年提出的“重返月球”計(jì)劃的號(hào)召,NASA在深空探索領(lǐng)域增加了“先進(jìn)探索系統(tǒng)”(AES)分領(lǐng)域,為其分配了8.89億美元的預(yù)算。該分領(lǐng)域主要包括“月球軌道平臺(tái)-門戶”(LOP-G)、“先進(jìn)地月表面能力”(ACSC)、“探索先進(jìn)系統(tǒng)”(EAS)三項(xiàng)計(jì)劃?!霸虑蜍壍榔脚_(tái)-門戶”計(jì)劃在21世紀(jì)20年代建立一個(gè)培養(yǎng)中短期深空探索能力的平臺(tái),并將其作為探索月球表面和更遠(yuǎn)深空的、具有靈活的載人探索架構(gòu)的中轉(zhuǎn)站,該計(jì)劃一經(jīng)提出便受到全球各方的關(guān)注。
為配合“月球軌道平臺(tái)-門戶”的建造計(jì)劃,多家航天企業(yè)開始著手開展相關(guān)概念研究,洛馬公司(LM)于2018年10月公布可重復(fù)使用載人級(jí)月球著陸器概念,該著陸器可在“月球軌道平臺(tái)-門戶”和月面間往返運(yùn)行,向月球表面運(yùn)送4名航天員和1t貨物,在月面停留2周。
美國(guó)重視技術(shù)創(chuàng)新水平,采用能力驅(qū)動(dòng)發(fā)展方式,基于一系列不斷發(fā)展的核心技術(shù),確保航天領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。于2013年成立NASA空間技術(shù)任務(wù)部(STMD),管理、研發(fā)、投資創(chuàng)新技術(shù),確定NASA未來優(yōu)先發(fā)展和重點(diǎn)投資的技術(shù)領(lǐng)域,帶動(dòng)空間探索技術(shù)的革命性變化。按照NASA的規(guī)定,STMD的任務(wù)是通過開展快速研發(fā)以及技術(shù)融合,提高美國(guó)的航天能力,提高NASA的任務(wù)能力。太空技術(shù)領(lǐng)域的投資,能夠提高進(jìn)入太空和執(zhí)行航天飛行任務(wù)的能力;操作低地球軌道及以遠(yuǎn)的衛(wèi)星;能夠?qū)⒏嗟南到y(tǒng)更準(zhǔn)確地投放到太陽(yáng)系中;提高深空和外行星生存能力。此外,NASA還開展了“NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念”(NIAC)項(xiàng)目,該項(xiàng)目專注于創(chuàng)見性概念的早期研究,這些概念將用來實(shí)現(xiàn)NASA及國(guó)家的目標(biāo),并提供全新的創(chuàng)新解決方案,以完成新任務(wù)或大力支持此前的既定任務(wù)。該項(xiàng)目旨在從根本上改進(jìn)航空航天概念或開發(fā)出創(chuàng)見性航空航天概念,以改變NASA未來任務(wù)的格局,同時(shí)讓美國(guó)的創(chuàng)新科研人員和企業(yè)家成為任務(wù)中的合作伙伴。NIAC項(xiàng)目尋求多樣化和非傳統(tǒng)來源的創(chuàng)新,并研究可以用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新先進(jìn)概念,這些概念有朝一日有改變航空航天領(lǐng)域的可能性。
根據(jù)2019財(cái)年最新預(yù)算,NASA將原來的“空間技術(shù)”領(lǐng)域調(diào)整為“探索研究與技術(shù)”領(lǐng)域,新領(lǐng)域包括了原來“空間技術(shù)領(lǐng)域”的內(nèi)容和一部分原來“探索”領(lǐng)域的內(nèi)容,即“載人研究計(jì)劃”。為該領(lǐng)域分配的預(yù)算為10.03億美元,主要研究?jī)?nèi)容包括先進(jìn)環(huán)境控制與生命支持系統(tǒng)及原位資源利用(ISRU),電源與推進(jìn)技術(shù),先進(jìn)材料,通信、導(dǎo)航與電子,進(jìn)入、下降與著陸,自主操作,空間制造與在軌組裝,以及對(duì)人類在多種空間環(huán)境下安全有效地實(shí)施操作任務(wù)的研究等。
2018年,俄羅斯完成7次發(fā)射任務(wù),包括3次“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船和4次“聯(lián)盟”載人飛船任務(wù),其中聯(lián)盟 MS-10飛船發(fā)射失敗。
總裝中的聯(lián)盟 MS-10飛船
2018年,俄羅斯載人航天領(lǐng)域整體來說負(fù)面消息更多,在進(jìn)步 MS-09飛船漏洞導(dǎo)致“國(guó)際空間站”空氣輕微泄漏之后,聯(lián)盟 MS-10飛船遭遇了發(fā)射失敗,俄羅斯在監(jiān)管方面存在的問題已成為其發(fā)展的掣肘,亟待改善和加強(qiáng)。雖然俄羅斯制定了一系列目標(biāo)明確、規(guī)劃清晰的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略,但在具體執(zhí)行上還存在不確定性。當(dāng)前,面臨國(guó)內(nèi)航天故障頻發(fā)、經(jīng)濟(jì)危機(jī)、國(guó)際環(huán)境影響等多個(gè)因素,載人航天發(fā)展受到一定影響。
俄羅斯總統(tǒng)普京于2018年2月簽署研制重型運(yùn)載火箭的總統(tǒng)令,指定科羅廖夫能源火箭航天集團(tuán)(RKK Energia)為總研制商。到2019年底,該集團(tuán)應(yīng)完成重型運(yùn)載火箭的草案設(shè)計(jì),2028年計(jì)劃進(jìn)行首飛。重型運(yùn)載火箭將從東方航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射,計(jì)劃執(zhí)行未來的空間飛行任務(wù),例如飛向月球與火星,其近地軌道運(yùn)載能力將達(dá)100t,不僅能將載荷送入月球軌道,還可將載荷送至月球表面。
在重型運(yùn)載火箭的研制中將使用在研的新型中型運(yùn)載火箭聯(lián)盟-5的主要元件和技術(shù)儲(chǔ)備。聯(lián)盟-5火箭采用兩級(jí)串聯(lián)構(gòu)型,使用液氧/煤油推進(jìn)劑,一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為RD-171的改進(jìn)型RD-171MV,二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)采用化學(xué)自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)局(OSC KBKhA)研制的RD-0124MS。該型火箭主要用于向低地球軌道發(fā)射新一代載人飛船聯(lián)邦號(hào)(Federation),向地球同步軌道、高橢圓軌道、高圓形軌道及分離軌道發(fā)射航天器,向地球同步轉(zhuǎn)移軌道及同步軌道進(jìn)行航天器的商業(yè)發(fā)射。目前,俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)(Roskosmos)與科羅廖夫能源火箭航天集團(tuán)已正式簽署聯(lián)盟-5火箭的研制合同,暫定于2022年進(jìn)行首飛。
俄羅斯新一代載人飛船聯(lián)邦號(hào)主要用于登月任務(wù),并能夠完成低地球軌道空間站的技術(shù)維護(hù),能夠自主開展空間實(shí)驗(yàn)和研究。飛船發(fā)射質(zhì)量為20t,在短期向月飛行時(shí),飛船可重復(fù)使用10次;在與近月軌道站對(duì)接進(jìn)行長(zhǎng)期飛行時(shí),飛船可重復(fù)使用不少于3次。聯(lián)邦號(hào)飛船計(jì)劃于2021年進(jìn)行首次自主無人飛行試驗(yàn),計(jì)劃于2023年實(shí)施首次載人飛行任務(wù)。
即將發(fā)射的聯(lián)盟-5火箭
2018年4月,聯(lián)邦號(hào)載人飛船模型被送往茹科夫斯基中央流體力學(xué)研究所(TsAGI)進(jìn)行風(fēng)洞模擬試驗(yàn),用以研究在超聲速及高超聲速氣流中,飛船表面的壓力及熱量分部情況。與此同時(shí),2018年度科羅廖夫能源火箭航天集團(tuán)開始對(duì)新型聯(lián)邦號(hào)載人飛船進(jìn)行一系列其他測(cè)試,評(píng)估船載人機(jī)交互系統(tǒng)性能。該試驗(yàn)一直持續(xù)到2018年底。
2018年8月29日,對(duì)接到“國(guó)際空間站”俄羅斯破曉號(hào)(Rassvet)艙段的載人飛船聯(lián)盟 MS-09軌道艙部出現(xiàn)了一個(gè)直徑約為2mm的裂縫,導(dǎo)致空間站空氣泄漏,該事件對(duì)“國(guó)際空間站”人員安全沒有造成任何威脅。目前,漏洞的飛船已經(jīng)安全返回地面,但漏洞原因至今尚未查明。
即將發(fā)射的聯(lián)盟-FG火箭
2018年10月11日,聯(lián)盟-FG運(yùn)載火箭搭載聯(lián)盟 MS-10載人飛船,從位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發(fā)射中心發(fā)射升空,火箭起飛后約117s發(fā)生故障,隨后緊急啟動(dòng)發(fā)射中止系統(tǒng),整流罩帶著飛船軌道艙和返回艙脫離火箭,隨后返回艙開啟降落傘,航天員安全著陸,聯(lián)盟-FG火箭墜毀。本次任務(wù)是聯(lián)盟-FG火箭自使用以來的首次發(fā)射事故,也是俄羅斯航天史上首次使用整流罩分離發(fā)動(dòng)機(jī)挽救了航天員的生命。
此次事故對(duì)“國(guó)際空間站”在軌開展活動(dòng)產(chǎn)生一定影響,對(duì)俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。盡管此次事故未造成人員傷亡,不過仍會(huì)對(duì)俄羅斯的聲譽(yù)造成巨大影響。俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)官員表示,未來將加強(qiáng)組裝工作監(jiān)管,確保該類事件不再發(fā)生。
2018年8月,俄羅斯航天員選拔委員會(huì)公布2017-2018年度航天員最終選拔結(jié)果,經(jīng)過1年半的公開選拔,最終從420名申請(qǐng)人中選拔出8名候選人。隨后,8名候選航天員從9月開始在加加林航天員訓(xùn)練中心完成為期2年的集中選拔訓(xùn)練任務(wù),通過所有科目考試后,才能正式加入俄羅斯職業(yè)航天員隊(duì)伍。本次選拔目標(biāo)是選出最好的職業(yè)航天員,執(zhí)行“國(guó)際空間站”任務(wù)和新一代載人飛船聯(lián)邦號(hào)的飛行任務(wù),他們可能會(huì)成為俄羅斯第一批飛月者。
太空船-2
2018年,歐洲因“自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器”(ATV)已完成“國(guó)際空間站”貨物運(yùn)輸使命,沒有進(jìn)行載人航天發(fā)射任務(wù)。總的看來,歐洲在載人航天領(lǐng)域一直依托國(guó)際合作方式適度發(fā)展。歐洲擁有較強(qiáng)的航天工業(yè)基礎(chǔ),重視航天產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用和效益,空間探測(cè)技術(shù)先進(jìn)。由于載人航天耗資巨大,沒有獨(dú)立實(shí)施載人航天計(jì)劃的意愿和能力,未來將以國(guó)際合作形式開展載人空間探索。低地球軌道空間探索,圍繞“國(guó)際空間站”開展空間應(yīng)用;低地球軌道以遠(yuǎn)空間探索,積極參與美國(guó)主導(dǎo)的載人深空探索任務(wù)。
歐洲航天工業(yè)界對(duì)參與NASA提出的“月球軌道平臺(tái)-門戶”建造計(jì)劃展現(xiàn)了濃厚的興趣,期望該月球軌道空間站上有歐洲的艙段,并由歐洲運(yùn)輸系統(tǒng)參與補(bǔ)給,歐洲航天局(ESA)方面已經(jīng)明確表態(tài)將參與該項(xiàng)目。歐洲空客防務(wù)與航天公司(ADS)正為NASA“獵戶座”(Orion)飛船建造服務(wù)艙,以提供電源和推進(jìn)能力,并具備一部分生命保障功能,該公司有意以此為基礎(chǔ)為“月球軌道平臺(tái)-門戶”建造居住艙和后勤艙。歐洲希望通過積極參與美國(guó)主導(dǎo)的“月球軌道平臺(tái)-門戶”計(jì)劃,為自己的深空探索事業(yè)鋪路。
2018年12月, 維 珍 銀 河 公 司(Virgin Galactic)的第二架太空船-2(SpaceShipTwo)在莫哈維航空航天港上空完成了迄今為止最高、也是最快的一次試飛,高度達(dá)到82.7km。在飛行結(jié)束后,商業(yè)航天飛行聯(lián)合會(huì)(CSF)對(duì)維珍銀河公司“加入了正在或即將為人員和科研載荷提供高效費(fèi)比和經(jīng)常性的亞軌道空間進(jìn)入手段的商業(yè)公司之列”表示祝賀。
歐洲積極利用“國(guó)際空間站”開展空間應(yīng)用,其研究領(lǐng)域分布相對(duì)平衡。近年來,歐洲的生物學(xué)和生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最多,同時(shí)也十分重視技術(shù)開發(fā)、物理科學(xué)和人體學(xué)研究。此外,還為未來低地球軌道以遠(yuǎn)的載人探索活動(dòng)進(jìn)行先期研究和試驗(yàn)做好相關(guān)準(zhǔn)備。
2018年11月,由歐洲空客防務(wù)與航天公司生產(chǎn)的用于執(zhí)行第一次“探索任務(wù)”(EM-1)的歐洲服務(wù)艙運(yùn)抵肯尼迪航天中心。此前,歐洲服務(wù)艙交付時(shí)間一再拖延,導(dǎo)致EM-1任務(wù)一再延遲,運(yùn)抵美國(guó)后,歐洲服務(wù)艙將與“獵戶座”飛船的乘員艙進(jìn)行對(duì)接和組裝、測(cè)試。此外,用于執(zhí)行EM-2任務(wù)的第二個(gè)歐洲服務(wù)艙也開始建造。
日本通過國(guó)際合作發(fā)展本國(guó)載人航天。日本載人空間探索長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)載人登月和月面長(zhǎng)期生存,建立月球基地,開展月球資源利用。日本未來發(fā)展則主要依賴于美國(guó)發(fā)展走向,現(xiàn)階段不論從財(cái)力和技術(shù)水平上還不具備獨(dú)立實(shí)施的能力。日本參加國(guó)際合作,一方面希望彰顯本國(guó)實(shí)力;另一方面,在中俄積極合作載人航天的背景下,日美能夠加強(qiáng)合作,對(duì)廣義安全保障方面的意義也十分重大。此外,日本也已經(jīng)確定加入地月空間站建造計(jì)劃。
HTV-7貨運(yùn)飛船飛行示意圖
2018年8月17日,日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)提出載人空間探索發(fā)展構(gòu)想,其制定的初步實(shí)施方案如下:
1)利用“月女神”(SELENE)研究成果,通過國(guó)際合作的方式探測(cè)月球南極水冰,并探究其作為燃料的可行性;
2)參與“月球軌道平臺(tái)-門戶”計(jì)劃,獲得深空載人飛行機(jī)會(huì);
3)2025年參與國(guó)際合作,開發(fā)關(guān)鍵技術(shù),為載人登月做準(zhǔn)備;
4)在國(guó)際合作框架下,利用無人和載人探測(cè)器,在月球南極地區(qū)附近建立燃料加工基地,搭建在月表-近月空間往返的可重復(fù)使用運(yùn)輸系統(tǒng);
5)開展月球南極科學(xué)研究并擴(kuò)大探測(cè)范圍。2018年,日本還發(fā)射了一艘貨運(yùn)飛船(HTV-7),距離上一次貨船HTV-6的發(fā)射時(shí)隔整整2年。