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        2020 年全球航天發(fā)射統(tǒng)計(jì)分析

        2021-03-17 05:55:50張鑫偉付郁北京空間科技信息研究所
        國際太空 2021年2期
        關(guān)鍵詞:星鏈航天器星座

        張鑫偉 付郁(北京空間科技信息研究所)

        2020 年,全球航天活動(dòng)延續(xù)2019 年活躍態(tài)勢,盡管遭受到新冠疫情沖擊,但在美國、中國航天活動(dòng)的發(fā)展帶動(dòng)下,全球航天活動(dòng)蓬勃推進(jìn)。2020 年全球共完成114 次航天發(fā)射,其中,104 次發(fā)射成功,10 次發(fā)射失??;合計(jì)發(fā)射航天器1278 個(gè),成功入軌航天器1259 個(gè),發(fā)射數(shù)量創(chuàng)歷史新高。

        1 2020 年全球航天活動(dòng)創(chuàng)造“雙高”紀(jì)錄

        2020 年,全球共完成114 次航天發(fā)射,實(shí)現(xiàn)連續(xù)三年“破百”,年度發(fā)射次數(shù)與2018 年次數(shù)持平,并列20 世紀(jì)90 年代冷戰(zhàn)結(jié)束以來的最高位。航天器發(fā)射數(shù)量首次“破千”,創(chuàng)造了航天器年度發(fā)射數(shù)量歷史新高。

        按火箭所屬國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì)

        (1)發(fā)射次數(shù)和發(fā)射航天器數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析

        在全年114 次航天發(fā)射中,美國發(fā)射次數(shù)為44次,位居全球首席,共發(fā)射航天器953 個(gè),發(fā)射航天器數(shù)量相較上一年顯著增長;中國發(fā)射次數(shù)為39 次,為本國及國際用戶發(fā)射航天器數(shù)量達(dá)90 個(gè),其中,中國航天科技集團(tuán)有限公司研制的火箭共完成34 次發(fā)射,在全球航天企業(yè)中排名第一。

        從火箭發(fā)射結(jié)果看,2020 年全球共有10 次火箭發(fā)射失敗,導(dǎo)致19 個(gè)航天器損毀。新研商業(yè)小型火箭首飛失敗、現(xiàn)役主力火箭發(fā)生故障是導(dǎo)致2020 年發(fā)射失敗次數(shù)偏高的主要原因。

        (2)發(fā)射航天器質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析

        從成功入軌的航天器總質(zhì)量統(tǒng)計(jì)來看,美國自2016 年起連續(xù)第五年排名全球第一,2020 年發(fā)射總質(zhì)量達(dá)到325.5t;中國以93t 位列第二,俄羅斯、歐洲發(fā)射總質(zhì)量分列第三和第四位。

        2020 年各國家/地區(qū)火箭發(fā)射次數(shù)及發(fā)射航天器數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(含發(fā)射失敗)

        2020 年各國家/地區(qū)火箭成功發(fā)射航天器數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

        按航天器所屬國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì)

        在2020 年全年發(fā)射的1278 個(gè)航天器中,按航天器所屬國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì),美國的航天器數(shù)量為994個(gè),較2019 年增加約2.6 倍(2019 年為274 個(gè)),以絕對優(yōu)勢排名第一。美國航天器大幅增長的主要原因在于,美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)全面推動(dòng)“星鏈”(Starlink)星座部署,分14 批次部署了833 顆“星鏈”衛(wèi)星;歐洲的航天器數(shù)量為134 個(gè),位居全球第二位,其主要構(gòu)成是“一網(wǎng)”(OneWeb)通信星座;中國的航天器數(shù)量為77 個(gè),排名第三;俄羅斯的航天器數(shù)量為23 個(gè),排名延續(xù)全球第四名;日本、印度分列第五和第六。

        按航天器研制國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì)

        按航天器研制國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì),指的是按照航天器研制機(jī)構(gòu)所屬的國家/地區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),既包括該研制機(jī)構(gòu)為本國/地區(qū)研制的航天器,也包括其為國際用戶研制的航天器。

        2020 年全球各國家/地區(qū)研制航天器總數(shù)量和總質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

        從數(shù)量看,全球發(fā)射的1278 個(gè)航天器中,美國研制的航天器數(shù)量為1099 個(gè),較2019 年增加約3.1倍(2019 年為270 個(gè)),主要原因是“星鏈”星座的規(guī)?;渴?;中國研制的航天器數(shù)量為78 個(gè),比2019 年略有下滑,但仍大幅度領(lǐng)先歐洲,位居全球第二位;歐洲研制航天器數(shù)量為36 個(gè),位居全球第三位,相較2019 年減少約43.75%(2019 年為64 個(gè));俄羅斯研制航天器數(shù)量為23 個(gè),位居第四位;日本研制航天器數(shù)量為7 個(gè),相較2019 年減少50%(2019年為14 個(gè));印度研制航天器數(shù)量大幅下降,從2019 年的10 個(gè)下降至3 個(gè);其他國家/地區(qū)共研制了32 個(gè)航天器。

        從質(zhì)量看,美國研制的航天器總質(zhì)量約347.0t, 較2019 年 增 長 約1.1 倍(2019 年 為168.6t),總質(zhì)量及增幅均高居榜首位置;中國研制航天器總質(zhì)量達(dá)到103.4t,大幅領(lǐng)先俄羅斯,位居全球第二位;俄羅斯研制航天器總質(zhì)量為43.8t,相較上一年下降(2019 年為70.23t),排名第三位。

        2020 年各主承包商研制的航天器數(shù)量和質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

        從研制機(jī)構(gòu)看,綜合考慮航天器數(shù)量和質(zhì)量指標(biāo),2020 年,登上前10 名榜單的有5 家美國研制商、2 家俄羅斯研制商、1 家中國研制商、1 家歐洲研制商和1 家日本研制商。這10 家研制商在2020 年研制發(fā)射的航天器數(shù)量占全球航天器總數(shù)的79.03%,總質(zhì)量占比為89.6%。美國SpaceX 公司憑借其研制發(fā)射的“星鏈”星座而高居榜首,成為新興商業(yè)航天力量的突出代表;中國空間技術(shù)研究院以82.98t 的總質(zhì)量排名第二,雖然研制發(fā)射航天器總數(shù)相較美國SpaceX 公司差距較大,但單星平均質(zhì)量高于SpaceX公司。其他的傳統(tǒng)知名航天企業(yè)表現(xiàn)相對平淡,研制發(fā)射的航天器數(shù)量普遍不高。整體看,美國與其他國家/地區(qū)的研制商呈現(xiàn)出顯著不同:2020 年,美國傳統(tǒng)制造商整體表現(xiàn)平淡,具備批量化研制能力的新興航天企業(yè)表現(xiàn)突出;中國、俄羅斯、歐洲、日本等仍以老牌制造商為主體。

        按航天器技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)

        2020 年,隨著“星鏈”、“一網(wǎng)”等全球低軌寬帶星座啟動(dòng)業(yè)務(wù)化部署,以及大量物聯(lián)網(wǎng)星座開展首批衛(wèi)星在軌飛行驗(yàn)證,通信衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量大幅提高,總數(shù)達(dá)到1012 顆,相較2019 年增加約4.7 倍(2019年為178 顆),發(fā)射數(shù)量高居首位;低地球軌道(LEO)“鴿群”(Flock)光學(xué)遙感星座和“狐猴”(Lemur)商業(yè)氣象星座延續(xù)部署節(jié)奏,從星座建設(shè)邁入數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)階段,同時(shí)LEO 軌道其他的光學(xué)成像星座、合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像星座、射頻定位星座暫時(shí)處于早期在軌技術(shù)驗(yàn)證階段,使得對地觀測衛(wèi)星數(shù)量小幅增長至146 顆,位居第二;科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星繼續(xù)保持較高數(shù)量,以96 顆位居第三;其后依次為載人航天器(含載人飛船和貨運(yùn)飛船)13 個(gè),導(dǎo)航衛(wèi)星6 顆,空間探測器5 個(gè)。

        2020 年全球發(fā)射航天器數(shù)量按技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)情況

        按航天器發(fā)射質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

        500kg 以下小衛(wèi)星延續(xù)高度活躍態(tài)勢,該類小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量占全年發(fā)射航天器總數(shù)的比例超過94.4%。其中,2020 年發(fā)射的航天器相較2019 年,質(zhì)量為1 ~10kg的航天器數(shù)量顯著降低,原因主要是美國“鴿群”、“狐猴”等商業(yè)對地觀測微納星座放緩了衛(wèi)星部署節(jié)奏,進(jìn)入了星座在軌運(yùn)行及地面應(yīng)用開發(fā)階段;質(zhì)量為100 ~500kg 的航天器數(shù)量相較2019 年大幅增長,原因主要在于美國低軌寬帶星座開啟規(guī)模化部署,成為新的增長極。其他質(zhì)量區(qū)間的航天器發(fā)射數(shù)量變化相對平穩(wěn)。

        2020 年全球發(fā)射航天器數(shù)量按質(zhì)量分布統(tǒng)計(jì)情況

        2 在軌航天器數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

        截至2020 年底,全球在軌工作航天器達(dá)到3536 個(gè)。

        按航天器所屬國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì)

        按照航天器所屬國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì),美國最多,達(dá)1980 個(gè),歐洲479 個(gè),中國441 個(gè),俄羅斯190 個(gè),日本95 個(gè),印度63 個(gè),其他國家/組織共288 個(gè)。

        截至2020 年底,全球發(fā)射航天器數(shù)量按所屬國家/地區(qū)統(tǒng)計(jì)情況

        按航天器技術(shù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

        按照航天器技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)計(jì),通信衛(wèi)星數(shù)量最多,達(dá)到1851 顆,對地觀測衛(wèi)星894 顆,科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星592 顆,導(dǎo)航定位衛(wèi)星154 顆,深空探測器40 個(gè),載人航天器7 個(gè)(包括“國際空間站”、載人及貨運(yùn)飛船)。

        截至2020 年底,全球在軌航天器數(shù)量按技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)情況

        按航天器運(yùn)行軌道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

        按航天器運(yùn)行軌道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),運(yùn)行在LEO 軌道的在軌航天器數(shù)量最多,達(dá)2733 個(gè),占在軌航天器總數(shù)的70%以上;地球靜止軌道(GEO)575 個(gè),中地球軌道(MEO)139 個(gè),大橢圓軌道(HEO)50 個(gè),非地球軌道39 個(gè)。

        截至2020 年底,全球在軌航天器數(shù)量按運(yùn)行軌道分布情況

        3 2020 年度發(fā)展特點(diǎn)分析

        從2020 年全球航天器發(fā)射統(tǒng)計(jì)分析可以看出,全球航天活動(dòng)具有如下特點(diǎn)和動(dòng)向。

        航天活動(dòng)高度活躍,航天器發(fā)射數(shù)量首次“破千”

        隨著“一箭多星”技術(shù)不斷成熟并獲得廣泛應(yīng)用,以及大量新的小型運(yùn)載火箭投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用,進(jìn)入空間的成本門檻持續(xù)降低。與此同時(shí),微小衛(wèi)星的快速發(fā)展及應(yīng)用,推動(dòng)空間利用成本不斷降低,這使得大量發(fā)展中國家、初創(chuàng)企業(yè)具備了研制發(fā)射衛(wèi)星的能力,推動(dòng)了航天活動(dòng)的繁榮與普及。隨著低軌巨型星座全面啟動(dòng)建設(shè),2020 年,世界航天發(fā)展高度活躍,火箭發(fā)射次數(shù)居于20 世紀(jì)90 年代冷戰(zhàn)結(jié)束以來的最高位,航天器發(fā)射數(shù)量再次創(chuàng)造新的紀(jì)錄,特別是完成首次“破千”,實(shí)現(xiàn)了“高臺(tái)跨步”。由于大量商業(yè)公司陸續(xù)啟動(dòng)LEO 軌道巨型星座計(jì)劃,未來航天活動(dòng)將延續(xù)高速發(fā)展態(tài)勢。

        SpaceX 公司創(chuàng)造記錄,“獵鷹”火箭25 次發(fā)射全部成功

        2020 年,SpaceX 公司共完成25 次航天發(fā)射任務(wù),火箭型號(hào)均是獵鷹-9(Falcon-9)火箭,成功率100%,合計(jì)把857 個(gè)航天器送入軌道,入軌總質(zhì)量283.8t,占2020 年全球成功入軌航天器總質(zhì)量的53%(全球總質(zhì)量537.3t),航天運(yùn)載能力表現(xiàn)搶眼。從用戶分布看,25 次發(fā)射包括該公司14 次“星鏈”任務(wù)、4 次“龍”(Dragon)飛船任務(wù),美國軍方任務(wù)3 次,以及來自歐洲、韓國和其他商業(yè)公司的任務(wù)4 次,這表明SpaceX 公司火箭發(fā)射能力已經(jīng)獲得政府、軍方和商業(yè)市場的高度認(rèn)可。近年來,SpaceX公司的亮眼表現(xiàn),成為支撐美國在全球航天發(fā)射市場穩(wěn)居前二位置的主要原因,也極大地改變了世界航天發(fā)射市場格局。

        新型火箭密集首飛,發(fā)射失敗創(chuàng)造近50 年新高

        2020 年,全球發(fā)生10 次發(fā)射失敗事故,這是自1971 年全球發(fā)生14 次火箭發(fā)射失敗以來的最高峰。一方面,現(xiàn)役主力火箭仍存在著航天活動(dòng)的高風(fēng)險(xiǎn)屬性,發(fā)射成功率有待進(jìn)一步提升;另一方面,近年來各國火箭升級(jí)換代不斷加速,特別是在商業(yè)資本的推動(dòng)下,商業(yè)小型運(yùn)載火箭發(fā)展活躍并進(jìn)入試飛密集期,2020 年共有11 次全新型或改進(jìn)型火箭首飛。新技術(shù)的引入必然帶來更大的技術(shù)挑戰(zhàn),加上商業(yè)初創(chuàng)公司在高可靠性和低成本之間的成本考慮,導(dǎo)致新型火箭首飛失敗率較高,2020 年11 次首飛火箭失敗5 次,失敗率達(dá)到45.5%。

        商業(yè)航天“高歌猛進(jìn)”,低軌小衛(wèi)星星座高速發(fā)展

        2020 年,商業(yè)航天實(shí)現(xiàn)快速、廣泛發(fā)展,特別是通信領(lǐng)域低軌巨型星座加速部署、遙感領(lǐng)域星座維持運(yùn)行,引發(fā)的模式變革、技術(shù)顛覆不容小覷。商業(yè)航天“高歌猛進(jìn)”的背后,表現(xiàn)出的是小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量跨越式增長,并在質(zhì)量細(xì)分區(qū)間呈現(xiàn)新的特點(diǎn)。100kg 以下微納衛(wèi)星延續(xù)了2010 年以來的高度活躍態(tài)勢,特別是基于立方體衛(wèi)星的商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)星座、中高分辨率光學(xué)遙感星座保持規(guī)模化部署。與此同時(shí),100 ~500kg 的微小衛(wèi)星成為新增長極,“星鏈”、“一網(wǎng)”等通信星座和“天空衛(wèi)星”(SkySat)光學(xué)遙感星座都屬于此類。這類微小衛(wèi)星在保持性能和降低成本方面實(shí)現(xiàn)了較好的平衡,適用于“一箭多星”發(fā)射,在構(gòu)建低軌寬帶星座、低軌高分辨率光學(xué)或雷達(dá)成像星座方面具有顯著優(yōu)勢,將是商業(yè)航天后續(xù)發(fā)展的重要方向。

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