2010年国外载人航天发展综合分析

刘映国 宣 颖 慈元卓 张智慧 王楠楠

（中国国防科技信息中心）

2010年，美国从国家长远战略考虑，终止“星座”计划，延长国际空间站运行时间，并将载人航天目的地确定为“月球以远”。美国战略调整在多个层面上深刻影响着各国载人航天发展，主要航天国家加快空间探索研究，积极推进载人航天国际合作，世界载人航天呈现快速发展态势。

1 主要航天国家调整载人航天发展战略

2010年，主要航天国家继续从长远发展战略需要出发，对载人航天未来发展进行整体谋划与调整。

1.1 美国明确“21世纪空间探索战略”

2月，美国航空航天局（NASA）提出终止“星座计划”、2011年退役航天飞机、延长国际空间站在轨运行时间等载人航天计划调整方案。4月，奥巴马总统发布“21世纪空间探索战略”，将“月球以远”确定为美国下一步载人探索目的地，具体规划是：2025年实现小行星载人探索任务，在30年代中期将人送往火星轨道并安全返回，之后将实现载人登陆火星。6月28日，美国政府发布《国家空间政策》，以国家法律形式明确将“月球以远”作为载人航天未来发展目标。

上述调整的主要意图是，“星座”计划下的项目仍采用现有技术，缺乏技术创新，难以实现美国航天技术领先其他国家1～2代的目标。美国认为，此前在近地轨道和月球开展的载人航天活动，确立了其世界航天强国的霸主地位，今后要在空间技术领域稳固占领这一制高点，必须制定其他国家短期难以超越的战略目标，以牵引航天技术跨越式发展。因此，美国将目光投向“月球以远”的宇宙空间，符合新世纪战略利益拓展的需要。

1.2 主要航天国家进一步细化载人航天发展规划

在载人航天领域缩小与美国的技术差距，通过制定长远发展目标牵引载人航天技术快速发展，是俄罗斯、欧洲国家和日本等谋求世界航天大国地位的战略思考。此前，俄罗斯曾公布了2040年前载人航天发展规划，提出2025年前实现载人登月，2035年以后进行载人探索火星等构想。2010年10月，俄罗斯计划从2013年启动相关工作，2015年以后在月球上建立自主航天器着陆基地。在绕月与机器人登月之后，俄将于2025年前进行载人登月。尽管欧洲与日本目前尚不具备独立载人航天能力，但对载人探索月球仍有很大兴趣。2010年，欧洲航天局计划在2020年前向月球发射大型着陆器，其中包括用于研究人类永久居住地的机器人。3月，日本曾宣布因经费原因暂停载人探索月球计划，但在12月相关咨询机构又提出应继续开展载人登月研发工作。印度也启动了载人登月研发与论证工作，计划在2013年使用国产低温发动机发射“月球航行”2，为载人探索月球做准备。

1.3 世界载人航天呈现快速发展态势

从2010年主要航天国家载人航天战略调整来看，世界载人航天发展仍十分活跃，其主要特点：一是未来十年主要国家将围绕国际空间站资源利用，大力开展近地轨道载人航天活动，空间科学研究和实验将可能呈现大的跨越与突破。同时，无人探索月球将持续升温。欧洲航天局、日本、印度将突破载人航天基本技术。二是美国私营公司载人航天运输能力将逐步成熟并投入运行。预计，美国SpaceX公司的“猎鹰”9火箭与“龙”太空舱2011年将承担部分国际空间站的运输任务。三是载人探索月球与火星将是未来发展的热点。2020年-2030年，主要航天国家将开展无人探测火星及其他行星，美俄可能实现载人登月，并建立月球基地；2030年-2040年，美俄两国可能实现载人探索火星卫星或拉格朗日点；2040年后，主要航天国家可能实现联合载人探索火星。

2 国际空间站进入全面应用阶段

2010年，美国航天飞机进行3次载人飞行，俄罗斯“联盟”号载人飞船与“进步”号货运飞船分别进行5次飞行，完成了国际空间站建造、人员轮换及物资补给工作。空间站的水生成系统、俄罗斯的补给舱和小型实验舱、欧洲的备用机械臂先后“落户”站上，标志主体建造任务基本完成，开始进入全面应用阶段。

2.1 国际空间站在轨运行时间延长，地位作用将进一步凸显

2月，NASA在2011财年预算草案中，首次提出将国际空间站运行时间延长到2020年或以后，并计划未来5年投资153亿美元，以充分利用和发挥空间站的研发能力。3月，国际空间站参与国的航天局局长发表“国际空间站未来发展”联合声明，就延长运行时间、提高利用效率等重大问题达成共识，认为延长国际空间站使用寿命至2020年无任何技术上的限制；其为在轨研究、操作和管理，以及推动科学技术进步提供了难得的机遇；将为所有合作伙伴乃至全人类带来更大利益，研究成果不仅会造福人类，还会为载人深空探索做好技术准备。延长国际空间站运行时间，除提升参与国投资回报外，最主要的目的是挖掘其作为近地轨道空间实验平台的应用潜力。美国政府已决定将其作为国家实验室，邀请NASA之外的政府部门、高校与研究机构，利用这一空间平台开展科学研究与实验。其目的一方面是为未来载人航天深空探索研发创新技术，另一方面是利用空间这一特殊资源研究开发新技术，以推进人类社会进步。

2.2 国际空间站资源分配模式逐步转变，将大大提升世界载人航天发展活力

目前，国际空间站资源分配由多边协调委员会协商，其实是由NASA主导按参与国经费投入与配置站上资源与能力。从美国与各参与国目前讨论情况看，空间站资源利用将逐步引入商业化运营模式，并可能扩大使用国家与研究机构的范围。主要基于三点考虑：一是提高站上设备使用效率。目前，国际空间站作为空间实验室或技术试验平台的潜力并未得到充分发挥，部分设备和实验柜架仍被闲置。随着NASA对国际空间站实验经费投入的减少，预计2015年以后站上资源使用率会进一步降低，站上外部实验平台只有62%被利用，内部实验设施可能只有79%被利用。二是满足美国空间发展策略的需要。2005年，美国会要求NASA通过商业方式，吸引其他联邦机构以及私营部门，参与国际空间站资源开发利用，以实现成本共摊，并培育商业服务市场。2009年12月，美国政府发布的《国际空间站：巨大挑战可能限制站上科研》报告也建议，NASA应设立一个对国际空间站实验室集中管理的机构，负责拓展国际空间站实验室的服务，积极吸引潜在客户参与。三是顺应世界载人航天发展趋势。俄罗斯曾表示，如果国际空间站推迟退役，将可以吸纳更多用户来推动国际空间站的使用，或为国际空间站提供运输服务。2009年10月，韩国和印度表示，若国际空间站延长运行时间，会考虑加入国际空间站资源利用。3月，国际空间站参与国航天局长会议声明，若中国和印度等提出申请参与国际空间站的项目，成员国将认真考虑相关提议。可以肯定，国际空间站资源利用引入商业化运行模式，将吸纳更多国家和研究机构参与近地轨道载人航天活动与科学研究，进一步提升世界载人航天发展活力，推动载人空间科学研究与技术水平的发展。

2.3 国际空间站应用向空间探索转变，其潜在价值将进一步显现

截止2010年底，累计有196人次进站工作，完成600多项科学与技术实验项目，其研究范围涉及物理、生物、人体、地球与天体科学等众多学科与技术领域。随着站上实验设备增加与航天员工作时间的延长，国际空间站开展科学实验的规模将扩大，开展科学研究的能力进一步增强，从而为空间科学研究与实验奠定了良好的基础。作为近地轨道空间试验平台，国际空间站在人类科学发展、技术进步以及载人空间探索中具有里程碑的意义。6月，美国政府发布的《国家空间政策》，将“实现载人空间探索未来目标”作为国际空间站未来的重点任务之一。随着美国载人航天发展战略的调整，NASA计划将研发和演示可降低未来载人空间探索成本与增强探索活动能力的技术。

3 载人航天技术探索取得重大进展

2010年，主要航天国家围绕新一代载人航天器、运载器及空间探索等任务需要，纷纷加强创新概念与技术研发和试验，载人航天技术探索研究取得一系列重要进展。

3.1 新型载人航天系统研发取得重要进展

2010年，NASA将“猎户座”乘员探索飞行器（CEV）调整为国际空间站的紧急救生飞船，以减少对其他国家载人航天能力的依赖。10月，俄罗斯公布新一代载人飞船技术研发细节，其返回舱最大直径为4.4m，可容纳6人，将使用“格洛纳斯”卫星导航系统接收器与高精度陀螺仪和光学传感器，使着陆精度提升到2km。印度开始建造容纳3名航天员的载人飞船，计划2017年搭载2名航天员进行首次载人飞行。

5月，美国航空喷气公司（Aerojet）完成推力为2.5t的液氧/液态甲烷火箭发动机的高空试车。该发动机具有高比冲、可在空间长期存储等优点，能适应未来深空探测任务需要。10月，NASA开始进行重型运载火箭的系统分析和行业研究，以评估重型运载火箭系统方案、推进技术和经济可承受性。7月，欧洲航天局启动“未来运载器准备计划”（FLPP）中一次性运载火箭研究工作，目标是在2013年确定欧洲下一代运载火箭的研制方案和最终任务要求。

3.2 载人空间探索概念与技术研究步伐加快

2010年，NASA对未来载人航天技术研发做出全面部署，将重点投资探索技术与演示、重型运载火箭与推进技术、先期无人探索任务和人体健康研究等4类项目。5月，NASA启动深空探索“使能技术研究与演示”（Enabling Technology Development and Demonstration）计划，征求“本地资源”利用、大功率电推进系统、自主精确着陆、遥控机器人探索、核裂变发电系统技术等5个关键领域的创新研究方案。同时，NASA还发布了6项旗舰技术演示计划意见征询信息，并在9月确定了太阳能电推进试验飞行、推进剂在轨存储、充气式太空舱与大载荷着陆技术等4项演示计划。NASA探索技术与演示项目的目标是全面提升载人航天技术水平，拓展载人探索领域、降低未来任务成本。

此外，NASA还明确通过早期创新、变革性技术研发、跨领域能力演示等计划，对不同“技术成熟度”的技术进行概念创新研究。11月，美国“可变比冲磁等离子体火箭”（VASIMR）原型系统通过全功率里程碑验证，该系统可以在“高推力、低比冲”与“低推力、高比冲”之间自由转换，增强推进能力。日本“伊卡洛斯”号太阳帆飞船7月10日开始在空间飞行演示，以验证光子加速推进技术的有效性。11月，俄罗斯宣布了一系列基于核动力的空间计划，包括2011年启动核动力空间发动机研发工作，设计天基核动力站，开展核动力太空拖船概念研究等。

3.3 空间科学探索取得系列成果

对太阳系天体水存在的探测，始终是人类规划载人航天飞行目的地的一个重要内容。2010年，美国在月球北极附近发现了冰状沉积物，初步估计可能至少有60亿吨水冰。这一发现将给未来载人探索月球和建立月球基地任务提供支持。NASA红外望远镜测量“司理星”反射的红外光，发现了水冰的光谱，据此确定“司理星”上有一层薄膜状的水冰。6月，日本“隼鸟”号小行星探测器经过7年飞行后返回地球，研究人员希望通过对返回舱内沙粒样品进行分析，以了解这颗距离地球3亿千米的小行星“丝川”。

4 载人航天国际合作向深层次发展

国际合作在促进载人航天活动开展与技术发展方面发挥着积极作用，成为各国谋求载人航天事业发展的一个途径。2010年，美国突出强调要加强航天领域国际合作，以确保其世界航天领导地位。同时，在国际航天学术机构积极推动下，世界载人航天国际合作向深层次发展。

4.1 多国联合开展模拟火星载人航天飞行试验

6月3日，由俄罗斯主导，多国科研机构共同参加的模拟火星载人航天飞行试验（MARS500）启动第三阶段（520天）的地面实验。来自俄、中、意、法的6名志愿者进入密闭实验舱，进行长期密闭环境对人体健康状态和工作能力影响等开展一系列验证与科学研究。

“MARS500”实验是继国际空间站联合建造工程之后，又一个由多国参与的联合实验项目。该实验不仅为载人深空探索和登陆火星提供技术支持，而且为未来载人航天国际合作积累经验。

4.2 国际学术机构在推动载人航天国际合作中发挥积极作用

5月，国际宇航联合会在中国举办“世界月球会议”，有26个国家和地区代表参加。期间，主要航天国家报告了各自月球探测与深空探索的战略、政策与规划，并围绕月球探测技术发展与国际合作等学术问题展开深入研讨。6月，国际空间探索协调组织（ISECG）发布《载人登月参考框架》，与会12个国家及航天机构代表认为，空间探索国际合作已取得重大进展，应协调各国制定一个长期、可持续、负担得起的空间探索计划。11月，国际宇航学会（IAA）在其50年庆典峰会上发布《未来载人航天需要国际合作》报告，呼吁吸纳中国与印度等加入国际空间站、载人登月、探索火星等计划。

国际航天学术机构利用其有利身份，加强与各国航天管理和学术机构联系，围绕载人航天与深空探索不断拓展研究与探讨领域，在推进载人航天国际合作中发挥着桥梁与纽带作用。目前，在国际战略格局快速变化，大国战略较量日益加剧背景下，国际航天学术机构利用学术研讨平台促进技术交流与合作的地位和作用有进一步增强的趋势。

4.3 地缘优势在推进载人航天合作方面的作用进一步凸显

近年来，印度对掌握载人航天基本技术的需求越来越迫切，并积极寻求与发达国家合作，以提升本国独立开展载人航天活动能力。9月，美国波音公司表示，将为印度提供技术帮助，内容涉及合作研发载人飞船、飞行控制与再入技术等。11月，美、印签署联合声明，同意在月球飞行、国际空间站、载人航天飞行和数据共享等方面展开更广泛合作讨论。白宫表示，将印度空间研究组织管辖的四个主要航天部门从美国出口管制企业名单中删除，消除两国在航天领域开展合作的障碍。12月，俄、印两国就载人航天器生保系统、热控系统研发达成合作协议。

事实表明，由于受国际战略环境变化的影响，政治因素在载人航天国际合作中的支配地位明显增强。继美国与日本、欧洲国家广泛合作外，印度利用其地缘政治优势积极寻求与美国和俄罗斯的双边合作。但需要注意的是，地缘政治背景下的载人航天合作，必然带来载人航天技术的畸形发展。从印度2010年两次航天事故看，合作在一定程度上限制了本国航天工业基础的发展。