2011年世界载人航天发展综合分析

孙 龙，刘映国

（中国国防科技信息中心，北京100036）

2011年，联合国将4月12日确定为国际载人航天日，以纪念人类首次载人航天飞行50周年，表达人类持续不懈探索宇宙的共同愿望。随着美国航天飞机退役和俄罗斯“进步”号货运飞船发射失败，近地轨道载人航天活动面临挑战。美国推进“月球以远”载人深空探索战略，后国际空间站时代主要国家载人航天发展方向选择艰难。航天大国以载人为背景的深空探索持续升温，火星探测出现热潮，近期以突破载人深空探索关键技术为重点。

1 主要国家载人航天长远发展步伐放缓

2011年，国际金融危机对各国经济发展影响进一步加深，主要大国财政预算面临严峻挑战，导致载人航天经费预算吃紧，美、俄等国家载人航天长远发展规划受到影响。

1.1 美国谨慎推进载人深空探索战略[1-3]

到2011年底，美国经济发展仍在低谜中徘徊，国家财政赤字高达1.6万亿美元，致使国家航空航天局（NASA）年度拨款下降。2011财年NASA获得的拨款为184.5亿美元，比2010财年减少约2.4亿美元；2012财年拨款为178亿美元，比上一年减少了6.48亿美元（3.5%）。由于受国家财政预算的限制，NASA用于“月球以远”深空探索项目的设计方案迟迟难以出台。就9月14日NASA正式公布的新一代重型运载火箭设计方案看，“航天发射系统”（SLS）计划耗资至少180亿美元，目标是2017年进行无人发射试验，2021年底前实现载人发射，2025年将尝试登陆近地小行星。按照现在的设计方案，近地轨道130t（货运）运载能力，难以完成绕火星飞行任务。NASA在年初提出的“多目标乘员飞行器”（MPCV）设计方案，可搭载4名航天员执行21d飞行任务，也不可能执行登（或绕）火星飞行。

考虑到载人登陆火星的巨大技术挑战，以及2011财年授权法案中“控制研发成本”和“经济可承受”的制约，美国“月球以远”空间探索目标战略面临着技术和预算挑战。目前，提出的新一代重型运载火箭和新型载人航天器具备短期内载人登月的能力，其计划安排的首次飞行任务也是环月飞行，与2035年绕火星飞行的目标有较大距离。总体来看，在政府预算与技术挑战双重压力下，美国的深空探索计划有放缓的趋势。同时，随着政府的更迭和其他国家登月计划的实施，不排除其再拾“重返月球”计划的可能。

1.2 俄罗斯载人航天长远规划面临重大现实挫折挑战

2011年4月7日，普京总理表示将在2010-2011年投资71亿美元用于航天工业现代化改造，提出2011年底完成航天长远发展规划的制定，以使俄未来15年在勘探月球、火星和一些小行星等领域保持领先地位。其设想是俄罗斯将于2030年左右在月球北极附近区域建立月球基地，以此作为人类登陆火星的补给站。2011年，俄罗斯正式启动“东方”航天发射场建设工作，目标是在2018-2020年进行首次载人飞船发射。同时，俄“能源”火箭航天集团正在研制重约20t的新一代多功能载人飞船，计划于2015年进行首次无人飞行试验，2018年实现载人飞行。

然而，受一年以来6次航天发射事故的影响，俄罗斯航天工业遭受重大挫折，特别是在航天质量管理与人才队伍方面面临着严峻挑战。俄罗斯联邦航天局10月决定暂停“罗斯”-M新型登月运载火箭的研发工作。尽管，俄罗斯在载人登月领域面临着经费与技术的多重挑战，但在该领域争夺领先地位的潜力和意图仍十分明显。

1.3 欧、日、印意欲极力突破独立载人航天活动能力瓶颈

2011年，欧债危机在欧元区持续漫延，正在严重影响着欧共体经济复苏，使欧洲航天局（ESA）的载人航天经费预算面临挑战。日本由于受海啸及其后续效应的影响，灾后重建与经济恢复使其载人航天发展步伐放缓。特别是随着美国航天飞机退役，使得主要依赖美国天地往返系统开展载人航天活动的欧洲和日本，在突破自主载人航天活动能力方面更加紧迫[4]。而美国将其载人航天活动重心转向“月球以远”，国际空间站使用寿命定在2020年底，此后欧、日载人航天长远发展规划的决策面临着更为艰难的选择。

欧洲一直致力于建立独立的空间探索体系，以实现自主开展载人航天活动的战略目标。但是，由于受欧共体及欧洲航天局组成与决策体制的限制，达成需较大规模投入开展载人航天长远发展的决议尚有难度。3月16日，欧洲航天局召开理事会议，正式同意将国际空间站使用寿命延长至2020年底，通过了关于欧洲运载火箭发射短期措施的决议，重申了维持“独立、可靠、有成本效益、经济可承受”的进入空间能力的需求。今年以来，欧洲航天局进行了一系列调整，减少内部开支，增设载人航天等新部门，以期提高效率和竞争力。

日本围绕国际空间站应用制定了多项计划，包括释放小卫星、开发类人机器人等项目。同时，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）目前也正在发展一种新型返回式货运飞船，以突破自主载人航天活动能力。然而，鉴于当前严峻的财政形势和海啸影响，日本宇宙开发战略总部专门调查会8月公布了《有关空间政策应重点培养领域的建议》，指出国际空间站上的“希望”号实验舱在现阶段有助于提升产业竞争力的效果不明确，要求缩减未来国际空间站活动经费。

作为重要的新兴航天国家，印度则加快了首次载人航天飞行的准备工作。2月28日，印度发布2011—2012财年预算，将航天领域的经费提高了35%，其载人航天项目和“月球航行”-2任务经费均大幅增长。此外，印度积极开展下一代大型运载火箭研制计划GSLV MarkIII和太空舱返回试验，印度空间研究组织（ISRO）官员透露，若一切顺利将在2015年左右实现首次载人航天飞行。

2 近地轨道载人航天活动面临新的挑战

2011年，航天飞机先后完成了3次国际空间站运输任务退役，宣告美国航天飞机时代终结。随即出现的俄罗斯“进步”号货运飞船发射失败，打乱了国际空间站补给与人员更替计划。美国极力倡导的商业载人航天运输计划的实现尚需时日，且投入运行也受到国际空间站相关协议的制约。因此，国际空间站运输问题成为关注的焦点，主要国家近地轨道载人航天活动面临新的挑战。

2.1 美国航天飞机时代终结

航天飞机是“阿波罗”计划之后，美国载人航天事业又一个重要的里程碑，也是人类航天史上一个时代的象征。在运行30年的135次飞行任务中，航天飞机实现了部分可重复使用，验证了大量创新航天概念与技术，9次与“和平”号空间站对接，37次飞往国际空间站，将355名航天员送入太空，运送货物1750多吨，开展空间科学研究与试验2000多项，完成了“哈勃”太空望远镜的部署与维修，在近地轨道载人航天活动中发挥了不可或缺的作用。

尽管由于安全风险大、运行成本高等因素，特别是“挑战者”号和“哥伦比亚”号两次灾难性事故，使美国决定在完成国际空间站建造后退役所有航天飞机。但是，航天飞机作为一个时代标志，极大地推动了先进航天运输技术的进步，而且对人类载人航天事业发展产生了深刻的影响。

2.2 国际空间站实验平台作用得到进一步发挥

2011年，美国航天飞机执行了3次国际空间站飞行任务，俄罗斯“联盟”号载人飞船与“进步”号货运飞船分别进行了5次与3次飞行，欧洲航天局发射了第二个货运飞船ATV-2，日本发射了第二个H-2转移飞行器，先后完成了国际空间站建造、轨道提升、航天员轮换、物资补给任务，为空间科学研究与实验提供了重要保障。美国将未来10年的载人航天项目重点确定为开发国际空间站应用效益，为载人深空探索提供技术探索研究平台。7月26日，各成员国在国际空间站多边协调委员会（MCB）上，就如何发挥国际空间站作用，为载人航天长远发展提供支持展开讨论。同时，各成员国也纷纷加大利用国际空间站实验平台开展空间科学研究与实验的力度。

今年以来，NASA开始在空间站上进行空间燃料加注站演示试验；由16国合作研制的阿尔法磁谱仪已经在站上启动工作，进行宇宙射线观测；空间类人机器人、伴飞卫星、新型多功能显微镜等完成了站上测试。同时，用来评估作物生长期间状态变化的空间站农业相机开始工作，利用空间特殊环境进行空间医学、生物、辐照等实验项目全面展开。10月，俄罗斯表示正在研究国际空间站2020年后的走向，欧洲和日本也在考虑国际空间站使用期限是否延长的问题。

2.3 “进步”号飞船发射失败打乱国际空间站运输计划

8月24日，俄罗斯“进步”号货运飞船发射失败，导致原定于9月的两艘“联盟”号载人飞船发射任务和10月“进步”号货运飞船发射任务推迟。此次发射影响了国际空间站的物资补给与人员更替，使空间站驻站人员减少为3人。尽管NASA表示，对俄罗斯能够提供可靠的国际空间站载人飞行服务有信心，但同时也在研究剩余3名航天员撤离后，国际空间站无人值守状态的运行措施。

目前，国际空间站只能依赖俄罗斯的“联盟”号载人飞船运送航天员，但“联盟”号载人飞船无法运回大型载荷，例如大型实验设备或需要送回地面维修的设备。欧洲的ATV、日本的HTV以及俄罗斯“进步”号飞船都是货运飞船，没有重返地面的能力。因此，国际空间站的运输问题成为各国关注的焦点。

2.4 商业载人近地轨道运输尚需时日

随着美国载人航天发展战略的调整，NASA近年来投入大量资金扶持私营企业研发商业化载人运输系统。奥巴马政府计划未来5年为“商业航天飞行”投入58亿美元，将近地轨道载人航天活动的成熟技术向私营航天企业转移，以应对后航天飞机时代美国载人航天运输能力的缺失，确保其在近地轨道载人航天活动持续开展。

由于技术和资金等原因，NASA“商业轨道运输服务”（COTS）合同下的发射任务被延缓，计划2011年发射的“猎鹰”-9号运载火箭（携带“龙”太空舱）和“金牛座”-2号运载火箭分别推迟至2012年的1月和2月，计划2012年2月进行“金牛座”-2号运载火箭的第二次发射（将首次携带“天鹅座”太空舱）推迟到5月。这两种型号运载火箭原计划于2012年开始承担为国际空间站运送补给任务，其中“猎鹰”-9号将承担国际空间站货物运输服务，但都未得到俄罗斯的认可。由于要与国际空间站对接，“猎鹰”-9的发射还受到2012年1月底“进步”号货运飞船发射的限制。

即使“猎鹰”-9和“龙”太空舱能按计划完成这些试验飞行任务，美国航天员近期仍需依靠俄罗斯“联盟”号飞船前往国际空间站。商业化近地轨道载人运输系统投入实际使用，要到2015年私营公司航天器通过NASA载人标准评定之后。在航天飞机退役到商业载人航天系统开始承担国际空间站运输任务的5年时间内，俄罗斯拥有国际空间站运输的绝对控制权。

3 深空探索活动持续升温

2011年，以美国为代表的航天大国无人深空探测活动频繁，积极推进深空探索创新概念研究与关键技术研发，探索火星飞行任务出现热潮，载人探索火星模拟试验取得重要进展。

3.1 无人深空探索活动更加频繁[5，6]

随着美国“月球以远”载人探索战略目标的确立，NASA拟定了一系列以载人为背景的深空探测活动项目，旨在为载人探索确定新的目的地。2011年2月15日，美国“星尘”号探测器飞抵“坦普尔”1号彗星179km处，成功拍摄70多张照片；3月，“信使”号水星探测器历经6年飞行后，首次进入环水星轨道，开始为期一年的水星环绕探测；7月，“黎明”号小行星探测器与太阳系最主要的小行星之一“灶神”星交会并拍摄近景，将于2015年飞抵小行星带最大的天体“谷神”星。8月5日，美国发射了一颗太阳能动力的“朱诺”号木星探测器，预计2016年7月抵达木星轨道。10月，美国还发射了一对“圣杯”号月球探测器，两者将先访问距地球1.5×107km的第一拉格朗日点，之后再用3个半月飞抵月球，进行为期9个月的探测活动。“圣杯”号总投资约5亿美元，是第一个专门研究月球重力的探测项目，将对月球进行详细考察，绘制月球重力场图。

欧洲航天局计划于2017年发射“太阳轨道器”，主要研究太阳风对空间环境的影响；2019年发射“欧几里德”探测器，研究宇宙爆炸和暗能量对宇宙演变的影响。日本计划于2014年发射“隼鸟”-2号小行星探测器，将于2018登陆“1999JU3”小行星开展探测活动[7，8]。

3.2 火星探索研究将取得新突破[9，10]

11月14日，由俄罗斯主导、多国联合开展的首次模拟火星载人飞行实验——“MARS-500”获得圆满成功。6名志愿者结束长达520d的往返火星与地球模拟实验，走出模拟飞船“返回地球”。该实验获得了大量数据，是研究火星航天员心理和生理变化的宝贵资料，将为载人登陆火星积累经验。美国11月26日发射了新一代火星探测器“好奇”号巡游车，预计2012年8月抵达火星，将开展为期一个火星年（约687个地球日）的探测。“好奇”号火星车总投资25亿美元，是世界上最大的宇宙探测器，主要任务是探测火星是否有生命存在的迹象。

11月底，俄罗斯发射了“福布斯-土壤”使命探测器（目前已宣布任务失败）。这是俄罗斯1996年“火星”-96发射失败以来实施的第一个火星探测项目，主要目的是采集火星卫星“火卫一”的土壤样品并返回地球进行分析，同时对火卫一与火星环境进行科学探测。英国航天局投入160万英镑用于支持探索火星的多个项目，其目的是使英国在欧洲航天局“极光”计划中处于主导地位。

3.3 载人深空探索技术研发取得新进展

2011年初，NASA在其网站上发布了涵盖14个领域的“一体化空间技术发展路线图（草案）”，旨在研究与深空探索密切相关领域的技术发展现状与能力需求，为美国拟定载人航天创新概念研究与技术发展投资战略提供技术支撑。8月，NASA首批选择了3个技术领域提案开展飞行演示验证项目，包括激光通信中继、深空原子钟及太阳帆，旨在实现空间通信、深空导航和空间推进能力的变革。当前，NASA还在投资开发多项用于载人深空探索系统的创新概念和技术，包括低温推进剂空间存储、太空探测气球、太阳能电推进技术，在轨燃料存储、辐射防护和高可靠性生命支持系统等。

欧洲航天局选定了“宇宙愿景2015-2025”长期科学规划下的4项候选方案，涉及黑洞研究、广义相对论、近地小行星取样和系外行星研究等领域。11月27日，欧洲航天局与德国宇航中心发射“微重力技术试验”（Texus）探空火箭进入太空，首次演示验证用于未来火箭的新技术。日本完成了世界上第一艘太阳帆试验航天器“伊卡洛斯”号的全部试验任务，并计划于2020年前再发射一个拥有离子发动机的太阳帆航天器，以支持木星探测任务。此外，日本还开展了“Tri-StarIV”和“轻量行走机器人”两种探月机器人行走试验。

4 载人航天国际合作持续发展

2011年，国际组织与航天机构在推进载人航天合作交流中发挥着越来越重要的桥梁与纽带作用。4月7日，第65届联合国大会通过决议，将每年4月12日确定为国际载人航天日，以纪念1961年4月12日苏联航天员尤里·加加林实现人类首次载人航天飞行，进一步促进国际载人航天合作与发展。决议认为，联合国大会高度重视和平空间活动中的国际合作，联合国应继续成为这种合作的一个协调中心。8月30日，来自10个国家或组织的航天机构代表出席国际空间探索协调组会议，讨论《全球探索路线图》相关工作，并重申国际空间探索协调组的任务是：推动各国航天机构间的合作关系。11月14日，22个国家和组织航天机构100多名代表出席了联合国外空司召开的“载人航天技术倡议”（HSTI）会议，旨在为国际载人航天合作提供交流平台与机会，促进更多国家，特别是发展中国家参与载人航天空间应用和空间教育活动。

载人航天双边合作日益普遍，各国航天机构及公司自主选择合作伙伴。欧洲阿斯特里姆公司与美国阿联特技术系统公司开展合作，联合研发低成本的“自由”号新型运载火箭，以期为NASA提供商业载人航天服务。继美国已将印度空间研究组织的四个部门从出口管制企业名单中移除之后，波音公司提议与印度在载人航天飞行和商业乘员运输系统领域开展合作。

随着中国载人航天事业的快速发展，与我开展交流与合作成为众多航天国家的重要选择。2011年，法国空间研究中心、意大利航天局、德国宇航中心、欧洲航天局、加拿大航天局官员先后访问和参观了中国载人航天工程管理部门和相关设施，并就载人航天领域的合作展开交流与探讨。同时，中国也在多个国际场合表达了“愿与世界分享载人航天成果，共同为全人类做贡献”的诚挚意愿，为中国载人航天领域对外合作与交流创造了有利条件。2011年11月，中国天宫一号/神舟八号首次交会对接试验取得圆满成功。在神舟八号飞船飞行期间，中国和德国利用装载在飞船上的通用生物培养装置，合作开展17项空间生命科学实验，这是中国载人航天工程首次在空间科学应用领域开展的国际合作。中国也明确表示，在未来空间实验室、空间站阶段，将继续在相互尊重、平等互利、透明开放原则基础上，与世界各国开展务实合作与积极交流[11]。

5 结束语

2011年，是世界载人航天事业发展50周年，也是美国航天飞机时代谢幕之年。主要国家在调整载人航天长远发展步伐的同时，围绕载人深空探索，积极推进载人航天技术的不断进步，人类空间探索的领域不断向近地轨道以远拓展。载人登月仍将是主要国家争夺的焦点，载人航天领域的国际合作也将进一步发展。 ◇

［1］11 Things Americans Will Be Doing in Space in 2011 http://www.space.com/10556-11-americans-space-2011.html.

［2］House appropriators cut deeper at NASA http://www.spacepolitics.com/2011/02/12/house-appropriators-cut-deeper-at-nasa/.

［3］NASA Moon Mission in Final Preparations for September Launch http://www.space -travel.com/reports/NASA_Moon_Mission_in_Final_Preparations_for_September_Launch_999.html.

［4］High costs，risks，policy shift make U.S.quit space shuttle program http://www.space-travel.com/reports/High_costs_risks_policy_shift_make_U_S__quit_space_shuttle_program_999.html.

［5］What Next For U.S.Human Spaceflight http://www.aviationweek.com.

［6］NASA Announces Design for New Deep Space Exploration System:New Heavy-Lift Rocket Will Take Humans Far Beyond Earth http://www.sciencedaily.com.

［7］ESA’s Council decisions 22 March 2011 http://www.esa.int/esaCP/SEMGN71U5LG_index_0.html.

［8］主要航天国家讨论《全球探索路线图》相关工作http://www.cmse.gov.cn/.

［9］火星500-中国在人航天工程网http://www.cmse.gov.cn/mars500/.

［10］俄罗斯发射事故忧及空间站.人民日报.2011年08月26日22版.

［11］天宫一号/神舟八号交会对接任务总指挥部第二场新闻发布会实录http://www.cmse.gov.cn/news/show.php?itemid=1912.