2012年世界航天发展的重要趋势与进展

廖春发 徐鹏

2012年，经济危机对航天产业造成的影响已经开始显现，全球航天产业的增长速度明显减缓，印证了航天的发展与世界经济兴衰息息相关。当前美国面临的财政悬崖和欧洲的主权债务危机已经或正在深刻地影响着美欧政府对航天的投资力度。尽管最近5年来美国的竞争优势地位在逐年下降，但美国在航天领域的创新能力依然领先，太空探索仍然是美、俄、欧等航天强国未来20年追求的目标。2012年中国航天继续保持快速发展态势，国际竞争力和航天实力持续增强，预示“一超三强”的世界航天战略新格局正在形成。

一、值得关注的重要发展趋势

1.“一超三强”的世界航天战略新格局开始形成

50多年来，世界航天战略格局从发展初期的“两强争霸”，逐步演化为“一超一强、多方追赶”的发展态势。随着近年来美、俄、欧航天竞争力的“不进即退”，中国航天竞争实力却在快速发展，世界航天战略格局正在向美、俄、欧中“一超三强，多方角力”的新格局演进。可以预见，到2020年中国将跻身世界航天强国之列。

2. 美国谋求建立“多重威慑”体系以确保空间的安全与稳定

2012年，美国国防部出台新的《国防部航天政策》，这项新政策根据美国《国家航天政策》和《国家安全空间战略》，对国防部原有航天政策和航天职责进行了更新，提出了国家安全空间的三个目标；阐述了军事航天活动的基本原则：重申有意干扰美国的空间系统，不论是和平时期还是危机时期，都将被视为对美国权益的侵犯；制定了慑止攻击美国空间系统的四项策略；明确了需要发展的五种空间任务能力；强调国际航天合作，统筹规划航天力量建设，旨在应对日益拥挤、对抗和竞争的空间环境带来的挑战，谋求建立“多重威慑”体系以确保空间的安全与稳定。

3. 探索、发现和创新是世界航天技术发展的主要驱动力

探索、发现和利用外层空间，并将重大科学技术成果转换成科技创新和技术突破，大大增强了人类认识自然，改造自然的能力。除电子技术和计算机技术之外，迄今还没有一门综合技术能像航天技术那样，如此广泛、如此深刻地影响或推动着人类科学技术和社会的文明与进步，改变着地球上数以亿计人的生产和生活方式。这些成就的取得离不开创新。创新是驱动世界航天技术发展的源动力。

2012年又有一些创新型航天技术、产品和运营服务模式取得了重要进展，例如：

● 美国私企“龙”货运飞船两次执行商业运输任务，表明美国航空航天局（NASA）创新型“商业轨道运输服务”计划取得重大进展；

● 美军继续推动“作战响应空间”技术实用化，期望通过创新引发航天变革；

● 美国国防高级研究计划局（DARPA）推出低成本小型成像卫星计划，推动创新型研发与部署模式；

● 美国DARPA启动“凤凰”计划，力图实现高价值空间资产的再利用。

4. 全球卫星导航系统竞争进入新阶段，中国面临战略机遇期

近年来，美、俄、欧、中等航天大国正在加快各自导航卫星系统的现代化建设步伐，抢占技术制高点和全球市场份额是各国竞争的重点。美国在巩固其全球市场垄断地位的同时，时刻不忘抢占导航技术的制高点。俄罗斯吸取以往的教训，将重点放在与美欧系统的兼容与互操作上，加强“格洛纳斯”卫星的应用开发。当前正在亚洲形成中、日、印“三国演义”和在全球形成美、俄、中、欧“一超三强”的竞争格局。北斗系统的快速发展，不仅使中国在亚洲中、印、日区域卫星导航的“三国演义”竞争中处于遥遥领先地位，而且在未来中、美、俄、欧卫星导航系统四强竞争中成为四分天下有其一的国家，成为中国从航天大国走向航天强国的重要标志，并在中国乃至全球市场的卫星导航系统用户终端产品制造、集成和服务领域占有重要的一席之地。在这一新格局下，中国既面临千载难逢的战略机遇期，也面临巨大的挑战。

二、若干重要进展

1. 中国成功完成首次载人交会对接任务，标志着载人航天技术取得新的重大突破

6月16日，神舟九号飞船承载着3名航天员在酒泉卫星发射中心，由长征二号F运载火箭成功发射，准确入轨。神舟九号飞船入轨后，经地面远距离导引和自主控制飞行，于18日和24日，分别实现了自动和手动控制交会对接。组合体飞行期间，3名航天员在轨正常工作和生活，开展了一系列空间科学实验和技术试验。6月28日，神舟九号飞船返回舱顺利降落在内蒙古中部主着陆场。

2. 中国宣布北斗卫星导航系统提供区域服务，扩展全球服务系统所需的关键技术获突破性进展

2012年中国共进行4次、包括2次一箭双星的北斗导航卫星发射活动，将6颗卫星送入不同轨位，创造历年发射之最。为鼓励国内外相关企业参与北斗卫星应用终端研发，推动北斗卫星导航的广泛应用，12月27日，中国卫星导航系统管理办公室公布了北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件——公开服务信号B1I（1.0版），并宣布自当日起北斗卫星导航系统开始向亚太地区提供区域服务。北斗卫星导航系统区域服务由5颗静止轨道（GEO）、5颗倾斜大椭圆轨道（IGSO）和4颗中圆轨道（MEO）共14颗卫星组成，可提供优于10m的定位精度，优于0.2m/s测速精度和50ns授时精度。目前北斗芯片研制已取得重要进展，具有自主知识产权的北斗/GPS双模芯片已经在车载终端中得到了实际应用，区域示范项目在稳步推进。这表明中国已掌握了建设卫星导航系统所必须的、具有自主知识产权的核心技术，并已突破了发展北斗系统全球服务所需的许多关键技术，尤其是高精度星载原子钟技术。为此，北斗卫星团队荣获“2012中国经济年度人物”创新奖殊荣。

北斗卫星导航系统既是中国的，也是世界的，预计到2020年中国将建成由35颗卫星组网并服务全球、造福全人类的全球导航卫星系统。

3. 美国“龙”飞船执行首次“国际空间站”货运任务，开启载人航天商业化时代

5月，美国完成首艘商业货运飞船 ——“龙”飞船的试验飞行任务。5月22日，美国空间探索技术（SpaceX）公司的“龙”飞船搭乘猎鹰-9（Falcon -9）火箭从卡纳维拉尔角发射升空，与“国际空间站”（ISS）对接飞行18天，而后重返地球大气层并溅落在太平洋海域。

10月，美国“龙”飞船正式执行ISS首次货运任务。10月8日，“龙”飞船搭乘猎鹰-9火箭升空，为ISS运送了重约760kg的物资。

★ SpaceX公司的“龙”飞船

★ 美国好奇号火星车传回地球的图片

NASA局长博尔登表示，此次成功标志着美国创新型商业轨道运输服务模式取得新进展，使NASA可以减少近地轨道任务的开支，以便集中资源完成月球往返、登陆小行星甚至火星等更多深空探索任务。

根据NASA的商业轨道运输服务（COTS）合同，SpaceX公司将在2016年前至少执行12次ISS货运任务，合同总价值16亿美元。按照商业乘员集成能力协议，SpaceX公司还将在2015年左右，实现利用“龙”飞船将航天员送往ISS的能力。

4. 俄罗斯制定2030年及未来航天发展战略，巩固其世界航天强国地位

4月28日，俄罗斯联邦航天局发布《2030年前及未来俄罗斯航天发展战略（草案）》。在此项战略计划中，航天局向政府提出分4阶段完成9大航天发展任务，以确保实现“俄罗斯航天技术处于世界先进水平，巩固俄罗斯在航天领域领先地位”的战略目标，旨在重振俄罗斯的航天辉煌，巩固俄罗斯的航天强国地位。为了实现这一目标，俄罗斯将在未来18年以及更长的时间里，力图在载人航天、深空探测、运载火箭研制、发射场建设等领域实现突破性发展。

新航天战略还明确了未来航天活动三大优先方向：一是发展航天通信、对地观测、卫星导航等系统，以及用于基础研究的航天设备和技术；二是建造用于载人、载货的飞船和行星着陆设备，以及可重复使用的航天发射系统；三是实施载人探测火星的国际合作，为建造新一代空间站而建立科学技术储备。

5. 美国好奇号漫游车成功登陆火星，标志着机器人探索火星取得新的技术突破

8月6日，美国好奇号火星漫游车成功着陆于火星赤道以南的“盖尔”陨坑，执行2年的考察任务，探索火星过去或现在是否存在适宜生命的环境。好奇号作为迄今耗资最大、性能最先进的火星漫游车，不仅采用了许多已有的成熟技术，更重要的是验证了多项创新性的深空探测技术，为后续的载人深空探测任务提供了重要支撑。在好奇号成功登陆火星后，美国总统奥巴马发表声明称，这是美国的非凡成就和骄傲。

6. 朝鲜银河3号运载火箭发射卫星成功，引起国际社会极大反响

12月12日，朝鲜从位于平安北道铁山郡东仓里的西海卫星发射场，用银河3号运载火箭将光明星3号卫星送入预定轨道。此前，朝鲜分别于1998年、2009年和2012年4月进行了三次发射，均遭遇失败。虽然，朝鲜宣称拥有和平利用宇宙空间的权利，但是联合国安理会决议限制朝鲜发展与远程导弹相关的航天运载技术。此次，朝鲜不顾国际舆论压力，坚持并成功发射卫星，在国际社会引起极大反响。

此次发射使用的银河3号为三级运载火箭，高30m，直径2.4m，起飞质量90t。朝鲜宣称发射入轨的光明星3号卫星主要有两项任务：一是对地观测并在卫星经过朝鲜上空时进行科学数据传输试验；二是播放《金日成之歌》和《金正日之歌》。该卫星是一个0.75m×0.75m×1.1m的长方体，质量约100kg，设计寿命2年。朝中社公布的卫星轨道参数为：倾角97.4°，近地点499.7km，远地点584.18km，周期95min29s。但美国专家称该卫星入轨后基本上处于“死亡状态”和失控状态。

7. 美欧积极发展全电推进卫星技术，可能引发静止轨道卫星技术的新变革

欧洲航天局（ESA）通信部已将发展全电推进卫星列为该部门的最高优先级项目之一。所谓“全电推进”是指用先进的电推进手段取代传统的化学推进装置完成卫星从转移轨道到静止轨道的变轨机动和在静止轨道的位置保持任务。这种创新技术有可能引发静止轨道卫星技术的变革。在2012年11月ESA提交的新一轮多年期财政预算中，提议在未来4年间投入3亿欧元（约合3.75亿美元），用于研制名为“新星”（Neosat）或“下一代平台”的新型卫星平台。新的平台将具有许多全新的特性，除支持全电推进技术以外，还包括采用标准化接口，以便卫星部件分包商的产品能够与不同主承包商的平台兼容，并形成规模经济效益。

ESA积极发展全电推进技术的首要原因是试图缩短欧洲制造商与美国制造商在全电推进领域的技术差距。2012年3月，美国波音空间与情报系统公司与亚洲卫星广播公司（ABS）和墨西哥卫星公司（Satmex）签订了4颗通信卫星的制造合同，其中至少3颗卫星都将采用全电推进的BSS-702SP平台。这也使得波音公司成为全球第一家将全电推进卫星打入商业市场的制造商。在此之前，美国的洛克希德·马丁公司就曾为政府用户研制过基于A2100平台的全电推进卫星，但并未进行过商业销售。

8. 美军首颗“移动用户目标系统”卫星发射成功，2015年完成全球系统组网

2月24日，美国首颗“移动用户目标系统-1”（MUOS-1）卫星发射升空。7月17日，投入实战应用。

MUOS-1卫星运行在地球同步轨道，能够为舰艇、飞机、车辆及部队手持终端提供服务。其性能优势体现在：①通信容量和传输速度极大提高。作为海军下一代通信卫星，MUOS-1卫星的通信容量是现役“特高频后继”（UFO）系统的10倍，传输语音呼叫、数据信息、文件传输和电子邮件等窄带战术信息的速度可达384kbit/s。②支持小型化设备。MUOS支持用户通过手持小型设备进行通信，摆脱基于UFO通信必须采用的大型设备。③支持移动通信能力。当前特高频环境中，地面用户须保持静止并将天线直接指向卫星以发送信息，而MUOS系统能够帮助用户在运动过程中保持通信，而且卫星能够联接地基接收站，进而与全球信息栅格（GIG）相联，确保分布在世界各处的用户能够收发数据、呼叫和进行视频，将为作战人员提供移动中的点对点和网络化通信服务能力。④兼容性强。MUOS系统兼容原有的特高频终端，同时提供下一代的波形以支持移动通信能力，一方面确保原有通信终端能够接入MUOS架构，另一方面为军事用户带来新技术。

MUOS-2将于2013年发射，美军还将在2015年前发射3颗MUOS卫星，组成由4颗工作星和1颗备份星组网的通信卫星星座。MUOS星座计划服役到2025年，为全球机动作战部队提供3G语音、数据和视频通信服务。

9. 美军开展“施里弗2012”太空战国际演习

4月20—26日，美国在内利斯空军基地完成第7次“施里弗”太空战国际演习。“施里弗2012”演习之所以称之为“国际演习”，主要是因为美国首次在太空战演习中纳入北约成员国和澳大利亚的军事力量。“施里弗2012”演习由美空军航天司令部下属的航天创新与发展中心（SIDC）组织实施，约有来自30多个机构的270多名航天专家参与。

“施里弗2012”太空战国际演习目的是探索如何利用太空为多国部队军事行动提供支持。“施里弗2012”演习的目标主要有：①探索如何优化利用北约成员国与澳大利亚的航天能力，以支持北约设想的远征作战；②通过提升与国际伙伴和私营公司的合作与协同，确定在对抗环境中提高太空系统恢复能力的途径；③明确防护支持作战的航天能力所面临的挑战；④检验网络电磁空间与太空的作战融合；⑤理解太空作战中的广泛国际合作为军事作战所带来益处。

10. 美国X-37B完成第二次飞行试验并执行第三次飞行任务，标志着美军无人可重复使用航天器技术取得重要进展

6月16日，美国第二架X-37B轨道试验飞行器（OTV-2）完成在轨469天的飞行试验后，降落在范登堡空军基地，标志着美军无人可重复使用航天器技术取得重要进展。OTV-2于2011年3月5日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。OTV-2任务重点是验证飞行器自身的性能。X-37B采用自动驾驶与导航模式，可长期在空间部署。此次OTV-2实际在轨时间469天，大大超出其设计的270天的工作时间，是OTV-1在轨运行时间（225天）的1倍多，以研究长期在轨对系统结构和载荷造成的影响。

12月11日，美国空军利用宇宙神-5火箭成功地将X-37B轨道验证飞行器发射入轨，开始执行第三次演示验证任务。本次飞行是2010年执行演示验证任务的第一架X-37B轨道验证飞行器的第二次飞行试验。对于X-37B的具体任务，美国空军空间项目的副部长、前航天飞机指令长加里•佩顿表示，“X-37B的首要目标是为美国的未来发展新一代的再入技术，并将作为技术验证平台和空间实验平台”。

11. 欧盟落实“全球环境与安全监测”计划经费，预计2014年投入业务运行

“全球环境与安全监测”（GMES）系统是全球对地观测系统体系（GEOSS）的组成部分。该系统是欧盟重点投资的两大航天工程之一，旨在发展专用的对地观测卫星系统，整合欧洲现有的对地观测资源（包括天基、空基、海基、陆基观测系统），融合世界范围内业务化对地观测卫星系统的数据，实现对地观测数据的集成和共享。作为欧盟领导的综合性对地观测系统，GMES系统的终极目标是确保欧洲在环境监测与安全领域中数据源的独立性，确保欧洲可以独立地、及时地获得可靠的、各种尺度的（如全球的、区域的、局部的）对地观测信息。GMES系统建设于2003年正式启动，但是计划在实施过程中遇到管理与经费问题，进展落后于预期。2012年6月，欧盟各成员国同意将GMES系统重新纳入欧洲《2014—2020跨年财政框架（MFF）》，拨款32亿欧元（42亿美元），以保证其建设经费的落实。该系统正在研制的哨兵-1和哨兵-2卫星将于2013年发射，GMES系统有望在2014年进入业务运行阶段。

12. 日本发射全球变化监测卫星，计划建立监测全球水循环和气候变化的星座

在5月19日与韩国阿里郎-3卫星“一箭多星”同时发射任务中，日本还将一颗“全球变化观测任务-水”（GCOM-W1）卫星送入高度700km的预定轨道。该卫星装有先进微波扫描辐射计等多台遥感设备，可监测北极的冰层变化，以掌握地球变暖的整体情况，还可测量土壤中的水份含量以判断地球沙漠化进程。此外卫星获取的北极海冰分布、海水温度分布和海冰集聚区信息将与日本极区研究所海洋研究船在北极现场采集的冰层变化信息融合，用于寻找在北冰洋航行的最佳航道。根据日本与美国联合实施的“全球变化观测任务”计划，日本将在未来10～15年内发射5颗对地观测卫星，建立2个专门用于监测全球水循环和气候变化的星座，名字暂定为GCOM-W和GCOM-C，力图用10～15年的全球尺度的连续观测数据解译全球气候变化和水循环的机制。另一个在800km轨道高度部署的用于监测气候变化的星座将由GCOM-C1及GCOM-C2、GCOM-C3三颗卫星组成，预计从2014年开始陆续发射。

13. 印度成功发射首颗自主研制雷达成像卫星，进一步扩大遥感领域的全球影响力

4月26日，印度发射首颗完全自主研制的雷达成像卫星（Risat-1），Risat-1卫星成功进入高度536km、倾角97.6°的太阳同步圆轨道。Risat-1卫星发射质量1858kg，设计寿命5年，星载C频段合成孔径雷达由印度自主研制，能够实现全天时、全天候对地成像，图像分辨率可达1m。印度曾于2009年发射了Risat-2卫星，该卫星的合成孔径雷达采购自以色列，与其“合成孔径雷达技术验证卫星”（TecSAR）的有效载荷相同。

印度空间研究组织主席表示：“Risat-1卫星的成功发射，标志着印度进入了有能力制造和发射雷达成像卫星的世界先进行列。”此前，印度共有10颗对地观测卫星在轨运行，Risat-1卫星的投入使用进一步提高了印度在全球高分辨率卫星遥感领域的影响力。

14. 韩国多用途卫星-3卫星入轨，对地观测分辨率达到亚米级

5月19日，韩国利用日本H-2A火箭从种子岛航天发射场发射韩国和欧洲阿斯特里姆公司联合研制的韩国多用途卫星-3卫星。该卫星发射质量800kg，运行轨道高度为685km，设计寿命4年，全色分辨率0.7m，多光谱分辨率2.8m。主要用于满足地理信息系统（GIS）以及环境、农业和海洋等应用领域对高分辨率成像的需求。韩国曾在2006年7月发射韩国多用途卫星-2卫星，质量800kg，分辨率为1m；在1999年12月发射的韩国多用途卫星-1卫星，质量470kg，分辨率为6.6m。

15. “铱星下一代”拟为全球航空公司和空管部门提供商用飞机位置数据业务

8月，铱星通信公司宣布将在“铱星下一代”（Iridium Next）卫星星座上搭载商用飞机监视有效载荷，为世界各国的航空公司和空中交通管制部门提供商业飞机在空中飞行时的位置数据。这一新举措除了为公司带来2亿美元的一次性搭载收入外，还将为铱星通信公司带来极为可观、源源不断的数据业务收入。

“铱星下一代”星座计划搭载的航空监视有效载荷称为“广播式自动相关监视1090MHz扩展电文”（ADS-B 1090MHz Extended Squitter）接收机。该有效载荷的设计和制造工作已交给哈里斯（Harris）公司负责。根据双方签订的合同，具体负责运营这项新业务的Aireon公司将在2012—2017年间共向哈里斯公司支付1.147亿美元。铱星公司一直将有效载荷商业搭载业务视为“铱星下一代”星座的主要收入来源之一，并在设计“铱星下一代”卫星时就为第三方有效载荷预留了必要的空间和功率余量。

“铱星下一代”星座计划于2015—2017年之间发射，包括66颗业务星和6颗在轨备份星，全部卫星的建造和发射成本约为30亿美元。与此同时，铱星公司也对“铱星下一代”星座的发射计划进行了调整，将与SpaceX公司商定的猎鹰-9火箭发射次数由9次减少为8次、发射方式由“一箭九星”改为“一箭十星”，并改用俄罗斯的“第聂伯”（Dnepr）火箭发射前2颗“铱星下一代”卫星。

16. NASA开展空间在轨服务技术演示验证，试验在轨燃料加注和维修所需工具与技术

3月7—9日， NASA与加拿大航天局（CSA）合作，在ISS上进行了“机械人燃料加注任务”（RRM）试验，演示验证了地面操作人员遥控ISS上的“德克斯特”（Dextre）机械臂，使用专用工具为航天器（这些航天器设计时未考虑在轨燃料加注和维修）提供精确在轨服务的技术。

未来两年，NASA和CSA将利用“德克斯特”机械臂和RRM试验模块上的各种工具，针对RRM试验模块上的多种卫星部件以及模块内部和外部的多种接口，开展多项在轨服务试验。NASA希望RRM试验结果能降低空间在轨服务风险，为未来实际开展各种空间在轨服务（包括在轨维修、燃料加注、改变卫星轨道）奠定基础。

17. 俄罗斯货运飞船测试新型对接系统和快速对接模式，并将应用于载人飞船

7月，俄罗斯利用进步M-15M货运飞船试验了Kurs-NA新型对接系统。在首次对接尝试中，对接系统突发故障触发了“被动中止”程序，对接失败。随后，飞船保持在距离ISS下方2.9km的安全距离，并撤离至距ISS后方484km处。地面技术人员经过分析，发现是飞船表面温度过低导致飞船对接系统的传感器失灵，从而触发“被动中止”程序，导致对接失败。随后，技术人员启动了所有可能的加热装置为飞船升温，最终使得飞船温度稳定在22℃，从而成功激活对接系统。在第二次对接尝试中，飞船按照正常程序在预定时间内完成了对接。

8月2月，俄罗斯将进步M-16M货运飞船发射升空。在此次ISS物资补给任务中，俄罗斯首次对货运飞船的快速对接模式进行了测试。飞船在6小时内绕地球4圈后，完成与ISS的自动对接，而以往进步号货运飞船和联盟号载人飞船在对接前要绕地球飞行34圈，花费近两天时间。俄罗斯飞行控制中心的专家表示，快速对接模式已经经过多年研究，并在地面通过了测试。由于这种模式要求ISS的运行轨道不能太低，因此在2011年6月ISS轨道高度从350km提高到400km后，俄罗斯联邦航天局才考虑测试快速对接模式。未来，还将使用进步号货运飞船进行数次试验，如果成功，该模式还可能被进一步应用于载人飞船上。

18.法国发射2颗高分辨率成像卫星，极大提升其在卫星图片市场的竞争力

9月9日，法国新型斯波特（SPOT）光学对地观测卫星——SPOT- 6搭乘印度“极轨运载火箭”成功发射。SPOT- 6是中等分辨率、宽覆盖的光学对地观测卫星，具有更好的指向精度和敏捷性，设计寿命长达10年，是SPOT-5卫星寿命的2倍。SPOT-6卫星搭载了2台“新型Astrosat平台光学模块化设备”（NAOMI），由阿斯特里姆公司研制。NAOMI相机具有1个全色谱段，4个多光谱谱段，全色分辨率为2m，多光谱分辨率为8m，幅宽为60km。

12月2日，法国从库鲁航天发射场使用联盟-ST运载火箭，成功发射昴宿星-1B（Pleiades-1B）对地观测卫星。此前，法国曾于2011年12月17日发射了昴宿星-1A对地观测卫星。“昴宿星”卫星质量为1000kg，运行在高度为694km的太阳同步轨道上，每天最多可获取450幅图像，卫星数据存储容量为600GB，设计寿命5年，全色分辨率为0.7m，多光谱分辨率为2.8m。昴宿星双星将和SPOT-6卫星、预计于2014年发射的SPOT-7卫星，运行在同一轨道内并组成一个四星星座，组成中、高分辨率相结合的对地观测星座，大大增强法国在国际市场上的竞争实力。

★ 昴宿星-1B卫星拍摄的卫星图片