国外载人航天国际合作发展分析

程绍驰(中国国防科技信息中心)

国外载人航天国际合作发展分析

程绍驰(中国国防科技信息中心)

载人航天的历史证明,国际合作可以解决一国技术和资金的不足;分担风险,互补优势,是发展载人航天事业的重要途径.随着主要国家载人航天目的地逐渐向近地轨道以远拓展,技术难度之高、资金投入之巨、未知因素之多、失败风险之大前所未有,国际合作已成为必然选择.

1 国外载人航天国际合作发展历程

载人航天的国际合作发展,与所处特定历史时期的国际政治、经济、科学技术等背景密不可分.从世界上第一艘载人飞船成功发射至今,载人航天国际合作先后经历了以争取政治利益为中心、以节约工程成本为中心和以创新关键技术为中心三个阶段.

以争取政治利益为中心的国际合作阶段

冷战初期,只有美国和苏联具备独立从事载人航天活动所需要的高技术和高投入实力.在此期间,美国和苏联的载人航天发展是一种全面竞赛,基本上没有相互合作.到20世纪70年代后期,出于国际斗争形势的需要和经济与技术方面的原因,华约部分国家和北约部分国家分别参与了苏联和美国的载人航天计划.在这一时期的载人航天国际合作中,美国和苏联获得了较大的政治利益,技术上的合作关系是主导与附属关系,带有明显的不平等性.

1978年,苏联航天员亚历山大.古巴廖夫与捷克航天员弗拉季米尔.列梅克乘坐苏联联盟-28载人飞船升空,几天后与苏联礼炮-6空间站对接,两名航天员进入其中,这是国际航天史上首次由不同国家航天员联合进行的载人航天飞行.此后,共有9个国家的航天员与苏联航天员一起在联盟号载人飞船和礼炮-6空间站上使用30多种仪器完成150多项有关生物医学、地球与空间观测以及空间生产方面的科学实验.苏联发展载人航天的国际合作,加强了与东欧国家的关系,扩大了世界影响.但是,合作国航天员的所有载人航天活动几乎全部依靠苏联设备和设施,扮演着"太空游客"的角色.

美国于1973年与欧洲签订合作协议,由欧洲研制航天飞机搭载的"空间实验室".美国还与加拿大合作由加方研制航天飞机的加拿大机械臂-1.日本非常重视利用美国航天飞机积累载人航天飞行经验,日本航天员毛利卫于1985年被美国航空航天局(NASA)选拔为航天飞机任务候补航天员,经过7年的相关培训,成为首名进入太空的日本人.美国通过与其盟国在载人航天计划方面的合作,获得了一定的经济利益,并得到技术上的支持.与此同时,欧洲、加拿大和日本等国家和地区通过参与美国的载人航天计划积累了一些经验.

以共同分担成本为中心的国际合作阶段

进入20世纪90年代,国际政治环境趋于缓和,主要国家开始调整其航天政策和载人航天发展计划.美国和俄罗斯由于冷战时期维护大国地位的需要以及过高估计了载人航天商业应用的价值等原因,把载人航天计划的规模设计得过于庞大,造成成本难以承受.经过一段时间的理性思索,两国一方面缩小载人航天计划的规模,减少投资; 另一方面开始扩大相互合作,取长补短,共同分担费用.在美俄两国的带动下,载人航天国际合作迎来了新气象,双边合作与多边合作交叉进行,互为补充,最大成果是建设和开发"国际空间站".

加拿大机械臂在航天员舱外活动中发挥很大作用

"国际空间站"计划是迄今为止世界上规模最大的航天合作计划,参与方包括美国、俄罗斯、欧洲、日本、加拿大和巴西等16个国家和地区,原计划投资630亿美元,但目前的总投资已超过1000亿美元,这是任何国家都无法独自承担的."国际空间站"的前身是美国的自由号空间站计划,后者由于经费投入的限制经受了一次次脱胎换骨似的重新设计,而研制进度却一次次延后,甚至险些被取消.1993年,美俄两国签署共建空间站的联合声明,拯救了自由号空间站计划.通过合作,美国在经费投入不足的情况下,确保了空间站计划的顺利实施,且在载人航天国际合作中占据主导地位;俄罗斯在经济急剧衰退的情况下继续开展空间站计划,维护了载人航天大国的地位.欧洲和日本各为"国际空间站"提供了一个实验舱,并成功研制了各自的货运飞船,掌握了多天飞行、舱外行走、交会对接等载人航天基本技术,以最小的代价积累了必要的载人航天经验和关键技术.加拿大研制的机械臂在飞船与"国际空间站"对接的过程中也发挥了至关重要的作用,为其争取了一席之地.

由16个国家联合研制的"国际空间站"

以创新关键技术为中心的国际合作阶段

奥巴马总统上任后,对美国载人航天发展计划进行全面调整,取消"重返月球"计划,将小行星、火星确定为新战略目标,并对"国际空间站"发展、航天飞机退役及空间探索整体思路与方案都做出了全面调整.总的来看,这次调整虽然有为应对金融危机缩减财政赤字的客观原因,但更主要的目的还是希望通过创新技术发展,保持载人航天领导地位.在美国的带动下,以空间运输、空间通信、长期在轨飞行等关键技术创新发展为中心的国际合作持续升温.

在空间运输领域,2012年1月,欧洲航天局(ESA)与美国航空航天局签署协议,为美国"猎户座"飞船建造服务舱."猎户座"飞船被认为是人类有史以来最先进的载人航天器,可以携带航天员进行深空探索,这是美国首次与外国航天局合作建造此类航天器;2013年3月,欧洲航天局与俄罗斯联邦航天局(RKA)签署协议,合作开展"火星生物" (ExoMars)计划,该计划将在2016年和2018年执行两项任务,欧洲提供2016年任务中的火星轨道探测器和再入、下降与着陆器,以及2018年任务中的轨道转移器和火星表面巡视探测器.俄罗斯联邦航天局负责2018年任务的下降模块,并为两次任务提供运载火箭.

在空间通信领域,2013年11月美国航空航天局首个月球轨道激光通信系统-"月球激光通信演示器"(LLCD)完成一系列地月双向激光通信试验,验证了下行622Mbit/s、上行20Mbit/s的最大激光通信能力,创造了人类空间激光通信史上的新纪录-通信距离约为之前空间激光通信最远距离的10倍,最大数据传输速率约为地月无线电通信的6倍.其中,欧洲航天局位于西班牙加那利群岛特内里费岛的地面终端和美国新墨西哥州白沙靶场、加利福尼亚州桌山天文台合作参与了此次通信试验,为发展下一代高数据率空间通信技术提供了有力支持.

在长期在轨飞行领域,2010年6月,由俄罗斯主导、多国科研机构共同参与的模拟火星载人航天飞行试验火星-500计划启动第三阶段(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一系列验证与科学研究.该实验不仅为载人深空探索和登陆火星提供技术支持,而且为未来载人深空探索国际合作积累了经验;2012年10月,"国际空间站"合作国就开展1年期驻站任务达成一致,由美俄各派遣1名航天员共同执行,他们预计于2015年春季乘坐俄罗斯联盟号飞船启程.此前,"国际空间站"长期考察组的单次驻站时长一般为半年,延长至1年后,科学家将获得更多有关长期在轨飞行影响的数据.

2 国外载人航天国际合作发展趋势

当前,经济全球化、政治多极化、研究开发国际化和科技经贸一体化正成为世界主要趋势.载人航天国际合作的重点领域、参与主体和运行模式正经历着深刻的变化.

合作重点向深空领域转移

进入21世纪以来,深空探索成为发展热点,主要航天国家均提出了以火星或月球为目的地的深空探索规划.2006年,美国、俄罗斯、欧洲、中国、英国、法国、德国、意大利、日本、韩国、印度、乌克兰、澳大利亚、加拿大等14个国家(地区)的航天机构开始讨论全球合作探索太空的问题.2007年5月,联合发布了合作探索太空的顶层战略-《全球探索战略:合作框架》,随后成立国际太空探索协调组(ISECG).2011年9月,该协调组联合其中12个国家(地区)的航天机构(中国和澳大利亚除外),发布第一版《全球探索路线图》,规划了未来25年通过国际合作探索月球、小行星以及火星的目标、路径与方案等.在此基础上,2013年8月20日,国际太空探索协调组联合美国、俄罗斯、欧洲、英国、法国、德国、意大利、日本、韩国、印度、乌克兰、加拿大等12个国家(地区)的航天机构,共同发布新版《全球探索路线图》,提出以2030年后开展载人火星探索为目标,通过充分发挥"国际空间站"的价值、扩大载人任务与机器人探索任务的互补效应、借助载人探月任务积累关键技术等手段,实现载人航天事业的可持续发展.两版《全球探索路线图》的发布表明,多国合作载人深空探索的意向、途径和方案已逐步清晰,主要航天国家之间的战略合作、项目合作以及技术合作更加有章可循、有的放矢,国际合作水平迈上了新的台阶.

欧洲和俄罗斯将合作实施"火星生物"计划

合作主体向多元化方向拓展

以往,载人航天国际合作多为政府间合作,且主要为发达国家.随着中国、印度等国载人航天能力的不断提升、商业载人航天工业的蓬勃发展以及国际组织参与热情的不断提高,国际合作的主体呈现出多元化的发展趋势.在政府参与方面,美国国家研究委员会应国会与航空航天局要求,于2014年6月发布《探索之路:美国载人空间探索计划的根本原因与实现途径》研究报告,其中一个值得关注的观点就是强调开展国际合作特别是与中国的合作.报告认为,美国应当重新评估当前禁止与中国进行航天合作的政策是否符合美国的长远利益,国际合作将向中国及其他潜在新兴航天大国、传统的国际合作伙伴开放.在商业公司参与方面,已有商业公司开始为"国际空间站"提供货运服务,未来还将提供"国际空间站"乘员运输服务.美国太空探索技术公司(SpaceX)甚至计划利用经过改进的"龙"飞船和"猎鹰"重型运载火箭,在2022年与美国航空航天局合作开展火星样品返回任务;在国际组织参与方面,国际宇航联合会、国际空间探索协调组、国际宇航学会等组织利用学术研讨平台促进技术交流与合作,在推进载人航天国际合作中的地位和作用有进一步增强的趋势.例如,国际宇航联合会主办的国际宇航大会每年举办一次,来自中、美、俄、欧、日、印等70多个国家的政府官员、专家学者、企业家参加,与会代表通过交流各自国家载人航天战略、政策与规划,深入探讨学术问题,增进了相互了解,建立了彼此信任,为建立高级别协调机制铺平了道路.

合作计划的非约束性逐渐增强

由于政治考量、资金投入力度、技术发展水平等存在差异,主要国家载人航天的发展重点和优先级无法完全取得一致.因此,未来载人航天国际合作计划可能仅确定共同发展目标和总路线,不约束各参与国实施一个具体发展计划,而由参与国根据各自发展计划,选择本国认为高优先级的任务为总路线提供支撑.2013年发布的新版《全球探索路线图》提出的总路线为,首先进行载人探索小行星和地月空间载人飞行,然后开展载人月球表面探测,最后开展载人探索火星,并强调各参与方不必参与每一次任务,这不仅反映了火星探索中通过渐进阶梯式发展获得技术能力的基本思路,也兼顾了各国不同的空间探索重点和潜在的商业机会.

3 启示

技术水平决定了载人航天国际合作的主要受益方

纵观载人航天国际合作历史,技术水平最为先进的美俄两国始终是国际合作项目的主导者,且从中获取的利益最大.冷战时期,其他国家主要出于政治目的参与美国或苏联发起的载人航天合作项目,且相关领域研究基本处于空白,无论是政治收益还是技术发展,美国和苏联都是最大赢家.20世纪90年代开始的"国际空间站"计划,美国航空航天局负总体责任,且在整个研制、装配、运行过程中拥有最终决策权.在航天员驻站方面,乘组原则上由美、俄两方航天员共同组成,并轮流担任指令长,第三方航天员只能占用美国或俄罗斯的第二名乘员的名额.在实验资源方面,除俄罗斯使用和控制本国的实验室空间外,共有33个标准有效载荷机柜,美国的实验舱内有13个,欧洲和日本的实验舱内各有10个,但要各提供一半供美国使用.目前提出的《全球探索路线图》无论是合作框架还是路线图,均与美国的战略规划相契合,其他国家只能扮演配角.

独立自主的发展是载人航天国际合作的重要前提

载人航天国际合作多数是强强合作,合作各方都具有相当的实力,如果没有自己的特色技术和优势,参与合作无从谈起.美国与俄罗斯一直缺乏战略互信,但鉴于俄罗斯强大的载人航天科技实力,美国仍邀请其参与"国际空间站"计划,甚至在乌克兰危机致使对立升级的背景下,仍向俄罗斯提议延长"国际空间站"的使用寿命至2024年.欧洲载人航天以国际合作起步,由于没有建立起独立的载人航天体系,对国际合作的依赖程度很高,其提出与美国合作开展"火星生物"探测计划的设想由于美国的退出一度陷入困境,现有虽有俄罗斯加入,未来发展前景仍不明朗.印度一直希望借助地缘政治优势与发达国家合作,提升本国的载人航天活动能力,但过度依赖合作导致载人航天技术的畸形发展.从印度首次载人航天飞行任务和月船-2(Chandrayaan-2)任务的不断推迟看,合作在一定程度上限制了本国载人航天工业基础的发展.

国际组织应成为我国突破载人航天国际合作障碍的重要平台

虽然我国载人航天取得了举世瞩目的成就,但受美国阻挠,一直缺席包括"国际空间站"在内的一系列重大国际合作项目.然而,随着全球化趋势的不断推进与航天技术的迅猛发展,国际合作已不局限于政府间的合作,许多全球性和地区性的国际组织已成为重要平台.我国可通过积极参与国际组织相关活动,开展多层次的技术合作与交流,增进了解,扩大共识,为政府间合作创造有利环境.美国航空航天局曾于2013年10月以国家安全为由,禁止中国籍科研人员参加在艾姆斯研究中心举办的涉及"开普勒" (Kepler)空间望远镜项目的学术研讨会,但遭到许多科学家的联合抗议,最终迫使美国航空航天局取消禁令.此次事件从侧面说明,国际学术界对我国参加航天技术合作与交流持赞成态度,且能够在我国突破航天国际合作局限的过程中发挥积极作用.