2015国外载人航天发展综合分析

王岩松，廖小刚(中国国防科技信息中心)



2015国外载人航天发展综合分析

王岩松，廖小刚
(中国国防科技信息中心)

2015年，国外主要航天国家依据本国国情持续推进载人航天活动，美国完善了载人航天技术顶层规划，俄罗斯继续进行航天机构重组，美、俄新型航天运输系统研制进展顺利；国际空间站延寿至2024年，将继续扮演着技术验证和科学实验平台的重要角色，发挥人类火星之旅的前哨作用；美国商业航天发展快速，未来可承担近地轨道、月球轨道的运输任务；各国深空探测目标与计划更加明确，探测活动取得显著成果。

1　持续加强载人航天顶层规划，进一步明确发展重点

2015年，国外主要航天国家持续推进载人航天活动，美国公布新版技术路线图和载人火星探索的“三步走”战略；俄罗斯在经费锐减的情况下，调整《2016 - 2025年联邦航天规划》，并积极推进航天机构改革，以重塑航天领域优势。

1. 1 美国绘制新版技术发展路线图，发布载人火星探索战略

2015年5月，美国国家航空航天局(NASA)在其网站公布《2015 NASA技术路线图》草案报告。该路线图是在2012年版《NASA技术路线图》基础上的进一步完善，重点关注未来20年及更长时期重点发展的技术方向。一直以来，美国重视技术开发和技术创新，出台了一系列技术发展路线和投资计划，加大技术开发力度，做好技术储备，一旦条件成熟，所拥有的技术将具备实现抵达任何目的地的能力。为加强技术发展的顶层规划，NASA通过定期发布和更新《NASA技术路线图》，详细规划与指导具体技术的研发与投资，从而确保美国在载人航天和深空探索领域的技术优势、保持全球领先地位。

2015年10月，NASA公布《NASA火星之旅:开拓太空探索新篇章》报告，进一步明确美国载人火星探索的“三步走”战略。“三步走”战略将人类登陆火星计划分为三个阶段:第一阶段——“地球依赖”阶段，主要在国际空间站(ISS)上开展科学研究，为深空探索任务做准备；第二阶段——“试验场”阶段，侧重于在深空环境中，如地月空间，开展复杂操作的试验与研究，验证人类火星探索任务所需要的能力，重点工作包括新型“航天发射系统”(SLS) /“猎户座”飞船的试验、实施“小行星重定向任务”等；第三阶段——“地球独立”阶段将载人飞船送入火星轨道，最终将航天员送到火星表面。在过去40多年中，NASA实施了多次机器人火星探测计划。依靠当前国际空间站及地面实验室中正在进行的科学和技术研究活动，NASA已向最终目标迈出了第一步。“授权法案”和“美国国家空间政策”的指示。

2015年12月，美国参议院和众议院通过了2016财年NASA拨款法案，将在2016财年为NASA拨款192. 85亿美元，比2月份NASA提交的预算申请多出近8亿美元。其中，受益最大的项目之一是航天发射系统(SLS)项目，收到了20亿美元的投资，比最初请求的13. 6亿美元高出了近一半；NASA的行星科学项目也得到了可观的增加，法案为该项目拨款16. 31亿美元，比NASA请求的数额要高2. 7亿美元；NASA备受争议的商业乘员计划收到了12. 438亿美元的拨款，满足了NASA在商业航天方面的需求。法案强调，充分的资金是为了确保目前由波音公司和SpaceX公司开发的商业乘员系统能够在2017年投入使用。此次拨款的大幅度增长，表明美国意欲加强新型空间运输系统的研制进度、早日摆脱对俄罗斯依赖的决心，从而保持在载人航天领域的领导地位。

1. 2 俄罗斯制定十年发展规划，持续改革意欲重塑优势

受金融危机影响，俄罗斯航天局重新评估了《2016 - 2025年联邦航天发展规划》，未来10年俄联邦航天预算将由2万亿卢布降至1. 4万亿卢布，大幅缩减载人航天项目，将“绕月”探测的时间将从2025年推迟到2025～2030年，首次载人月球任务从2030年推迟至2035年。2015年2月，俄罗斯联邦航天局科技委着手制定《2030年前及以远载人航天发展构想》，该《构想》提出支持国际空间站运行至2024年，随后在与国际空间站分离的模块基础上建成本国轨道基础设施，并以此为跳板实现俄罗斯深空探索目标。

为扭转俄罗斯航天工业逐步削弱、人才流失严重、航天工业监管不到位、航天事故频发的现状，俄罗斯开启了第二轮航天工业改革。12月28日，俄罗斯总统普京签署总统令，将俄联邦航天局与联合-火箭航天集团合并为俄罗斯航天国家集团。俄罗斯希望通过此番改革，大幅度削减管理机构，将管理和生产职能集中化以提升航天工业效率，解决航天工业目前存在的诸多问题。

2　载人航天各大系统进展顺利，重要系统研制稳步推进

2015年，美国下一代载人航天系统——SLS和“猎户座”飞船的研制都顺利通过了关键设计评审，即将进入生产制造阶段。俄罗斯未来将重点发展“安加拉”火箭和新型飞船研制。日本、印度以及欧洲也相继投入资金发展航天运输系统，提升本国载人航天能力。

2. 1 主要航天国家积极推进新型运载火箭研制

2015年7月，NASA完成了对“航天发射系统”(SLS) Block 1型火箭的关键设计评审。此前，助推器、发射台、发动机均已通过关键性设计评审。此次关键设计评审的是SLS火箭三种配型中的第一个:火箭高约98米，重约2500吨，近地轨道运载能力70吨。其第一次任务“探索任务”-1将发射不载人的“猎户座”飞船，以验证SLS火箭与“猎户座”飞船集成系统的性能。马歇尔太空飞行中心SLS项目经理称，通过关键设计评审，NASA能够确保SLS的设计安全可靠，满足未来的深空任务要求。此次关键设计评审表明，SLS火箭的设计满足系统要求，可继续进行全面生产、组装、集成以及测试工作。

2015年，俄罗斯《2016 - 2025年联邦航天规划》草案中称，“安加拉”5V的研制、试验和发射仍是该框架下的工作重点。根据俄罗斯联邦航天局评估，研制重型运载火箭及建设其基础设施需耗资近1万亿卢布(约合175亿美元)，包括在RD -170(推力为800吨)的基础上研制RD -175发动机(推力为1000吨)所需的费用。此外，俄罗斯拟研制新型“联盟”5系列运载火箭，“联盟”5系列火箭包含中型“联盟”5. 1、大型“联盟”5. 3及重型三种构型，采用模块化设计，推进剂采用液氧/甲烷，由东方港发射场发射。“联盟”5. 1采用两级构型，使用“弗雷盖特”上面级，起飞质量约269吨，最大高度50. 1米，近地轨道运载能力为9吨。“联盟”5. 3采用三级构型，使用“弗雷盖特”SBU上面级，捆绑2枚芯级助推器，起飞质量约690吨，最大高度56. 7米，近地轨道运载能力24吨，用于发射载人和载货飞船、卫星。

欧洲航天局8月向空客赛峰集团售出26亿美元的“阿里安”6火箭研制合同，标志着该型火箭研制工作正式启动，并将于2020年实现首飞，逐步替代现役“阿里安”5大型火箭。

日本航空航天探索局(JAXA)7月宣布已经开始研发的新型H -3火箭，计划于2020年首次发射升空。H -3火箭的总研发费用预计为1900亿日元，旨在扩大其在全球火箭市场的地位。

印度空间研究组织负责研制的“地球同步轨道卫星运载火箭”- MK3(GSLV-MK3)的大推力低温火箭发动机CE20成功实现连续635秒的热试车，对于印度航天运载能力的发展具有重要意义。

2. 2 稳步推进新型飞船研制

2015年，“猎户座”飞船成功完成了一系列技术研制:8月对飞船结构、火药燃烧、发射中止系统、软件、导航与控制等进行关键设计评审；9月通过关键决策点- C里程碑，同时开始“猎户座”飞船主结构的焊接工作，表明飞船结构设计已足够成熟，可以进行全规模的制造、装配、集成与测试。该飞船将在2018年执行“探索任务”-1。

俄罗斯新型载人飞船PTK NP的研制工作持续跟进。2015年俄罗斯公布新飞船将选择改进型“杆-锥”对接系统，该系统已在国际空间站俄罗斯舱段和俄现有货运、载人飞船上得到验证。由俄罗斯能源火箭航天集团研制的新型载人飞船能够运送6人到近地轨道或者4人到达月球，其研制工作从2009年开始，无人和载人发射分别于2021年和2024年进行。

欧洲航天局最后一艘自动货运飞船于2月结束太空使命，欧洲航天局及其欧洲工业合作伙伴在设计、建造和运行五艘自动货运飞船期间收获的知识和经验，为欧洲参与美国“猎户座”飞船服务舱的建造打下重要基础。

2. 3 面向长期飞行任务的航天员系统研究全面展开

2015年3月，美国航天员斯科特˙凯利和俄罗斯航天员米哈伊尔˙尼延科开始执行为期一年的国际空间站长期考察团任务。任务期间，航天员将开展72项共计688次实验，重点关注的是长期空间飞行认知和心理，以及隔离、疲劳、昼夜循环交替的影响。开展一年期任务的主要目的是更好地了解人体应对太空恶劣环境的反应和适应性，所获得的数据将被用来降低未来长期载人飞行任务的风险。这项一年期任务将是人类探索近地轨道以远的跳板。

2015年7月，NASA 2013级航天员班学员圆满完成了航天员训练项目。NASA局长查尔斯˙博尔登7月宣布，NASA已选出4名航天员作为2017年美国商业太空飞行的首个乘组，这是美国结束单一依赖俄罗斯向空间站运送航天员并重返本土发射的重要里程碑，标志着近地轨道运输市场进一步向私营开放，也使NASA 2030年向火星运送乘员的目标进一步迈进。

此外，面向未来载人深空探索的航天员及其装备研究也在有条不紊地展开。2月，7名航天员在美国犹他州火星沙漠研究站进行为期2周的模拟登陆火星演练。演练的重点是原位资源利用技术，学习如何在远离地球的其他星球上自给自足，其中3D打印技术将起到重要作用。7月，NASA派遣NEEMO -20(NASA极端环境任务实施)国际探险队，在大西洋底完成14天的海下任务，为未来的深空任务做准备。NEEMO - 20的重点是评估用于未来太空行走的工具和技术，测试将在模拟小行星、火星卫星和火星等不同的表面和重力水平下进行。俄罗斯开展了名称为“月球-25”的模拟绕月飞行的隔离试验，这是一项研究女性机体对隔离条件适应的心理生理学试验，有6名年龄在25～34岁的女性组成了试验乘组，她们在封闭舱内度过8个昼夜。这些极端环境模拟试验所取得的成果将帮助人类向适应更长期的航天飞行任务迈进。

3　国际空间站将延寿至2024年，继续成为科学研究的重要平台

2015年，俄航天局和美国航天局就延长空间站使用期限达成一致，确定国际空间站将使用至2024年。

3. 1 国际空间站出舱活动继续开展，运输事故频发

2015年，国际空间站共进行了14次运输任务，俄罗斯发射了5艘货运飞船(1次失败)和4艘载人飞船，美国商业公司发射4艘货运飞船(1次失败)，日本发射了1艘货运飞船。国际空间站上航天员共进行了6次出舱活动，完成了架设电缆、清理安装设备等任务。在国际空间站货运任务中，俄罗斯“进步”M - 27M货运飞船执行任务过程中出现故障，飞船未能与国际空间站对接，造成3亿多元的损失；美国SpaceX公司的“猎鹰”9火箭6月28日在执行发射任务中发生爆炸，导致“龙”飞船及其携带的1. 8吨加压货物随之焚毁。由于飞船携带大量驻站生活用品和科学实验仪器，空间站上的物资储备降低，计划完成的科研工作不得不取消或推迟，对于将国际空间站利用率最大化的预期目标带来不利影响。

3. 2 国际空间站完成大量技术验证工作

2015年，国际空间站继续进行大量的技术试验，以应用于未来实现载人火星探索并能有效降低任务成本。3月，NASA喷气动力实验室首次使用OPALS演示验证了空间站激光信号可聚焦到地面的单模激光光纤上，单模激光光纤在通信工业的标准宽度只有人类头发的四分之一，这项技术可用于未来空间的高速互联网连接。6月，ESA利用即时视频和力反馈进行了首次天地远程控制试验验证(Haptics-2试验)，验证了通信网络、控制技术和天地连接软件。7月，NASA重启“机器人在轨燃料加注任务”(RRM)，测试了一种新型、多功能检测工具。9月，国际空间站上的航天员通过触觉感知技术对地球上的机器人进行远程遥控，该技术有巨大的应用前景，人类可通过触觉感知的方式在复杂的任务中指导机器人。

3. 3 国际空间站载人飞行15年成效显著

11月2日，国际空间站实现载人飞行15周年，据NASA发布的第二版《空间站造福人类》报告称，国际空间站在轨15年来，取得了丰富的科学、技术和教育成果，这些成果已经或者将对地球生活产生影响。国际空间站为开展多学科研究与应用发展提供了理想的实验平台，对长期空间飞行和未来深空探测任务提供了有力支持；空间站作为开展地球科学研究的理想观测平台，其长期飞行条件可提供空间观测数据；利用空间站微重力条件开展微重力科学研究，有可能实现基础理论突破、发现物质新特性及潜在应用前景。

4　美国商业航天发展迅速，安全性引发广泛关注

2015年，美国政府继续大力扶持商业航天的发展，以SpaceX公司为代表的商业航天企业技术水平不断提高，商业航天处于快速发展的新阶段。但是，“猎鹰”9火箭的爆炸事故再次引发公众对快速发展的商业航天安全性的担忧。

4. 1 美国通过立法为商业航天发展扫清障碍

2015年，美国会通过《鼓励私营航空航天竞争力与创业法》，明确要求为商业载人航天飞行提供第三方信用担保、发射强制竞争等良好的政策环境；特别是11月，美国总统奥巴马签署《美国商业航天发射竞争法》，明确授权美国公民、商业公司或机构享有从小行星和其他地外天体开采的水、矿产资源的所有、使用及出售等权力，从法律层面为未来的商业空间采矿扫清障碍。这一举措将进一步激发商业公司开展深空探测的兴趣，向他们开启星际采矿的大门。

4. 2 “猎鹰”9火箭发射爆炸引发对商业航天安全性的担忧

6月，SpaceX的“猎鹰”9火箭发射后发生爆炸并解体，事故初步调查是因为火箭子部件产品质量不过关。此次事故对SpaceX公司产生严重负面影响，同时也不利于国际空间站的长期运营，许多科学实验不得不推迟或取消。在不到8个月的时间之内，美国商业载人航天发展接连遇挫(2014年10月“安塔瑞斯”火箭发生爆炸、“太空船2号”商业飞船飞行测试时坠毁)，频发的商业航天事故给美国商业航天发展泼了冷水，引发各方对此前一直快速发展的商业航天的担忧。尽管美国发展商业航天的决心和信心不会因为一两次事故而发生改变，但考虑到未来将由商业航天公司承担载人发射任务，美国政府预计将加强监管力度，进一步严格要求，确实保证商业航天发射特别是载人发射任务的安全性和可靠性。

4. 3 商业载人航天发展前景依然乐观

NASA继续推进商业载人航天项目。在2014年选定波音公司和SpaceX公司为商业载人运输服务上之后，2015年，NASA授予分别授予上述两家公司承担载人运输任务的合同，这两家公司将于2017年通过各自的新型飞船首次将航天员送至国际空间站。继商业货运补给任务之后，人员运输也将由商业公司承担，标志着商业航天的发展迈上了新的台阶。

以SpaceX公司、蓝源公司为代表的商业航天公司不断推进航天系统的研发，多个系统取得显著性成果。美国SpaceX公司5月首次试验第二代载人“龙”飞船的发射中止系统，证明了“龙”飞船具备在发射台出现危及生命的情况下能够将航天员运送到安全地点的能力，标志着“龙”飞船在迈向载人道路的一个里程碑，对Space X公司未来的载人航天飞行任务至关重要。11月，该公司获得NASA的首份订单，将于2017年将执行首次载人任务，将航天员送往国际空间站。蓝源公司11月完成首次火箭软着陆试验，成为全球第一家将火箭发射至“卡门线”(高度约100千米)后又完好无损地返回地面的公司，这为实现火箭的重复使用大大地向前推进了一大步。

在遭遇火箭发射失败之后，轨道ATK公司和Space X公司于2015年12月先后实现了复飞。轨道ATK公司的天鹅座飞船搭乘“宇宙神”-5火箭于12月6日发射，执行该公司的第四次国际空间站货运补给任务，并于9日成功与国际空间站对接，运输共3. 5吨的货物。Space X公司于12月底利用“猎鹰”9火箭成功将11颗小卫星送入低地球轨道。此次使用的是“猎鹰”9 1. 2型火箭是在6月发生事故的火箭改进而来，推力更大。

5　各国稳步推进深空探索计划，探测活动持续升温

国外各航天国家和组织均制定了各自的深空探索规划，月球、小行星和火星将是未来很长一段时期主要航天国家竞争的“竞技场”。尽管各国的近期发展目标并不一致，但都以载人登陆火星作为长远发展目标，在深空探索领域能够跻身国际前列也是成为航天大国的重要标志之一。

5. 1 航天国家细化深空探索计划

针对月球、火星和小行星等深空探测目的地，美俄进一步明确探测计划，积极推进相关探测活动。

作为走在深空探索前列的国家，美国3月明确了“小行星重定向任务”的方案，将于2020年发射“小行星转向航天器”，从一颗较大的小行星(直径数百米)表面抓取一块直径为4米的岩石，并于2025年前将其移至月球轨道；随后再由航天员对岩石进行采样并返回。“小行星重定向任务”是美国载人火星探索规划中的重要一步，该任务中的很多技术和概念方案都可扩展到载人火星探索。

其他航天国家也在争相制定本国的深空探索目标。日本4月宣布计划于2018财年向月球发射无人探测器，这是日本首次尝试登月探索项目。此外，日本还计划在2021年前后发射无人探测器，在火星的卫星上着陆并采集砂土和冰等带回地球。从火星的卫星采样并返回的计划在全世界尚无先例，若采样成功，可以对火星、卫星的组成进行详细调查，有助于解开火星形成之谜。印度宣布将在未来2～3年内独立进行第二次月球探测任务，即“月球航行”-2探测器的发射。阿拉伯联合酋长国航天局宣布计划于2020年7月发射“希望”探测器，将生成人类首个关于火星大气层的综合模型，采集并回传超过1000千兆比特新的火星数据。

5. 2 深空探索成绩显著

2015年，全球深空探测器发回的数据进一步增进了人类对地球和宇宙的了解，扩展了人类的空间知识和探索能力，同时也增加了人类进入更遥远空间的机会。

NASA 4月宣布，“信使”探测器已完成既定任务，以每秒3. 91千米的速度撞击水星表面，这次为期4年多的水星轨道任务搜集了非常可观、有效的数据，“信使”探测器是人类首个也是目前唯一进入水星轨道的探测器。7月，“新视野”探测器以每小时4. 5万千米的速度飞掠冥王星，最接近距离约为12470千米，首次向地球传回高清冥王星照片，美国由此成为世界上唯一使用无人探测器探访了太阳系中最大的九颗星体的国家。

NASA继续利用“好奇”号和“机遇”号火星漫游车对火星进行探测并取得突破，首次证明火星地表水的存在和火星弱酸性土壤更适合微生物生存的理论。此外，印度的“曼加里安”号火星探测器由于燃料充足，探测任务期被延长，并发回数据。日本“隼鸟”2号小行星探测器3月进入正式飞行的巡航运行状态，目标锁定小行星1999 JU3，并将在此小行星上采集样本物质并带回地球。

6　结束语

展望2016年，美国在获得更多财政经费的支持下将继续保持强劲发展势头，新型航天运输系统的研制将迈向全面制造、组装、集成和测试阶段，航天员为期一年的驻站研究和深空探索的成就将为实现“火星之旅”提供重要支撑；俄罗斯航天领域将打破传统的“套娃”管理模式，体制革新对航天发展产生的影响或将初现成效；其他航天国家在空间探索领域也在加快发展步伐。

信息来源: http:/ / www. nasa. gov；http:/ / www. cmse. gov. cn；http:/ / www. isro. org；http:/ / global. jaxa. jp.

作者简介:王岩松(1971 - )，女，硕士，副研究员，研究方向为载人航天信息。E-mail:zrhtbg@163. com

收稿日期:2015-11-10；修回日期:2016-01-10