2017年 国外载人航天发展综述

吴爽 王霄 （北京空间科技信息研究所）

2017年，全球载人领域共进行了14次发射任务，全部成功。其中，4次载人飞船发射任务，10次货运飞船发射任务，发射数量与2016年持平。俄罗斯发射3艘“进步”（Progress）货运飞船、4艘“联盟”（Soyuz）载人飞船。美国商业公司成功发射6艘货运飞船，太空探索技术公司（SpaceX）实现了运载火箭和飞船的重复使用，再次创下航天史新纪录。中国发射了首艘货运飞船天舟-1，中国载人航天工程“三步走”战略计划的“第二步”圆满收官。

1 引言

2017年，载人航天领域稳步发展，各主要航天国家重点围绕低地球轨道开展空间应用，同时积极推进低地球轨道以远的长远规划和系统建设。美国特朗普新政府执政后，取消了“小行星重定向任务”（ARM），重启“重返月球”计划，提出发展地月空间，并以载人火星为长远目标，持续推进新技术、新系统的研发。

任务执行上，美、俄围绕“国际空间站”（ISS）开展运营维护。美国主要依靠商业公司的“龙”（Dragon）、“天鹅座”（Cygnus）飞船开展货物运输；俄罗斯“联盟”载人飞船仍承担运送航天员至“国际空间站”的重任。系统建设和技术研发上，美国持续推进以“猎户座”（Orion）飞船和“航天发射系统”（SLS）为主的探索系统开发。俄罗斯新一代载人飞船联邦号（Federation）稳步推进，东方航天发射场建造工作继续。

空间应用方面，重点围绕“国际空间站”这一在轨平台开展技术开发与验证试验。商业化发展方面，低地球轨道商业运输稳步推进，商业公司继续拓展太空旅游市场，新型公私合作伙伴关系得到进一步深化。2017年4月20日，我国首艘货运飞船天舟-1顺利升空，标志着我国载人航天工程“三步走”战略的第二步全面完成，并正式进入空间站全面建设阶段。

2 各国围绕“国际空间站”积极开展空间活动

俄罗斯联盟 MS飞船继续向“国际空间站”运送航天员

2017年，俄罗斯最新升级版载人飞船联盟 MS继续执行将航天员送至“国际空间站”的任务。俄罗斯航天国家集团（ROSCOSMOS）计划从2017年4月直至俄罗斯多功能实验舱启用，“国际空间站”俄罗斯乘组人员将从3人缩减至2人，以提高“国际空间站”俄罗斯舱段的工作效率。2017年，俄罗斯共发射了4艘联盟 MS飞船。

2017年4月20日，联盟-FG运载火箭搭载联盟MS-04飞船从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场发射升空。本次飞船搭载了俄罗斯航天员费奥多尔·尤尔奇欣和美国航天员杰克·费希尔，这是10年来飞船首次搭载2名航天员前往“国际空间站”。此次飞船采用的是6h快速交会对接方式，成功与“国际空间站”搜索号（Noisk）舱对接。7月28日，联盟-FG运载火箭搭载联盟 MS-05飞船从拜科努尔发射场发射升空。本次飞船搭载了俄罗斯航天员谢尔盖·赖萨斯基、美国航天员兰道夫·布雷斯尼克和欧洲航天员保罗·内斯波利。9月13日，联盟-FG运载火箭搭载联盟 MS-06飞船从拜科努尔发射场发射升空。本次飞船搭载了俄罗斯航天员亚历山大·米苏尔金、美国航天员马克·范德·黑和约瑟夫·迈克尔。该批考察组将进行40多项的航天生物学、生物技术等领域的试验。12月17日，联盟-FG运载火箭搭载联盟 MS-07飞船从拜科努尔发射场发射升空，飞船采用了传统的2天交会对接方式。

俄罗斯发射3艘进步 MS货运飞船

2017年，俄罗斯继续使用更新版货运飞船进步MS为“国际空间站”俄罗斯舱段运送货物，2017年共发射了3艘进步 MS飞船。

2017年2月22日，联盟-U运载火箭搭载进步MS-05飞船从拜科努尔发射场发射升空，这是联盟-U运载火箭最后一次执行发射任务。此次发射后，联盟-U正式退役，其发射任务将由联盟-2和安加拉-A3（Angara）系列的中型运载火箭执行。

2017年6月14日，根据“国际空间站”飞行任务计划，联盟-2.1a火箭在拜科努尔发射场成功搭载进步 MS-06货运飞船发射升空。飞船于6月16日与“国际空间站”对接。除标准货物外，进步 MS-06上还搭载了纳米卫星，该卫星由俄罗斯能源火箭航天集团（RKK Energia）专家与库尔斯克西南大学（SSU）年轻科学家共同研制。

2017年10月14日，联盟-2.1a火箭在拜科努尔发射场成功搭载进步 MS-07货运飞船发射升空。货运飞船为空间站送去燃料、物资补给和空间站硬件，以供空间站运行及为生活在站内的航天员提供生活支持。此外，此次飞船还搭载了俄罗斯舱段宽带数据传输接收设备，全套接收设备于2017年底由俄罗斯航天员轮流出舱进行安装，而设备组件的舱内安装工作计划于2018年初开始。新型接收设备由能源火箭航天集团（RKK Energia）俄罗斯信息卫星系统-列舍特涅夫公司（ISS Reshetnev）等企业共同研制，设备将通过“射线”（Luch）多功能空间中继系统进行工作。安装Ku频段宽带通信信道后，“国际空间站”俄罗斯舱段人员可独立访问高速互联网，包括试验结果、照片和视频等数据的传输速率将显著提升。

“国际空间站”成为前沿技术的重要在轨试验平台

作为全球最大的在轨航天器，“国际空间站”已实现连续有人驻留超过15年，并在空间应用领域取得了众多成果，延寿至2024年，将为近地空间带来更大的发展空间。作为一个独有的技术开发与试验平台，“国际空间站”将为未来长期探索任务所需的技术、系统和材料，以及地球上使用的新技术提供独一无二的试验条件，试验和发展机器人技术、在轨服务技术、先进通信技术等众多先进技术，推动技术的进步和探索能力的发展。

美国国家航空航天局（NASA）和俄罗斯航天国家集团目前正在研究方案，商讨是否将“国际空间站”的运行时间从2024年延至2028年。此前，“国际空间站”成员国花费了3年时间，最终决定将运行时间从2020年延至2024年。NASA专家表示，只要更换老旧的太阳能电池板并进行适当维修，“国际空间站”理论上可以持续工作到2028年以后。“国际空间站”是否还将延寿，目前尚未确定。

3 商业载人航天发展持续推进

美国对商业公司的培育推动发射服务业和航天器制造业的进一步发展，形成了载人航天服务市场，有助于航天产业化和国家经济发展。近年来，NASA推行商业航天的意志愈加坚决，涉及领域从近地空间拓展到深空。2017年，美国继续加大力度，推动商业载人航天的发展。

SpaceX公司取得重大突破，创造航天史上新纪录

2017年2月19日，猎鹰-9v1.1（Falcon-9v1.1）全推力型火箭从位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心成功发射，成功将SpaceX公司的“龙”货运飞船送入轨道，执行该公司第10次“商业补给服务”（CRS）合同任务（SpX-10）。本次任务是SpaceX公司首次启用肯尼迪航天中心的39A发射台，重新启用尘封多年的发射台是SpaceX公司的里程碑事件，具有重大意义。2月22日，由于导航系统出现故障，“龙”飞船自动中止交会对接，这是“龙”飞船首次在交会对接阶段出现故障。2月23日，飞船再次尝试与“国际空间站”对接取得成功。

2017年6月4日，SpaceX公司的猎鹰-9火箭从肯尼迪航天中心发射升空，成功将“龙”飞船送入初始目标轨道，执行SpX-11合同任务。执行本次任务的“龙”飞船曾于2014年9月发射升空，与“国际空间站”对接停留34天后返回地球，降落太平洋。本次任务的成功标志着航天史上首次实现货运飞船加压舱重复使用，也是人类航天史上首次发射重复使用的飞船，具有极为重大的意义。

猎鹰-9火箭首次发射复用“龙”飞船

2017年12月15日，SpaceX公司的猎鹰-9火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射升空，成功将“龙”飞船送入初始目标轨道，执行SpX-13合同任务。本次发射使用的火箭第一级和飞船增压舱均是重复使用的，所用火箭第一级曾是用来执行SpX-11合同任务的火箭，本次任务的成功让SpaceX公司的箭船复用工作再向前迈进一步。

轨道-ATK公司“天鹅座”飞船成功执行两次正式合同任务

2017年4月18日，美国联合发射联盟公司（ULA）的宇宙神-5（Atlas-5）火箭在卡纳维拉尔角发射基地成功发射，并将“天鹅座”飞船成功发射入轨。飞船在4月22日与“国际空间站”对接，向其运送物资、飞行器硬件和科学试验载荷等货物。“天鹅座”的成功发射将进一步推动“国际空间站”空间科学试验的进程。“天鹅座”与空间站分离后，进行了为期1周的自由飞行，释放了28颗QB50立方体卫星，并开展烟火试验，以探讨如何提高飞船乘员的安全。本次“天鹅座”飞船起飞质量为7229kg，其中有效载荷为3495kg，包括954kg的人员补给、1215kg的空间站系统硬件以及940kg的科学应用设备，是目前为止商业货运任务中单次运输质量最大的一次。

2017年11月12日，轨道-ATK公司的“安塔瑞斯”（Antares）火箭从位于美国弗吉尼亚州的瓦勒普斯飞行中心发射场点火起飞，成功发射该公司“天鹅座”飞船的第8次“商业补给服务”合同任务。11月14日，飞船飞行45h后抵达“国际空间站”，创造了“天鹅座”飞船从发射到交会的最短飞行时间记录。飞船共向空间站运送了3500kg货物，包括860kg科学试验和新技术验证设备，以及供站上乘员使用的补给品。

商业公司持续推进相关项目的发展

特朗普上台后多次强调要大力发展公私合作关系。在低地球轨道载人航天领域将大力发展与私营公司的商业航天合作，在低地球轨道以远的深空探索领域也寻求合作可能性。进一步推进“政府主导，私营公司参与”的载人航天发展模式，使得探索主体多元化。

“星际客船”准备落地测试

低地球轨道商业货物方面，SpaceX公司、轨道-ATK公司实现低地球轨道货物运输常态化，内华达山脉公司（SNC）正在追赶。此外，SpaceX、轨道-ATK和内华达山脉公司将从2019年起分别用“龙”飞船、“天鹅座”飞船和“追梦者”（Dream Chaser）太空飞机为“国际空间站”提供货物补给。低地球轨道商业乘员运输方面，波音公司（Boeing）、SpaceX公司有望近期实现低地球轨道商业乘员运输。2017年11月11日，“追梦者”太空飞机试验样机在美国加利福尼亚州爱德华空军基地成功完成滑翔试验。此次滑翔试验是该公司商业乘员协议中的重要里程碑，将支撑该公司按照2016年获得的NASA第二轮“商业补给服务”合同研制货运型号太空飞机的工作。“追梦者”货运系统的首飞预定于2020年进行，在2024年前最少进行6次飞行任务。波音公司的“星际客船”（Starliner）项目主管表示，“星际客船”目前正处于飞行硬件广泛开发和多种运载系统测试阶段，计划于2018年第三季度进行非载人试验飞行，如果测试结果良好，则计划于2018年第四季度进行载人飞行测试。一旦“星际客船”完成了飞行测试并获得NASA认可，波音公司将开始为NASA向“国际空间站”输送航天员。

此外，围绕“国际空间站”开展了商业搭载和小卫星释放等空间应用活动，进一步发展新型商业模式。2017年2月，纳米发射架公司（NanoRacks）与波音公司签署协议，将共建“国际空间站”的首个商业气闸舱。7月7日，“国际空间站”日本希望号实验舱（JEM）通过小卫星轨道释放装置（J-SSOD）释放了5颗1U立方体小卫星，这些卫星同属于BIRDS联合多国项目（Joint Global Multi Nation BIRDS），即日本九州工业大学与亚洲、非洲国家合作进行的小卫星研制项目，目的是加强日本与这些国家在航天领域的合作和提高日本的国际影响力。

太空旅游方面，2017年2月，SpaceX公司宣布计划于2018年使用龙-2飞船送两名付费游客进行环月飞行。12月12日，“新谢泼德”（New Shepard）亚轨道飞行器新型号首次试飞取得成功。此次“新谢泼德”使用了新一代火箭和2.0版载人舱，蓝色起源公司（Blue Origin计）划利用“新谢泼德”开展亚轨道旅游，时间暂定为2019年。

4 以月球为下一步发展目标，积极推进新型载人航天器系统发展

2017年10月5日，美国副总统麦克·彭斯发表题为《迈向新疆域：国家航天委员会的一个重点》的演讲，宣布美国将重启登月计划并建立永久性月球基地。12月11日，特朗普总统签署了总统令，正式重启了“重返月球”计划。至此，美国的载人航天发展走向基本明朗，新政府将更多的目光聚焦到深空探索、载人航天和商业化发展。特朗普新政府的上台，对美国现有的航天政策进行了重大调整，将产生深远影响，进而可能影响全球其他各国航天政策的走向。未来，美国将以月球为下一步目标，火星为长远目标，持续推动能力建设，保证其核心能力发展，不断推进新系统的研发。

持续推进“猎户座”的“多用途乘员飞行器”（MPCV）

建造“猎户座”飞船的最初提议是由2003年“哥伦比亚”（Columbia）航天飞机事故以及小布什寻求美国总统大选连任的政治因素所致。受政策影响，“猎户座”计划从立项至今经历了漫长而曲折的演进过程。它原是NASA“星座”（Constellation）计划中的关键组成部分，但2010年初，遇到资金短缺、进度滞后、设计思路分歧等困难，后随“星座”计划中止而重新调整。目前成为NASA实现重返深空载人探索目标的中流砥柱，将用于载人登陆月球、小行星乃至火星的计划，同时也能支持“国际空间站”乘员运输、货物补给等低地球轨道任务或自由在轨飞行，还可用作紧急逃生飞船。

2017年，“猎户座”飞船的关键技术相关测试稳步推进，但仍存在亟待解决的问题。2017年，负责“猎户座”飞船项目的工程师对“猎户座”的一些关键安全系统开始进行一系列重要测试。轨道-ATK公司在犹他州普罗蒙特利的试验场对“猎户座”飞船“发射中止系统”（LAS）的中止引擎进行了时长5s的点火测试。尽管相关数据分析尚未结束，但此次测试已经证明，在紧急情况下中止引擎能够在毫秒之间点火启动，并能在高温条件下正常运转。6月14日，在亚利桑那州尤马的美军测试基地进行的测试中，“猎户座”仿制舱体从波音C-17运输机上被投下，以测试“猎户座”仅展开3个主降落伞时整个降落伞系统的运行效果。此次测试评估了降落伞在低空低动压环境下的性能。此外，“猎户座”团队还对升级版的乘员舱直立系统进行了测试。在之前的美国第一次“探索任务”（EM-1）测试过程中，气囊未能完成正常充气，之后工程师改进了气囊设计，便有了升级版的气囊。本次在约翰逊航天中心的中性浮力实验室（NBL）共进行了8项测试，评估气囊在正常情况与意外情况下的充气效果，以此验证计算机模型的准确性。针对载人的EM-2任务，NASA面临的主要挑战之一就是确保“猎户座”座舱环控生保系统正常运转。NASA正在“国际空间站”上和地面实验室中测试该系统组件，部分组件将在EM-1中试飞，完整系统的首次试飞将在EM-2中进行。NASA选定了最初24h飞船在大椭圆轨道上运行的任务方案，以检验环控生保系统和其他系统。总的来说，“猎户座”飞船整体上还是按照计划稳步推进相关测试和试验等工作。

俄罗斯新型载人飞船持续推进研制工作

俄罗斯能源火箭航天集团下属机械制造试验厂计划于2019年1月之前建成升级系列载人联盟 MS型飞船，研制经费为23亿卢布。飞船承包商机械制造试验厂负责飞船舱段的研制、组装，并负责在控制测试站对飞船进行测试，最终交付飞船。飞船将于2019年1月之前完成建造。

测试中的“猎户座”飞船

此外，俄罗斯航天国家集团也在稳步推进新一代载人飞船联邦号飞船的研制工作。2017年3月，俄罗斯航天国家集团载人航天领域总设计师叶甫盖尼·米克林在接受采访时表示，主要用于载人登月的联邦号飞船计划于2021年进行首次自主无人飞行试验，届时将搭乘“费奥尔多”（Fyodor）机器人。联邦号飞船的首次载人飞行任务计划于2023年实现。

5 结语

2017年，载人航天发射数量保持稳定，也取得了突破性的成就。主要航天大国仍将载人航天作为国家重要战略而持续投入，低地球轨道载人航天技术发展成熟，各国围绕“国际空间站”开展全面应用，面向低地球轨道以远的月球、火星等目标探索的相关先进技术、系统研发持续推进。美国以保持和巩固全球领导地位为目标，锁定月球，发展地月空间，并以火星为长远目标，不断开展新系统、新技术的研发。同时积极探索商业化运营模式，将初步成熟的低地球轨道载人航天活动推向市场，积极调动商业力量服务载人航天发展。俄罗斯为巩固载人航天的优势地位，明确载人航天长远发展思路和重点，包括继续运营空间站，研制新一代载人飞船，计划实施载人登月项目，并提出国际月球轨道站构想。欧洲和日本通过国际合作发展本国载人航天。