飞向2021——聚焦国外重大航天活动

王瑞（北京航天长征科技信息研究所）

2020年，世界航天发射次数达114次，相比于 2019年102次有所增加，与2018年持平。至此，世界航天发射次数连续三年破百。2021年，国际航天领域将迎来多个里程碑事件，迈入快速发展、能力转型、变革创新的新阶段。

1 空间探测领域熠熠生辉

“帕克太阳探测器”将再创纪录

2021年将是NASA的“帕克太阳探测器”（Parker Solar Probe)创纪录的一年，该探测器将4次到达近日点和2次飞越金星，将更加接近太阳炽热的大气层，捕捉到前所未有的太阳活动数据，并在此过程中多次打破自己的速度和距离纪录。2021年1月12－23日，“帕克太阳探测器”第7次到达近日点，绕着太阳面向地球的一侧飞行，为多个地面观测站和太空任务进行联合观测提供机会。该探测器是有史以来最接近太阳的探测器。

“帕克太阳探测器”效果图

“希望”火星探测器将进入环火轨道

2021年2月9日，阿联酋首个火星探测器——“希望”（Hope），将抵达火星。这将是2020年发射的火星探测器之中首个抵达火星的航天器，并有望成为人类第一颗“火星气象卫星”。“希望”火星探测器由阿联酋和美国多所航天高校联合研制，项目主管和近一半多的参与者都是阿联酋工程师，主要进行火星大气层研究和监测气候变化。“希望”探测器不会在火星表面着陆，而是在距火星表面2万～4万千米的轨道上环绕火星运行，探测器绕火星运行一圈需要大约55小时，并将持续围绕火星运行至少两年。

“毅力”火星车将在火星采样

2021年2月18日，美国国家航空航天局（NASA）发射的“毅力”（Perseverance）火星车将在火星上的杰泽罗（Jezero）陨石坑着陆。该火星车基于“好奇”火星车研制，用于探索火星上古生命迹象，探索火星地质与气候特征，采集火星表面的岩层土壤样本，并进行储存。这些样本将暂留火星，日后择机在执行其他火星探测任务时带回地球。探测器上还装有一架名为“机智”（Ingenuity）的小型无人机，质量为1.8千克，如果在火星上尝试起飞成功，未来的火星探测任务将会使用无人机作为探测器或者航天员的“侦察兵”，给行星探索开拓更广阔的可能性。

“游隼”月球着陆器首次登月

2021年7月，美国宇宙机器人公司（Astrobotic）研制的“游隼”（Peregrine）着陆器将进行首次发射，降落在月球“死亡湖”区域。该发射计划由NASA“商业月球有效载荷服务”（CLPS）项目出资，此外，也获得了谷歌月球X大奖。“游隼”着陆器将搭载着日本的首辆月球车——“瑶姬”（Yaoki），该月球车是微型轮式机器人，装有史上最小但是最高效的车轮。另外，该着陆器还将搭载英国的首个探月机器人，用四条腿“步行”探索月球表面，方便对陡峭的多岩石地形进行探索。

“游隼”着陆器效果图

新星－C商业月球着陆器首次登月

2021年夏季，美国直觉机器公司（Intuitive Machines）将使用猎鹰－9火箭发射新星－C（Nova－C）月球着陆器，该发射计划也是由NASA“商业月球有效载荷服务”项目出资。新星－C着陆器将搭载5个有效载荷，在距离预定着陆点200米的范围内着陆。捕获月球表面的原始光学图像，将其转换为地形相对导航测量数据，并将在13.5天的时间内向地球回传数据。

新星－C着陆器效果图

“双小行星重定向测试”探测器将发射

2021年7月，NASA将发射“双小行星重定向测试”（DART）探测器，计划在2022年9月撞向目标小行星黛莫福斯（Dimorphos）。该小行星直径160米，围绕着体积更大的小行星迪德莫斯（Didimos）旋转。撞击行动将把黛莫福斯小行星推向围绕迪德莫斯更狭窄的轨道，地球上的望远镜将追踪撞击结果。该任务的目的在于练习如何使小行星的轨道偏转，研究避免小行星撞击地球的方法。

“双小行星重定向测试”探测器

“贝皮-科伦坡”水星探测器将接近金星

欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合研制的“贝皮-科伦坡”（Bepi Colombo）水星探测器将在2021年8月10日接近金星。在引力帮助下，该探测器将达到距离金星552千米的范围内，预计2025年下半年进入水星轨道。该水星探测器于2018年10月19日发射升空，将需要完成顺序复杂的9次行星飞越后最终到达水星，对水星的地形、重力、内部结构、矿物成分、磁层以及水星周围的各种粒子环境进行全方位探测。该探测器由“水星行星轨道器”（MPO）、“水星磁层轨道器”（MMO）和“水星转移模块”（MTM）等组成。

“露西”行星探测器将开启10多年的探测之旅

2021年10月16日开始进入一个小行星探测的发射窗口。作为NASA雄心壮志的一项新任务，“露西”（LUCY）行星探测器将在10月底发射，开始历时10多年的太阳系穿行之旅。一路上，它将先在火星与木星之间的小行星主带停留，然后再探访与木星同处一条绕日运行轨道的6颗特洛伊小行星，进行小行星飞越探测。这也是人类首次进行远距离小行星探测。

“露西”行星探测器效果图

俄罗斯月球－25探测器将首次登月

2021年10月，俄罗斯研制的月球－25（Luna－25）探测器将利用联盟－2.1b/弗雷盖特－M火箭发射升空，大约10天后，在月球南极附近的“博古斯拉夫斯基”陨石坑区域完成软着陆，对月球极地土壤性质和构成进行研究，并对月球大气层进行研究。这是俄罗斯首个在月球南极地区着陆的探测器，上面装有8台俄罗斯仪器，欧洲航天局也将为该任务提供视频摄像机和地面支持团队。这也是“俄罗斯探月计划”的首次发射。

印度月船－3探测器将在月球南极软着陆

2021年底, 印度空间研究组织（ISRO）将发射月船－3（Chandrayaan－3) 探测器, 瞄准在月球南极区域软着陆。这也是2019年印度发射月船－2探测器着陆失败后再次尝试发射月球探测器。

印度阿迪亚－L1太阳探测器将启程探日

印度阿迪亚－L1（Aditya－L1）太阳探测器将在2021年发射，这是印度第一个研究太阳日冕的航天器，将用于观察太阳光球、色球和日冕，太阳风和太阳磁暴的磁场，以及地球周围的整体空间环境等现象。探测器将发射到拉格朗日L1点附近。

阿迪亚－L1太阳探测器效果图

2 载人航天持续推进

SpaceX公司将进行至少3次载人飞行任务

2021年春季，美国太空探索技术公司（SpaceX）将首次发射复用“载人龙”飞船C206.2，执行Crew－2任务；秋季将发射龙飞船C207.2，进行首次私人航天发射任务AX－1；年底将采用“载人龙”飞船C209.1，执行Crew－3任务。此外，公司还计划在2021年底推出“私人太空旅游首秀”，实现4名游客搭乘“载人龙”飞船进行3～5天的太空旅游，但不会停靠国际空间站，而是飞到800～1000千米的轨道上。这将打破多项记录，并开启商业载人航天新时代。

美国波音公司的“星际飞船”复飞

2021年3月，美国波音公司（Boeing）的“星际飞船”（Starliner，CST－100）将使用联合发射联盟（ULA）的宇宙神－5（Altas－5）火箭进行第二次无人飞行试验（OFT－2）。如果一切顺利，“星际客船”计划不早于2021年6月进行首次载人飞行试验（CFT－1），首飞将搭载的3名NASA航天员是迈克·芬克、尼科尔·曼和巴里·威尔莫尔。2019年12月，“星际飞船”已完成首次无人飞行试验（OFT－1），但由于飞船软件问题，未能与国际空间站对接。

3 新型火箭强势来袭

“火神/半人马座”火箭首飞

2021年7月，美国联合发射联盟（ULA）研制的下一代主力运载火箭—“火神/半人马座”（Vulcan Centaur 522）将从卡纳维拉尔角41号发射工位进行首飞，该火箭旨在以较低的成本逐步取代宇宙神－5（Atlas－5）和德尔他－4（Delta－4）重型火箭。“火神”火箭首飞成功后，联合发射联盟还将逐步在该火箭上发展一子级发动机可重复使用技术和二子级太空驻留技术。

“火神/半人马座”火箭效果图

运载能力最大的“航天发射系统”重型火箭将首飞

2021年11月，NASA的首次阿尔忒弥斯－1（ARTEMIS－1）任务将启动，开展一次绕月飞行。作为该计划中的主角，备受关注的“航天发射系统”（SLS）重型运载火箭将首飞，它是当今运载能力最大的火箭，其近地轨道的运载能力达到130吨。NASA“猎户座”飞船将第二次飞行，2014年“猎户座”飞船曾成功进行首次不载人试飞。2019年，NASA发布了“阿尔忒弥斯”登月计划，SLS重型火箭作为美国重返月球计划的主要运载火箭，历经10年研制，将用于执行包括重返月球及火星登陆在内的载人航天探索任务。

“超重-星舰”将进行首次无人飞行试验

2021年底，SpaceX公司的“超重-星舰”（Super Heavy-Starship）将进行首次无人飞行试验。“超重-星舰”是一枚大型可重复使用的载人火箭，是进行深空探索、移民火星计划的重要运载工具，能搭乘100名乘客，通体采用钢材料制成。“超重-星舰”分为上、下两个部分：上部分名为“星舰”，用于载人；下部分名为“超重”，可重复使用，用于提供大推力。

SLS重型运载火箭

“超重-星舰”载人火箭

可重复使用一子级的“新格伦”火箭首飞

2021年底，美国蓝色起源公司（Blue Origin）研制的“新格伦”（New Glenn）大型运载火箭将进行首飞，未来该火箭将被纳入NASA商业火箭编队。新格伦火箭一子级使用7台BE－4液氧/甲烷发动机，二子级使用2台BE－3U液氢/液氧发动机。该火箭的一子级设计可重复使用25次。BE－4发动机除用于“新格伦”火箭一子级外，还用于美国联合发射联盟的“火神/半人马座”火箭的一子级。

日本H－3火箭首飞

2021年年底，日本三菱重工研制的大型H－3火箭将首飞，搭载着日本的对地观测卫星（ALOS－3）。此前，日本宇宙航空研究开发机构曾计划在2020年年底进行H－3火箭首飞，但由于火箭一子级发动机LE－9在测试中出现了技术问题，发射推迟。H－3火箭是日本在研的新一代大推力火箭，是两级液氢/液氧运载火箭，其运载能力更强，发射费用更低，可以灵活发射多种中/大型卫星，预计将在2023年后替代日本现役H－2A和2B火箭，为“国际空间站”运送货物，并为NASA的“阿尔忒弥斯”计划下的“月球门户”（Gateway）提供货运补给。

H－3运载火箭

4 商业小运载火箭家族愈发繁荣

韩国“小型卫星运载火箭”将首飞

2021年2月，韩国小型卫星运载火箭－2（KSLV－2）将首飞。该火箭是三级液氧/煤油运载火箭，600～800千米低地球轨道（LEO）运载能力1.5吨。火箭一子级采用4台液氧/煤油KRE-75发动机；二子级采用单台KRE－75发动机；三子级采用单台KRE－7（7吨级）发动机。KRE－75发动机是韩国自主研发的75吨级液体火箭发动机。至此，韩国成为第七个掌握75吨级液体火箭发动机技术的国家。

织女星－C火箭将首飞

2021年6月，欧洲航天局的织女星－C（Vega－C）火箭将首飞，搭载着意大利航天局（ASI）的拉列斯－2（LARES－2）卫星。该火箭是基于“织女星”火箭进行研制,目的是为了适应市场变化，提升运载能力，控制发射和运营成本。织女星－C火箭是四级火箭，一、二、三子级使用固体推进剂，四子级使用液体推进剂。

织女星－C火箭效果图

拉文X空射系统将首飞

2021年第三季度，美国航天时代公司（Aevum Space）研制的两级空射小型火箭——拉文X（Ravn X）空射系统将进行首飞。载机使用超音速无人机，能够自主完成起飞-发射火箭-着陆，太阳同步轨道（SSO）运载能力为100千克。

拉文 X空射系统

詹姆斯·韦伯空间望远镜

5 新款空间望远镜闪亮登场

詹姆斯·韦伯空间望远镜

2021年10月，受全世界的天文爱好者期待已久的詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）将使用阿里安－5（Ariane－5）火箭升空，到达太阳-地球L2点,距离地球近160万千米。在这一有利位置工作，韦伯望远镜将凝视早期的宇宙，研究星系和超大质量黑洞，并提供对系外行星的新见解，包括系外行星的大气成分，甚至包括系外行星的可居住性。该空间望远镜是迄今为止建造的最大的空间望远镜，是哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）的继承者，造价高达88亿美元。韦伯望远镜的口径约为6.5米,将覆盖比哈勃空间望远镜更多的波长，因此可以看见更远、更深的宇宙。

6 小结

2021年全球航天领域精彩纷呈。商业巨头SpaceX公司将执行48次发射任务，包含15次“星链”发射任务，足以凸显其商业巨头的野心。空间探测超越想象，引人瞩目；载人航天任务依旧是航天活动的热点，多款载人飞船闪亮登场；詹姆斯·韦伯空间望远镜将为人类了解太空打开新的视野，揭开更多的宇宙奥秘；新型火箭家族愈发繁荣，必将增强航天的力量；小运载市场新秀登场，发展趋势势不可挡……2021年，航天领域必定是大放光彩的一年，值得我们期待！