圍繞《全球探索路線圖》的國際合作正在逐步展開

范嵬娜（北京空間科技信息研究所） 夏輝（國家國防科技工業局信息中心）

2012年5月，全球空間探索大會（GLEX）在美國華盛頓召開，世界各國或地區的航天機構高級官員及探索部門的主管，政府、工業界、學術界、非政府組織的代表出席了此次會議，北京空間科技信息研究所派出兩人參會。這次會議在《全球探索路線圖》第一版修改過程中召開，是各參與國或地區政府機構、學術界及產業界共同研討、協調的好機會，是國際合作空間探索進程中的一個重要里程碑。

1 全球合作空間探索戰略及途徑達成一致

早在2006年，14個國家或組織[美國、俄羅斯、歐洲航天局（ESA）、中國、英國、法國、德國、意大利、日本、韓國、印度、烏克蘭、澳大利亞、加拿大]的航天機構開展了關于全球合作空間探索的一系列討論，共同繪制太陽系機器人和載人空間探索的愿景。2007年5月，14個國家或組織的航天機構聯合發布了多國合作空間探索的頂層戰略—《全球探索戰略：合作框架》。之后根據該戰略要求，成立了國際空間探索協調組（ISECG）。通過這個機構，各航天機構可以交換信息，促進各自的探索計劃及合作的探索工作。2011年9月，ISECG 聯合12個國家或組織（不包括中國）發布了《全球探索路線圖》，該路線圖規劃了未來25年通過國際合作人類持續探索月球、小行星和火星的路徑和方案，規定了探索目標和目的、任務方案及探索準備活動的協調等，促進了全球合作探索戰略的實施。

空間探索的共同目標及目的達成一致

參與簽訂《全球探索路線圖》的12個國家或組織表達了一致的看法，那就是空間探索活動可以為各參與國帶來諸多價值。

分階段、分步驟探索月球、小行星、火星多個目的地

關于未來25年的空間探索活動，各參與方表示要積極參與，各主要航天國家也正在開發先進技術和系統，認為要分階段、分步驟地探索多個目的地，主要目的地包括月球、小行星和火星，可能還包括拉格朗日點等其他目的地。

通過兩條途徑實現登陸火星這個長期目標

各國達成一致，火星是長期（25年）載人探索的最終目的地，各方認為可以通過兩種途徑實現：“小行星優先”方案和“月球優先”方案。

（1）“小行星優先”方案的主要特點

· 利用“國際空間站”（ISS）增強探索能力；

· 利用商業/國際服務提供方獲得近地軌道進入能力；

· 驗證地月空間載人運行的機會，實現未來衛星在軌服務/部署等任務；

未來25年全球探索路線圖

全球合作空間探索的共同目標及目的

· 在地月空間拉格朗日L1點早期部署深空居住艙，允許在深空環境中驗證居住及其他關鍵系統；

· 逐步驗證不需要地球定期供給鏈的載人生存能力；

· “技術牽引”計劃，如載人火星任務所要求的先進推進及大型空間發電技術等；

· 2次4名航天員參與的載人小行星任務，之前有數次機器人探測任務，可能訪問多個可能的目標小行星來確定每個目標小行星的風險及科學優先級。

（2）“月球優先”方案的主要特點

· 利用ISS增強探索能力；

· 利用商業/國際服務提供方獲得近地軌道進入能力；

· 2010－2020年計劃進行大量的機器人月球探測任務，提供詳細的科學和原位研究信息；

· 早期部署中型和大型貨物著陸器，最終作為載人著陸系統的一部分，同時部署載人尺寸的月球車底架以促進機器人探索能力；

· 4名航天員參與的5次長期任務，探索月球極區域，具有長距離的表面移動性，驗證火星探索需要的能力；

· “技術牽引”計劃，開發長距離表面移動能力、灰塵管理和減緩技術、行星表面居住、精確著陸及先進的表面發電（如有要求）等技術；

· 有限、但適應性強的載人月球活動，可以擴展實施額外的探索任務，或者實現經濟驅動的長期應用。

國際合作是長期空間探索活動的必然選擇

以火星為長期目標的中長期空間探索活動周期長、規模大，技術復雜，耗資巨大，美、俄、歐等國家或地區多次強調，沒有任何一個國家可以完全有能力、有財力來掌握所有空間探索相關的能力，無法獨立實現長期探索的宏偉目標，國際合作是必然選擇，是發展趨勢。

載人和機器人任務協同工作，對于最大化實現任務目標非常關鍵

在任何探索任務中，載人和機器人協同工作都是必要的，機器人任務包括主要用于滿足科學目標的機器人任務、為載人任務作準備的機器人任務以及同載人探測器一起發射的機器人系統。

各目的地探索活動的目標及挑戰

“小行星優先”方案

對于參與全球探索路線圖的許多航天機構來說，開發機器人探測技術具有很高的優先權。這是由于探索需求有助于促進機器人系統的革新，使相關產業市場受益。未來10年的載人航天活動將集中在近地軌道及開發探索能力上，機器人探測任務將促進我們對太陽系的了解，并為載人探索任務作準備。

2 空間探索系統及開發能力仍是關鍵

任務方案需開發的關鍵系統及能力

（1）“月球優先”和“小行星優先”兩方案都要具備的系統及能力

· 美國航空航天局（NASA）的“航天發射系統”（SLS）：能夠運送貨物或人員從地球到達目標軌道的重型運載火箭；

· NASA的“多用途乘員飛行器”（MPCV）：能夠運送乘員到達探索目的地并返回地球的載人航天器；

·俄羅斯的“新一代空間運載火箭”（NGSLV）：能夠運送貨物或人員從地球到達目標軌道的重型運載火箭；

· 俄羅斯的新一代飛船：能夠運送乘員到達探索目的地并返回地球的載人航天器；

· 低溫推進級（CPS）：使用傳統化學火箭發動機、低溫發電機等向體系部件提供速度增量（△V）的空間級，包括推進劑轉移的能力；

· 服務支持系統：能夠使航天員和機器人維護在軌系統并組裝大型部件能力的系統和工具，包括艙外活動服；

· 商業乘員運輸器：能夠將航天員運送至近地軌道的商業系統；

“月球優先”方案

· 商業貨物運輸器：能夠將貨物運送至近地軌道的商業系統。

（2）“小行星優先”方案需具備的獨特系統及能力

· 深空居住艙：具有深空環境所要求的先進能力和系統的在軌居住艙；

· 先進在軌推進級：利用先進推進技術的在軌級，如電能和核能推進；

· 空間目的地系統：使人類能夠有效到達目的地的系統。

（3）“月球優先”方案需具備的獨特系統及能力

· 月球貨物下降級：用于運送最高為8t的貨物到達月球表面的系統；

· 月球上升級：與大型下降級組成組合體，用于運送乘員往返月球表面；

· 表面部件：能夠使人類有效考察目的地表面目標的系統；

· 1噸級的貨物著陸器：用于運送最高為1t的貨物到達月球表面的系統。

任務方案需要驗證的關鍵技術

（1）火星長期任務的主要技術挑戰

①輻射防護技術和措施；②分系統可靠性和在軌維修能力；③大型有效載荷的進入、下降及著陸；④本地資源的應用，如氧氣、水和甲烷；⑤先進的在軌推進技術；⑥低溫液體（H2、O2、CH4、Xe）的長期存儲和管理；⑦表面移動性，包括常規的艙外活動能力。

（2）“小行星優先”方案需驗證的關鍵技術

· 近地軌道區域：①進一步驗證在軌長期居住能力；②分系統的高可靠性、適應性以及保證最低級別的維修；③進一步驗證艙外活動和機器人能力；④低溫液體的長期存儲和管理技術；⑤火星任務運行概念的模擬。

· 地月空間區域：①在適當的輻射環境中長期居住的能力；②輻射防護及措施技術；③近地軌道以遠再入速度驗證；④系統的自主交付和部署能力；⑤分系統的高可靠性、適應性以及保證最低級別的維修，在軌生活不具備持續的供給鏈；⑥低溫液體的長期存儲和管理技術；⑦近地小行星任務運行概念的模擬。

· 近地小行星區域：①驗證長期的在軌居住能力；②先進在軌推進系統的驗證；③低溫液體的長期存儲和管理技術；④系統的自主交付和部署能力；⑤分系統的高可靠性、適應性以及保證最低級別的維修，在軌生活不具備持續的供給鏈；⑥火星任務運輸運行概念的驗證。

（3）“月球優先”方案需驗證的關鍵技術：

· 近地軌道區域：①進一步驗證在軌長期居住能力；②分系統的高可靠性、適應性以及保證最低級別的維修；③進一步驗證艙外活動和機器人能力；④低溫液體的長期存儲和管理技術；⑤運行概念的模擬。

· 月球區域：①表面居住能力；②火星表面探索方案、運行和技術：長期的可移動性、自主部署；③在灰塵環境中長期運行的能力和技術；④近地軌道以遠再入速度的驗證；⑤如可獲得，利用月球表面先進的能源；⑥極端的表面移動性；⑦魯棒、定期的艙外活動能力；⑧精確地著陸和風險規避。

· 近地小行星區域：①驗證長期的在軌居住能力；②驗證先進的在軌推進系統；③低溫液體的長期存儲和管理技術；④系統的自主交付和部署能力；⑤分系統的高可靠性、適應性以及保證最低級別的維修，在軌生活不具備持續的供給鏈；⑥火星任務運輸運行概念的驗證。

主要載人探索活動及能力

（1）利用ISS為空間探索服務

ISS在探索準備過程中起著基本的作用，ISS上基本的技術和運行驗證包括：①高可靠的居住和生保系統；②人體健康和工作能力；③驗證探索能力；④促進通信和空間網絡互聯能力；⑤運行概念和技術。

（2）機器人任務

機器人探測任務通常是載人探索任務的先驅任務，如阿波羅計劃中的“勘測者”、“月球軌道器”等機器人先驅任務為載人月球任務提供了月球環境、限制條件等信息，同時這些機器人任務為后續的載人探索和科學考察任務識別了潛在的風險，并確定了計劃到達區域的特點。同樣，近些年也發射了幾個火星探測任務，包括遙感軌道器、著陸器和火星漫游車等，這些任務獲取了有關火星表面和大氣環境關鍵的數據，將指導探索系統的開發和運行概念。

2010－2020年10年間將實行數次機器人探測任務，將為了解月球、小行星、火星及其衛星作出重要貢獻。同時，機器人探測與未來載人活動的持續協調開展，既有利于將人類文明擴展至近地軌道以遠，又可以使人類更好地了解宇宙。

（3）先進技術開發

在全球空間探索活動中，技術開發重點領域被劃分為14個，參與各方共同開發相關技術：

· 發射推進系統（美、俄、歐、日、英、韓、烏克蘭參與）；

· 空間推進技術（美、俄、歐、日、英、法、意參與）；

· 空間能量存儲（美、俄、歐、日、英、意、德參與）；

· 機器人、遠程機器人和自主系統（美、俄、加拿大、歐、日、英、法、德、韓參與）；

· 通信和導航（美、俄、加拿大、歐、日、意、法、德、韓、烏克蘭參與）；

· 人體健康、生命保障和居住系統（美、俄、加拿大、歐、日、意、法、德、韓、英參與）；

· 載人探索目的地系統（美、俄、加拿大、歐、日、德、英參與）；

· 科學儀器、觀測和傳感器系統（美、俄、加拿大、歐、日、意、德、韓、英、烏克蘭參與）；

· 再入、下降和著陸系統（美、俄、加拿大、歐、日、意、法、德、英參與）；

· 納技術(美和歐參與)；

· 模擬、仿真、信息技術和處理（美、俄、歐、日、法、德、英參與）；

· 材料、結構、機械系統和制造（美、俄、加拿大、歐、日、意、烏克蘭參與）；

· 地面和發射系統處理（美、俄、烏克蘭參與）；

· 熱管理系統（美、俄、歐、日、意、法參與）。

（4）開發新的空間系統和基礎設施

NASA研制的用于探索月球表面的機器人

北京空間科技信息研究所派出兩人參加全球空間探索大會

新的空間系統和基礎設施包括：重型運載火箭；具有行星際間返回速度的乘員運輸能力；可運輸關鍵系統和基礎設施到達深空的足夠大的空間推進級；服務和支持系統，包括艙外活動和機器人系統。

（5）模擬活動

美國、加拿大等幾個國家在獨立開展或合作開展模擬活動。這些活動不僅可以模擬環境來試驗探索技術、概念系統及其互操作性，以及探索運行的概念。也可以為公眾參與提供重要的機會。各航天機構可以共享他們的規劃和經驗教訓，促進探索的準備活動。

3 啟示

（1）多國合作探索是載人深空探索的發展趨勢

2007年《全球探索戰略：合作框架》的簽訂以及2011年《全球探索路線圖》的公布，使多國合作載人探索的意向、途徑和方案更加清晰。以火星為長期目標的載人深空探索活動技術復雜，耗資巨大，任何國家都無法獨立實現該宏偉目標，多國合作是必然選擇，是發展趨勢。

（2）該全球合作探索活動實為美國主導，旨在建立新的空間聯盟

雖然ISECG秘書處設在ESA，《全球探索路線圖》也是由NASA和ESA共同領導制定，但由于美國在載人航天技術領域的領導地位，歐洲也沒有全面掌握載人探索的核心能力，顯然多國合作探索的目標和方案都是以美國為主導制定的。不難看出，無論是合作框架還是路線圖，語氣和做法都充分體現了美國的意圖，是與其之前反復強調的空間新秩序相一致的。因此，全球探索戰略也是美國建立空間新秩序，構建新的空間聯盟，保持其航天領導地位的措施之一。

（3）中國在“全球合作空間探索”活動中地位孤立，需積極應對

2007年《全球探索戰略：合作框架》的簽訂是有中國參與的，但2011年公布的《全球探索路線圖》中12個參與國卻沒有包括中國。美國2011年初的《美國國家安全空間戰略》將中國說成是不負責任的國家。2011年的國務院文件和2012年出臺的1248號報告，對中國航天技術出口全面封鎖。同時《全球探索路線圖》中指出，要依據“信任機制”逐漸吸納新的參與者，這是否意味著意在排斥中國，孤立中國？

面對美國有意孤立中國的情況，中國應積極應對，建議采取以下措施：一是加強多部門協調，擬定我國空間探索領域中長期發展規劃，并開展相關配套政策研究，加強載人航天和空間探測的協同發展，指導我國載人航天和空間探測可持續發展；二是發布我國空間探索領域中長期規劃，增加透明度和信任度，樹立我國作為負責任大國的形象，為開展國際合作創建更好的政治環境；三是制訂國際合作的政策和策略，協調中美、中俄、中歐以及與亞洲國家的航天合作，尤其在空間探索領域，積極努力參與全球空間探索活動的協調和討論，利用國外先進技術，加速我國空間探索領域技術的發展。