2012年的美國航天活動

2012年，美國航天活動精彩不斷，不僅發射次數居世界第三，達13次，而且把“核區分光望遠鏡陣列”（NuSTAR）、輻射帶風暴探測器－A、B（RBSP－A、B）等新型衛星送上太空，還發射了一些先進的軍用衛星，如首顆新一代窄帶通信衛星“移動用戶目標系統”（MUOS－1）、第2顆“先進極高頻”（AEHF－2）、第4顆“寬帶全球衛星通信”（WGS－4)等軍用通信衛星，第3顆全球定位系統－2F－3（GPS－2F－3）導航衛星，以及多顆美國國家偵察局的衛星。在2012年影響最大的美國航天活動有兩個，一是2次發射“龍”飛船（Dragon capsule）與“國際空間站”（ISS）對接，它標志著商業航天運輸業務正式展開；二是好奇號（Curiosity）火星車在火星表面著陸。

1 人造衛星

1月20日，美國用德爾他－4火箭成功發射了第4顆“寬帶全球衛星通信”軍用通信衛星。它采用X和Ka頻段，能通過雙向、點對點、多重播放及廣播通信的方式，向作戰人員快速分發大量數據，用于替換國防衛星通信系統－3（DSCS－3），具有向全球美軍及盟軍提供網絡通信的功能，獲得完全的作戰力。該衛星由波音公司建造，采用波音衛星系統－702（BSS－702）衛星平臺，設計壽命10～15年，數據傳輸速率2.5～3.3Gbit/s，能提供4.875GHz的瞬時轉換帶寬，傳輸容量是國防衛星通信系統－3的10倍多，帶寬是國防衛星通信系統－3的12倍。與前3顆“寬帶全球衛星通信”有所不同，第4顆“寬帶全球衛星通信”增加了無線電旁路能力，以便支持需要額外帶寬、數據傳輸速率最高達到311Mbit/s的機載情報、監視與偵察平臺，還可能裝載了激光通信系統，用于驗證每顆在軌衛星彼此間直接連通的能力。該衛星不僅容量大大增加，能以更高數據率向作戰人員提供更快、更有效率的交換信息，而且運行十分靈活，可提供其他軍用衛星通信系統所不能提供的許多重要作戰特征。該系統現已成為美軍在X頻段和Ka頻段范圍的大容量通信衛星系統，通過該衛星，美軍能夠向地球幾乎每個角落快速發送大容量的信息，為軍隊提供前所未有的寬帶密集型應用，例如：視頻流、遠程會議、實時數據傳輸和高分辨率成像。

2月24日，美國用宇宙神－5火箭成功發射了首顆新一代窄帶通信衛星“移動用戶目標系統”。該衛星質量6.8t，是“宇宙神”系列火箭迄今發射的質量最大的衛星，在進行6個月的測試后用于替代美國海軍現役的“特高頻后繼星”（UFO），能提高美軍移動中的通信能力，使用戶不必在靜止狀態下將天線指向衛星，而可在通信過程中移動到戰場任何一個地方。“移動用戶目標系統”由洛馬公司制造，計劃一共制造5顆星，其中1顆為備用，全部投入運行后將首次為手持用戶終端提供超高頻衛星通信，并為移動中的軍方用戶提供實時話音、視頻和數據服務，極大地增強了作戰人員動中通的能力。它既兼容原有的“特高頻后繼星”終端，又可向軍隊用戶提供升級的商用第三代移動通信技術（3G）靜止衛星寬帶碼分多址（WCDMA）服務，且不受天氣和環境限制，為艦艇、飛機和地面部隊提供更可靠的通信能力。其信道可用率大于97%，總數據率比“特高頻后繼星”提高了10倍，約達40Mbit/s，能最大限度地滿足未來聯合戰術無線電系統（JTRS）的所有特性。第2顆“移動用戶目標系統”計劃于2013年7月發射，此后，利用3G移動通信技術，“移動用戶目標系統”將提供軍用話音、視頻和數據同步傳送能力。此系列衛星預計于2015年具備完整的作戰能力，2025年后實現窄帶通信的最佳覆蓋。這個項目由美國海軍項目執行辦公室和位于圣迭戈的通信衛星項目辦公室聯合管理。

打造美國首顆新一代窄帶通信衛星—“移動用戶目標系統”

4月2日，美國用德爾他－4火箭成功發射了美國國家偵察局（NRO）的未來成像體系－雷達－02（FIA－Rad ar－02）。據悉，該星原本名為“牽牛星”（Altair），是美國“未來成像體系項目”的第2顆新型雷達成像偵察衛星。該系列的首顆新型雷達成像偵察衛星于2010年9月發射，用于替換1998－2005年間發射的“長曲棍球”（Lacrosse）衛星或“縞瑪瑙”（Onyx）衛星，具有功能多、體積小、質量輕等特點。

6月20日，美國用宇宙神－5火箭成功發射了美國國家偵察局衛星數據系統－3～7（SDS－3～7）。6月29日，美國用德爾他－4火箭成功發射了美國國家偵察局的顧問－06（Mentor－06）。前者為中繼衛星，主要為美國偵察衛星提供中繼服務；后者為電子偵察衛星，主要為美國空軍獲取通信傳輸信號，尤其是微波鏈路和導彈遙測攔截信號。發射顧問—06衛星的德爾他－4是目前世界上運載能力最大的火箭，可把24t有效載荷運送至低地球軌道，把11t有效載荷運送至地球靜止軌道。其第一級采用了3臺新型的RS－68A發動機，它是目前運載能力最大的液氫/液氧發動機，由普惠公司建造，每臺發動機能產生3.11×106N推力。

5月4日，美國用宇宙神－5火箭成功發射了第2顆“先進極高頻”軍用通信衛星。該衛星由洛馬公司研制，用于取代“軍事星”（Milstar），具有更高的數據傳輸率，可向高級軍官和政府高層官員提供安全、抗干擾的通信，甚至能在核戰爭期間提供通信。單顆“先進極高頻”衛星比目前在軌的整個“軍事星”星座的容量還高，對獨立用戶的數據傳輸率提高5倍，可用于戰術軍用通信傳輸服務，如實時視頻、戰場地圖和目標數據。8月27日，先進極高頻－2衛星進入地球靜止軌道定點。接著，美國空軍第4太空運行中隊開始對衛星進行試驗。此次試驗不僅對先進極高頻－2衛星非常重要，對“軍事星”/“先進極高頻”星座整體也很重要。2011年以來，先進極高頻－1、2衛星先后與“軍事星”星座交叉互聯。2012年11月14日，洛馬公司宣布，在成功完成在軌試驗之后，該公司與美國空軍已經將先進極高頻－2衛星運行控制權轉交給范登堡空軍基地。先進極高頻－2衛星全面運行后，顯著提升了軍用衛星通信的抗毀和抗干擾能力。按照目前計劃，“先進極高頻”星座將由4顆衛星組成，第3顆“先進極高頻”衛星暫定于2013年發射。

6月13日，美國用飛馬座－XL空射火箭成功發射了“核區分光望遠鏡陣列”天文衛星。該衛星造價約1.7億美元，是美國低成本“小型探測器項目”（Small Exp lorer mission）的一部分，設計壽命2年，軌道高度550km，由美國加州理工學院和噴氣推進實驗室合作開展。該望遠鏡類型近似錐形沃爾特一型望遠鏡（掠射望遠鏡），觀測的波段是來自天體的5～80keV的高能X射線，尤其是核光譜。它是能量超過其他X射線空間望遠鏡所觀測波段中的第1個采用直接攝影的X射線空間望遠鏡，具備前所未有的高空間和高光譜分辨率，能大大加深對宇宙的了解，并對現有的大型空間望遠鏡，如“費米”（Fermi）、“錢德拉”（Chand ra）、“哈勃”（Hubble）和“斯皮策”（Sp itzer）空間望遠鏡等所獲數據提供重要補充。其主要科學目標是深度探索質量超過太陽10億倍的黑洞，并了解粒子在活動星系核中是如何被加速到光速的百分之幾，以及研究超新星殘骸，以了解重元素如何在超新星中形成。

“核區分光望遠鏡陣列”衛星使用獨特的技術對宇宙中最高能級的X射線進行觀測。它包括一個10m長的桅桿，在發射時呈折疊狀態安放，入軌后大約7天內逐漸展開，以幫助探測裝置準確聚焦。其探測裝置能穿透塵埃氣體云，揭示銀河系內及遙遠銀河系內隱藏的黑洞。除了觀測黑洞和其他強大的噴流現象外，“核區分光望遠鏡陣列”衛星還用于對宇宙中其他許多高能天體展開觀測，包括超新星遺跡、致密恒星體（如白矮星，中子星）以及星系群等其他X射線源，也對太陽大氣開展觀測，嘗試解答太陽的大氣加熱模式問題。此前發射的“錢德拉”X射線空間望遠鏡主要工作在低能X射線領域，而“核區分光望遠鏡陣列”衛星主要工作在高能X射線領域，是第1顆專注于高能X射線的空間望遠鏡，其影像清晰度比觀測同光譜區的其他任何望遠鏡都要高至少10倍，敏感度提高至少100倍。這樣的強強聯合有助于回答有關宇宙的一些最基本問題。

7月5日，美國成功發射了一枚“黑雁”（Black Brant）探空火箭。它執行了一項名為“太陽紫外線磁力記錄計調查”的項目，用于研究太陽色球層磁場。太陽大氣從里向外分為光球層、色球層和日冕，色球層平均厚度約為2000km。盡管目前地面和太空中均部署有儀器觀測太陽磁場，但它們對觀測色球層部分區域的磁場無能為力。在總計8min的飛行中，“黑雁”探空火箭攜帶的儀器觀測了太陽發出的紫外線，根據紫外線通過太陽磁場環境的扭曲程度，科學家可以推斷出色球層磁場的強度和方向，并繪制色球層三維磁場圖。探空火箭是在近地空間進行探測和科學試驗的火箭，比探空氣球飛得高，比低軌道衛星飛得低，有效載荷不大，總飛行時間較短，但卻是30～200km高空的有效探測工具。

美國“核區分光望遠鏡陣列”X射線高能天文衛星

7月23日，美國用黑雁－11火箭成功發射了充氣式可再入試驗飛行器－3（IRVE－3）。它被送入451km高的太空，20min后落入北卡羅來納州附近的大西洋中。充氣式可再入試驗飛行器－3是可充氣式再入大氣層系列設備試驗的第三代產品，也是該系列中載荷最大的設備，用于演示以高超聲速再入大氣的太空艙，可以使用一種可充氣展開的外部防熱屏來降速，并同時對太空艙提供熱防護。與此前的充氣式可再入試驗飛行器－1、2一樣，充氣式可再入試驗飛行器－3有一個可充氣式外殼，能夠在它以高超音速再入大氣層時為其減速并提供保護。為了測試是否有可能攜帶質量更大的載荷穿越行星大氣層，其載荷是充氣式可再入試驗飛行器－1、2的2倍多，同時還安裝了隔熱板，以此來測試它能否成功經受住重新進入大氣層的考驗。研究小組還對它的重心作了微調，以測試這樣能否使它的動作比前幾次試驗更加精準。它飛出了地球大氣層后，質量達308kg的可充氣式隔熱板與運載裝置頭錐分離，接著隔熱板充滿氮氣變成蘑菇狀，最終穿越地球大氣層落下。充氣式可再入試驗飛行器－3設計之初是為了探測火星上的高海拔地貌，研究小組現在還期望它能將地面和“國際空間站”聯系起來，從而可以運輸垃圾和其他貨物。

8月30日，美國用宇宙神－5火箭成功發射了輻射帶風暴探測器－A、B。這2顆衛星由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室研制，耗資5.3億美元，質量均不到680kg，設計壽命2年，配備了相同的一套磁譜儀、等離子和粒子探測器以及電場傳感器，可在范艾倫輻射帶中開展探測活動，研究該輻射帶如何形成及演化，以及當太陽風暴爆發并在太空中傳播時，是什么引起了地球周圍的輻射帶擴大和收縮。它們運行在橢圓形軌道，穿越范艾倫輻射帶的內帶和外帶，可在輻射帶的不同地點同時采樣，并使衛星更加經常地通過空間天氣風暴地區，觀測所有被束縛在那里的粒子群。衛星上的科學儀器在60天內陸續啟動，用于研究范艾倫輻射帶內的粒子如何產生、這些粒子在太空氣候事件中的活動以及促使它們加速的機制，這有助于研究并最終預測范艾倫輻射帶如何應對太陽噴發物質，保護地球上空的衛星，了解太空氣候如何影響地球的通信情況。輻射帶風暴探測器－A、B不僅可以發現輻射帶為什么對每一次太陽風暴的反應不同，而且所收集的數據可為輻射流將于何時在地球周圍成長提供預報，并在潛在的危險來臨之前向衛星操作者和航天員發出警告。范艾倫輻射帶是科學家詹姆斯·范艾倫于1958年發現的由高能粒子組成的輻射帶，其內帶位于地球上空650～6300km，外帶位于地球上空10000～65000km。范艾倫輻射帶內的高能粒子對載人航天器、衛星等都有一定危害，其內外層之間的縫隙則是輻射較少的安全地帶。

美國輻射帶風暴探測器－A、B在軌飛行示意圖

9月13日，美國用宇宙神－5火箭成功發射了美國國家偵察局的海軍海洋監視系統－3－6A、6B（NOSS－3－6A、6B）衛星。除這2顆NROL－36衛星之外，此次還發射了11顆作為二級有效載荷的“立方體星”（Cube Sat），它們運行在近地點490km、遠地點765km、傾角66.28°的軌道。目前，美國現役的第三代海洋監視衛星一般是成對發射和運行的，此前的兩代海洋監視衛星采用3顆為1組運行。這次發射是美國第三代“海洋監視衛星”的第6次發射。

10月4日，美國用德爾他－4火箭成功發射了第3顆GPS－2F。第1顆GPS－2F于2010年5月發射，第2顆GPS－2F于2011年7月發射。美國計劃一共發射12顆GPS－2F。GPS－2F采用了改進的原子鐘技術和更安全且抗干擾的軍用信號。不算第3顆GPS－2F，GPS星座目前正在運行的衛星共計有31顆，其中包括10顆GPS－2A（波音公司制造）、12顆GPS－2R（洛馬公司制造）、7顆GPS－2RM（洛馬公司制造）和2顆GPS－2F（波音公司制造）。第3顆GPS－2F在軌測試完成之后，用于替代1993年7月開始服役（1993年6月26日發射）的第21顆GPS－2A-21（國際編號1993042A）。

目前，第3顆GPS－2F已完成了在軌監測，GPS星座為軍方和民用用戶提供增強的性能。該衛星被命名為SVN－65，空軍用22天完成了對SVN－65的檢驗，順利進入運行階段，與第1顆和第2顆GPS－2F一同加強星座能力，改善抗干擾能力并提高導航精確度。3顆GPS－2F衛星意味著運營商能更加全面地試驗新的第3個民用信道L5，該信道可為商業航線運行和搜救任務提供支持。除已發射的3顆GPS－2F衛星以外，剩余的9顆GPS－2F即將交付，其中6顆已在2012年底前制造完成，剩余3顆在2013年交付。

美國波音公司裝配GPS－2F導航衛星

10月4日，“國際空間站”上的航天員向艙外釋放了5顆“立方體衛星”，這是首次使用“國際空間站”機械臂釋放小衛星。在這5顆小衛星中，有3顆由日本制造，另外2顆由美國制造。與直接由火箭發射相比，從“國際空間站”上釋放小衛星振動動更小，有助于降低設計和生產成本。這5顆小衛星被釋放入軌后執行多項任務，包括對地成像和利用高功率發光二級管向地面發送摩斯密碼信號。

10月7日，美國太空探索技術公司（Sp ac e X）的獵鷹－9火箭在發射“龍”飛船和首顆第二代“軌道通信”（OG－2）試驗衛星時，因火箭的一個發動機在升空后1min19s時突然關閉，結果導致衛星遠未達到750km高的預定軌道，最終在地球大氣層中完全燒毀。軌道通信－2衛星墜毀前完成了一些試驗任務，包括展開衛星太陽電池翼和通信天線。不過，獵鷹－9火箭最終還是完成了首要任務，將“龍”飛船送入預定軌道。軌道通信－2衛星星座由18顆衛星組成，在2013年中期，軌道通信公司（ORBCOMM）計劃使用獵鷹－9火箭發射8顆軌道通信－2衛星，其余衛星有望在2014年也搭乘獵鷹－9火箭升空。這些衛星將被部署在最有利于增強軌道通信－2衛星信息服務覆蓋的軌道位置。獵鷹－9火箭的第一級裝有9臺隼－1C液氧/煤油發動機。在10月7日的發射中，這9臺發動機設計工作時間為3min，但由于其中1臺發動機在飛行79s時關機，結果導致另外8臺發動機多工作了近30s以彌補推力損失。獵鷹－9的第二級采用1臺真空性能經過優化的“隼”發動機。由于第一級火箭發動機出現故障，所以第二級火箭發動機的工作時間也被延長了，耗費了更多推進劑，“龍”飛船的部署時間比計劃時間晚了38s，并影響了衛星的施放。在發射歷史上，美國土星－5火箭曾2次在發動機出現故障時仍把“阿波羅”載人登月飛船送入預定軌道，航天飛機在1985年的一次飛行中發動機提前關機，但仍然安全入軌并完成了任務。

10月8日，太空探索技術公司發表聲明稱，出故障的發動機本身并未發生爆炸，因為仍能收到該發動機的有關數據，但由于發動機壓力釋放，結果導致其保護罩破裂，但其他8臺發動機沒有因此受到影響。據美國航天新聞網2012年12月12日報道，太空探索技術公司宣布，在與美國航空航天局的密切合作下，已查明10月7日獵鷹－9火箭發動機發生故障的原因，不過公司在與客戶充分溝通和達成一致前，將不會公布調查結果。目前，太空探索技術公司已簽訂了40億美元的發射合同，其中60%為商業有效載荷，40%為政府有效載荷。2013年，太空探索技術公司將至少進行7次發射。在未來的發射中，獵鷹－9火箭將使用功率更大的隼－1D發動機，同時也將根據任務需要采用更大直徑的整流罩（5.2m，獵鷹－9火箭目前使用的整流罩直徑為3.6m）。

10月底，美國航空航天局（NASA）與歐洲航天局（ESA）用空間站上的設備測試了一個行星際互聯網信道，它可能在未來某一天能實現從軌道控制行星表面的設備。“國際空間站”第33長期考察組女航天員威廉斯利用美國實驗性中斷容錯網絡協議（DTN），遠程控制了一個位于德國的歐洲太空操作中心的一個小型“樂高”（LEGO）機器人。這項實驗還模擬控制了另一顆星球表面上運行的機械漫游車，顯示了使用一個新通信基礎結構從地球軌道航天器向另一顆星球表面機器人發送指令，并接受圖像和數據返回至機器人的可行性。美國航空航天局副局長表示，DTN今后有望使航天員在火星軌道器上操控火星表面的機器人，或者從地球上使用軌道衛星作為中繼站進行操控。DTN是一項新技術，其設計可確保遠程標準通信。該協議結構內核是包協議（BP），類似于地球上因特網的內核IP協議。DTN提供了類似于互聯網技術的標準化通信，它不同于全球互聯網聯接的TCP/IP協議，旨在處理行星際通信期間可能突發的信號斷開、錯誤和延遲。在DTN中，數據通過“跳到跳”（hop-by-hop）進行傳輸。在等待下個聯接接通時，聚束層數據包（bund le）得到緩存，然后在聯接接通后轉到下一個節點。DTN首次成功的實驗是2008年11月進行的，美國成功地向“深度撞擊”（Deep Impact）探測器傳輸了約12張圖像，探測器當時距地3.2×107km。

美國第二代“軌道通信”試驗通信衛星

2 載人航天

3月24日，為躲避空間碎片可能造成的威脅，“國際空間站”上6名航天員進入“聯盟”系列飛船進行了30min的緊急避險。3月23日上午，美國休斯頓飛行控制中心發布報告，編號為“空間目標36546”的碎片將在3月24日02：38到達距離“國際空間站”最近的位置。由于距離最接近時刻（TCA，即碎片最接近空間站的時刻）只有14h，因此“國際空間站”不足以執行軌道碎片規避機動程序（DMA）。當時，由于缺乏足夠的跟蹤數據，預警級別只達到了黃色，尚未到達“任務控制中心要求航天員進入聯盟飛船避難”的紅色預警級別。為防備萬一，美國航空航天局飛行部主任還是決定要求空間站航天員進入“聯盟” 系列飛船避險。3月23日23：30，航天員們被叫醒開始準備。24日02：00，6名航天員分別躲進聯盟TMA－22、03M飛船。約30min后，碎片從距離“國際空間站”11～14km處飛過，并未對“國際空間站”產生影響。隨后，航天員安全離開“聯盟”系列飛船，進入正常工作狀態。這是“國際空間站”歷史上第3次航天員為躲避空間碎片而進入“聯盟”系列飛船，前2次分別發生在2009年3月12日和2011年6月28日。據報道，此次威脅“國際空間站”的碎片產生于2009年2月10日美俄衛星相撞事故。在那次事故中，產生了2000個可編目追蹤的空間碎片。

5月15日，美俄3名航天員搭乘聯盟 TMA－04M載人飛船前往“國際空間站”。他們于5月17日與“國際空間站”對接。接著，飛船里的3名航天員—美國的約瑟夫·阿卡巴（Josep h Ac aba）和俄羅斯的根納季·帕達爾卡（Gennady Padalka）、謝爾蓋·列溫（Sergei Revin），與2011年登天的美國航天員唐納德·佩蒂特（Don Pettit）、荷蘭航天員安德烈·凱珀斯（Andre Kuipers）和俄羅斯航天員奧列格·科諾年科（Oleg Kononenko）在站內會合。他們計劃在太空完成近40項實驗，其中包括8項新實驗。

5月22日，美國用獵鷹－9火箭成功發射了“龍”飛船，向“國際空間站”運送約500kg貨物，并運回約660kg貨物。由于此次飛行是“龍”飛船一次試驗性飛行，所以飛船上沒有特別重要的設備。在飛行中，“龍”飛船執行了一系列的系統校驗檢測程序，其中包括對與“國際空間站”交會對接的相關系統進行檢驗。5月25日，在航天員佩蒂特和凱珀斯的操控下，“國際空間站”伸出了17m長的加拿大機械臂－2（Canad arm－2）抓住“龍”飛船，大約2h后，“龍”飛船與“國際空間站”和諧號（Harmony）節點艙對接在一起。這是商業飛船首次與空間站對接。5月26日，美俄各1名航天員佩戴防護面具和護目鏡進入體積約有10m3的“龍”飛船內，感覺該飛船“聞起來就像一輛新車”，比俄羅斯飛船寬敞，有足夠的空間運送航天員往返太空。在空間站和飛船內的空氣自然混合后，這2位航天員隨即卸下防護裝備。5月28日，航天員開始卸載“龍”飛船上的貨物，包括衣物、食品以及15項科學實驗所用設備和物品，大部分作業由空間站上的6名航天員中的3人完成。

5月15日上天的美國航天員阿卡巴

5月31日，“國際空間站”航天員操縱機械臂，讓“龍”飛船脫離空間站，然后通過3次點火返回地面，并把空間站內不再需要的實驗設備運回來。“龍”飛船墜入到預定的太平洋海域后，由已在那里等待的3艘美國海軍陸戰隊船只回收送至洛杉磯港。這標志著首次由私營商業公司為“國際空間站”運送補給的任務成功結束，預示著美國商業航天運輸新時代的到來。回收后，“龍”飛船被運往太空探索技術公司位于得克薩斯州的工廠進行檢測并卸貨，其中一些高價值試驗載荷在48h內送交美國航空航天局。“龍”飛船未來將放棄在水上濺落返回技術，而通過推進器進行地面著陸。此次任務成功后，美國航空航天局認可了“龍”飛船的可靠性，與太空探索技術公司簽署了價值16億美元的合同，即向“國際空間站”發射12艘“龍”貨運飛船。

“龍”飛船的名字來自于美國民謠歌曲《神龍帕夫》。美國政府問責局的一項分析表明，類似的計劃如果按美國航空航天局的傳統模式進行采購，成本將比現在高出4～10倍。研制“龍”飛船是美國航空航天局“商業軌道運輸服務”（COTS）計劃的一部分，旨在鼓勵私營企業參與航天任務，提供更加經濟合理的發射解決方案。“龍”飛船的發射成本要比政府主導的低得多，發射“龍”飛船的獵鷹－9火箭售價僅6000萬美元，是傳統政府承包商要價的1/3。

7月15日，俄羅斯用聯盟－FG火箭成功發射了聯盟 TMA－05M載人飛船。該飛船載有美國女航天員蘇尼特·威廉斯（Sunita Williams）、俄羅斯航天員尤里·馬連琴科（Yuri Malenchenk）和日本航天員星出彰彥（Akihiko Hoshid e）。7月17日，聯盟TMA－05M與“國際空間站”成功對接。

8月30日，美國女航天員威廉斯和日本航天員星出彰彥出艙作業。此前，威廉斯進行過4次太空行走，而彰彥則是首次出艙。他們的主要任務是更換空間站外在2011年秋出現故障的“總線切換裝置”（MBSU）和運行電纜。威廉斯先成功連接了2條電纜線，為未來俄羅斯新實驗艙的到來做準備。接著，他們順利卸下了效率降低的“總線切換裝置”，但在將新的“總線切換裝置”安裝在桁架上時遇到了困難，終未成功。此后，原定更換加拿大機械臂－2上攝像機的任務也沒有時間完成了。

美國女航天員威廉斯出艙作業

9月5日，美國航天員威廉斯和日本航天員星出彰彥再次出艙作業。他們先用壓縮氮氣吹走了固定孔內的金屬屑，再用“牙刷”把固定孔刷干凈，接著又用浸透潤滑油的布擦拭，隨后安裝上了新的“總線切換裝置”。威廉斯和星出彰彥還為空間站加拿大機械臂－2更換了一臺攝像機。當天出艙作業總計6h28min，這不僅是威廉斯第6次太空行走，也使她因而成為累計太空行走時間最長的女航天員。世界上單次太空行走時間最長的紀錄是由美國女航天員蘇珊·赫爾姆斯（Susan J. Helms）和男航天員詹姆斯·沃斯（James S.Voss）在2001年共同創造的，時間是8h56min。

10月7日，美國用獵鷹－9火箭成功發射了“龍”飛船。它向“國際空間站”運送了454kg貨物，包括第33長期考察組執守期間實施166項計劃科研項目的設備和補給，以及一個裝有冰激凌的冰箱。其中的63項為新的科研項目，23項微重力學生實驗是從7000名學生提出的近2000項實驗申請中脫穎而出的，通過這些實驗可以研究微重力對物理、化學以及生理系統的影響。

雖然在發射過程中，火箭第一級的1臺發動機因故障產生了停機，但其他8臺發動機補償了這臺發動機停機所造成的推力損失，把“龍”飛船精準地送到了預定的軌道上。該飛船于10月10日與“國際空間站”成功對接，成為首艘向“國際空間站”正式運送補給物資的商業飛船。

10月14日，美國航空航天局“國際空間站”項目經理向美國航空航天局咨詢委員會的載人探索與運行委員會報告了“龍”飛船發射時遇到的故障情況。報告顯示，除了獵鷹－9發動機出現故障外，“龍”飛船運行中還有其他故障存在。與“國際空間站”對接后，“龍”飛船上3臺計算機中的1臺出現故障。出故障的計算機可能受到一種可疑射線影響，未能與其他2臺建立同步，盡管可以重啟，但無法實現再同步。受輻射影響，“龍”飛船還出現了其他一些異常，但均通過電循環進行了恢復。研制“龍”飛船的太空探索技術公司正在考慮是否用“防輻射部件”代替，但是防輻射計算機盡管價格并不昂貴，但運算速度慢。除非成本過高，太空探索技術公司將可能采用防輻射計算機。

10月23日，俄羅斯用聯盟－FG火箭成功發射了聯盟 TMA－06M載人飛船。該飛船載有“國際空間站”第33期長期考察組的美國航天員凱文·福特（Kevin A. Ford）和俄羅斯航天員奧列格·諾維茨基（Oleg Novitskiy）、葉夫根尼·塔列爾金（Evgeny Tarelkin），他們將在空間站工作5個多月。

10月28日，“龍”飛船與“國際空間站”分離，并把“國際空間站”上的393kg科學物資，包括人體健康、生物技術、材料科學研究以及教育研究的研究樣本和大約235kg空間站硬件設備帶回地球，其中有500份航天員的血液和尿液標本，有些已在空間站的冰箱內儲存了1年多。俄羅斯、歐洲和日本的貨運飛船，以及2013年首次試射的“天鵝座”飛船都在返回大氣層時燒毀，而“龍”飛船是目前唯一能從空間站安全返回地球的貨運飛船。

美國航空航天局認為，盡管再補給很重要，但對于研究機構來說，將科學樣本帶回的能力也很重要。返回能力的提高可極大地增加科學研究項目的數量，能把科學樣本及時地帶回地面進行分析。通常空間站產生的科學樣本都被儲存在冷藏設備中等待飛船將之運回，“龍”飛船增加返回攜帶能力之后，能騰出更多的在軌空間存儲新的樣本并繼續進行研究。

“營養”（Nutrition）、Pro-K、長效藥物（Repository）和雙磷酸鹽類（Biosphosphonates）的研究樣本隨“龍”飛船返回后，為相關研究人員提供了更多的數據。這4項研究涵蓋了對長期微重力環境暴露下人體改變的研究，其中包括骨骼健康、血液化學和激素變化，以及氧化損害和人體生理學改變和調節。來自這些研究的信息有助于確定對抗這些改變的方法，同時可以為未來探索任務確定營養學需求、開發食品系統。以前類似的研究和從中得到的數據，加上這些研究前期階段獲得的新信息，可以使長期的飛行航天員和處于相同健康狀況的地球人群受益。

美國商用“龍”飛船墜入到預定的太平洋海域

返回樣本中另一項研究是“植物信號”（Plant Signaling），研究內容涉及到微重力如何影響植物生長。其目的是理解植物用來感知環境并做出反應的分子機制，該研究對于具有受控生態系統的未來任務非常重要；另一個益處是通過對植物生長更好的理解，改善地球上農作物的種植。

“能量”（ENERGY）項目是對航天員長期航天飛行的能量需求進行研究，測量乘組成員在長期飛行之后能量平衡的改變。從幾位被試者得到的返回樣本將有助于研究微重力環境下的能量消耗，從而更好地了解長期太空停留的營養需求。

“龍”飛船帶回的還包括青少年研究項目，視頻網站（You Tube）“空間實驗室競賽”的獲勝者可得到他們帶入太空的研究樣本。這些年輕的科學家設計的實驗內容是了解微重力如何影響跳蛛的食肉習性，以及微重力對枯草芽孢桿菌抗真菌屬性的影響。

由全美多所高校學生參與的23項研究，也隨“龍”飛船運送到太空并帶回地面。這些學生的研究項目是“學生航天飛行實驗計劃”（SSEP）的一部分。該計劃給學生提供了機會，可設計微重力下物理、化學和生物學方面的研究項目。隨“龍”飛船進入空間站的其他新的研究項目還包括白色假絲酵母研究Mirco－6等。

隨著“龍”飛船增加的貨運能力，美國航空航天局及其國際伙伴以及私人企業、高校及研究所的研究人員能夠及時地得到更多的科學樣本，完成其分析研究。這并不僅僅能夠增加在軌實驗室的科學實驗數量，還可以更快地得到實驗結果，并可能會獲得更重要的科學發現。

降落到太平洋后，“龍”飛船上的1臺發動機和3臺冷卻泵都出現了故障；降落后3h，儲存樣品的冰柜內部溫度回升至－65℃（標準應為－95℃），從而導致攜帶返回的實驗樣品損壞。研制“龍”飛船的太空探索技術公司表示，將在3年內完成對“龍”飛船的升級改造，以使其具有載7人的能力。“龍”飛船高6.1m，直徑3.6m，容積44m3，載貨6t。

10月31日，美國命令“國際空間站”改變位置，躲避3年前因一顆通信衛星被毀后留下的碎片。俄羅斯貨運飛船本應該點火幫助空間站變軌，但因計算機錯誤導致推進器發生故障，結果空間站沒能達到預定位置。但美國稱，空間站沒有與太空垃圾發生碰撞，上面的6名航天員都很安全。

隨后不久，“國際空間站”美國女航天員威廉斯與日本航天員星出彰彥第3次出艙，目的是拆除一個可能損壞的散熱器，以確認它是否是液態氨泄漏的源頭，并安裝上新的散熱器。工程師們認為，曾有空間碎片刺穿了散熱器或其他冷卻設備導致液態氨泄漏；另一種可能是工作了12年的設備已經老化破裂。散熱器用于排放空間站內電子設備散發的熱量。

11月，“國際空間站”實施了2次機器人燃料加注任務（RRM）：11月14日－16日首次嘗試機器人再加燃料任務；11月28日－29日又進行了1次機器人再加燃料任務操作。此前的3月，“國際空間站”曾執行首次機器人再加燃料任務演示驗證，切開了固定在空間站外部的模擬衛星的安全導線，并對模擬衛星進行晝夜在軌拍照，以便觀察。6月，機器人執行了燃氣設備拆除任務，美國約翰遜航天中心遙控“德克斯特”（Dextre）機器人，利用機器人燃料加注任務多功能工具執行維修任務，拆除了相關設備。這種燃氣設備的功能是在航天器發射前，為其加注各種液體和氣體燃料。

12月16日，“國際空間站”進行了一次軌道調整，軌道高度提升了2.5km。目的是對一項新的空間碎片規避機動系統進行驗證，同時為12月19日發射升空的聯盟 TMA－07M載人飛船對接創造條件。新的規避機動系統被稱為“前定碎片規避機動”（PDAM），用于處理當探測到的危險碎片預警時間很少、短至只有3h就到達空間站的情況。此前，“國際空間站”一直采用的是“確定碎片規避機動”（DAM），該系統只能在碎片與空間站最接近時刻（TCA）前23.5h發揮作用。“前定碎片規避機動”能在碎片與空間站最接近時刻到來前3h發揮作用，將極大增強“國際空間站”的空間碎片規避能力。此次軌道緊急避險機動由停靠在國際空間站上的“進步”系列貨運飛船執行。使用“前定碎片規避機動”，“進步”系列貨運飛船發動機能夠至少在遭遇空間碎片近距離威脅前140min啟動點火，進行規避。此次規避機動的目標是編號為26417的一片“阿里安”火箭的碎片。美國航空航天局表示，盡管此次“前定碎片規避機動”試驗非常成功，但在接收正式指令前，仍會沿用標準的“確定碎片規避機動”程序。為了確保安全，在聯盟 TMA－07M發射前12h，空間站再執行一次“確定碎片規避機動”點火機動，并加強對該碎片的監控，以確保與聯盟 TMA－07M載人飛船的順利對接。

12月19日，俄羅斯用聯盟－FG火箭成功發射了聯盟 TMA－07M載人飛船。該飛船載有“國際空間站”第34期長期考察組的美國航天員托馬斯·馬什伯恩（Thomas Marshburn）、俄羅斯航天員羅曼·羅曼年科（Roman Romanenko）、加拿大航天員克里斯·哈德菲爾德（Chris Had field）。他們將在空間站工作147個晝夜。

2012年，美國載人航天也有2個巨大損失：7月23日，美國首名女航天員薩利·賴德（Sally Rid e）病世，終年61歲；8月25日，世界首位登月的美國航天員美國人尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）病逝世，享年82歲。

3 空間探測

1月1日，美國圣杯－A、B[GRAIL－A、B，后改名為“潮起”（Flow）和“潮落”（Ebb），這是2012年1月在一個命名競賽中獲得的名字]抵達月球上方既定軌道。接下來，美國對這2個月球探測器的軌道進行了調整，使其達到最佳位置。它們能通過傳輸無線電信號精確確定彼此間的距離。當它們飛越不同的月球重力場時，兩者之間的距離會產生細微的變化。科學家將依據這些信息繪制高分辨率的月球重力場分布圖。3月，這對姊妹月球探測器開始合作探測月球重力，使科學家對月球內部構造就會有一個初步的了解。這次任務可回答曾經是否有第二個月球、現在的月球為什么有如此奇怪的形狀等問題，使人類對月球有更多的了解，同時幫人類進一步掌握地球的演變史。“圣杯”是首次進行月心之旅的探測器，可幫助研究人員更好地了解月球的不對稱現象以及月球形成的原因。

圣杯－A、B在距離月球表面大約55km的位置繞行，偶爾“下降”至23km處對月球進行觀察。“圣杯”是首個專門研究月球重力的探測項目。根據這2個探測器的數據，科學家繪制了迄今最精確的月球重力場圖，它使科研人員更詳細地研究了月球內部結構及其成分。

12月17日，圣杯－A、B在受控狀態下撞擊了月球表面，這是由于這2個月球軌道器的燃料即將耗盡。撞擊點被命名為薩莉·賴德，以此紀念美國首名女性航天員。12月14日，圣杯－A、B收到指令，下降至一個較低軌道，準備對月球北極戈爾德施密特環形山附近進行撞擊。它們編隊飛行，分別在太平洋標準時間02：28和02：29，先后以1.7km/s的速度撞擊了月球表面，其科學探索任務就此終結。撞擊前55min，探測器發動機點火，直至燃料耗盡。地面科學家精確計算出了它們墜毀前貯箱內剩余的燃料容量，進而修正燃料消耗計算模型，為未來的探月任務做準備。由于該地背光處于陰影地帶，所以從地球上無法拍攝到它們撞擊過程的視頻圖像。撞擊坑的尺寸需要美國“月球勘測軌道器”傳回圖片后才能確定。

“國際空間站”上的“德克斯特”機器人執行燃料加注任務

美國夢神號試驗性月球登陸器從空中墜落并起火發生爆炸

圣杯－A、B于2011年9月11日發射，隨后它們就各自朝著目的地獨立飛行。一些學校組織學生密切關注了這次總造價4.96億美元的月球探測任務，因為通過美國首位女航天員賴德的不懈努力，美國中學生能挑選該探測器拍攝的月面圖像。每個“圣杯”能拍攝115000多張月表照片，這些照片可用于學生學習和研究。這也是美國航空航天局攜帶專用相機執行全面的教育和公共服務的首個行星任務。（詳情請看本刊2011年第10期）

8月9日，美國發射夢神號（Morpheus）試驗性月球登陸器。不過，發射不久，夢神號就從空中墜落并起火發生爆炸，索性沒有造成人員傷亡。事故可能由油箱出現裂縫所致。夢神號質量794kg，采用液氧和甲烷提供動力，因為這種燃料被認為更安全、更便宜，在太空存儲的時間也更長。不過，夢神號墜毀似乎證明事實并非如此，為此，美國需要對這種混合氣體進行再次評估了。

夢神號是美國航空航天局與犰狳宇航公司的一項合作計劃，犰狳宇航公司致力于研發可以重復使用和垂直起降的亞軌道飛行器。在過去的兩年半時間里，美國航空航天局已為夢神號耗資700萬美元，它是“家得寶型工程”的一個典范。所謂“家得寶型工程”是指利用現有資源進行研發，同時與非傳統宇航公司合作，以降低整個項目的成本。夢神號由約翰遜航天中心研制，大小與SUV汽車差不多，外形好似昆蟲，可以向月球表面運送500kg貨物，也能向其他太陽系星體運送貨物。對該著陸器進行改裝后，其精確著陸系統還能用于幫助探測器與深空小行星交會。夢神號也將試驗自主著陸風險規避技術，這種技術是要使用激光來聚焦行星表面危險的漂礫或環形山。它曾在2011年6月的一次試驗中引起了草地火災，當時也沒有造成人員傷亡。

8月6日，美國“火星科學實驗室”（MSL）攜帶的好奇號火星車，在完成了充滿風險的7min進入、下降與著陸（EDL）過程后，安全降落在火星表面的蓋爾（Gale）環形山附近。該環形山是在2011年6月從埃伯斯瓦爾德（Eberswald e）環形山、蓋爾（Gale）環形山、霍爾頓（Hold en）環形山與矛爾茲（Mawrth）山谷中被選出的，有水流痕跡，中心山丘高達4.8km。好奇號是在高丘側面的平坦處著陸，然后攀爬山丘，并將在行進途中停下來研究黏土層、硫黃及含氧礦物質。科學家已繪出了攀爬至垂直高度1.6km處的穿行路徑樣圖，爬到該處時看到的景色將非常壯觀。好奇號火星車著陸不久，美國噴氣推力實驗室陸續收到了好奇號從火星表面傳回的首批黑白照片。它是有史以來最具技術挑戰性的火星車，采用了“空中起重機”著陸系統和核電源等先進技術，質量是勇氣和機遇號火星車的4倍，裝有10臺先進的科學儀器。其目標是調查火星是否存在或曾經具有可支持生命的環境。

11月2日，美國噴氣推進實驗室表示，好奇號火星車首次分析了火星大氣的成分，未發現其中含有甲烷。地球大氣中90%以上的甲烷由有機生命制造，因此科學家很希望好奇號在火星上發現甲烷，從而為火星生命的存在提供線索。科學家此前通過地面和太空設備在火星大氣中發現過甲烷，但濃度非常低，約為億分之一至億分之五。研究人員說，好奇號沒有發現甲烷并不意味著之前的研究結果是錯誤的，甲烷的濃度可能隨著時間和地點的變化而不同。有關專家說：“雖然目前為止沒有檢測到甲烷，但是未來數月我們將繼續尋找，火星有可能給我們帶來驚喜。”好奇號火星車用于檢測火星大氣成分的設備是火星樣品分析儀（SAM），它由質譜儀、色譜儀和光譜儀3個獨立的儀器構成，最多能夠探測到幾萬億分之一單位濃度的甲烷。

好奇號把采集的第一個火星土壤樣本放置在觀察托盤中

11月9日，好奇號首次分析火星土壤。其機械臂將一撮火星泥土放進火星樣品分析儀。隨后，它使用質譜儀、色譜儀和光譜儀對土壤進行了分析。

“火星科學實驗室”是美國旗艦級行星探測項目，2011年11月26日升空，總投資25億美元。（詳情請看本刊2011年第11期）

9月5日，美國黎明號（Dawn）小行星探測器離開灶神星軌道，向谷神星飛去，預計在2015年抵達目的地。若一切順利，黎明號有望成為第一個環繞2顆不同天體運行的無人探測器。這個探測器于2007年9月發射升空，并在2011年7月進入灶神星軌道。搜尋小行星帶中這2個標志性天體的信息，有助揭開太陽系早期歷史的奧秘。在過去1年多的任務中，黎明號拍攝了多角度圖片，幫助科學家繪制灶神星地形圖并開展相關研究。太陽系的小行星帶是位于火星和木星軌道間的小行星密集區域，天文學家估計這里有大約50萬顆種類各異的小行星。灶神星是與地球類似的巖狀天體，谷神星則是典型的冰狀天體，這2個極不相同的天體竟可同處一個小行星帶上，其原因也是黎明號需要揭示的奧秘之一。根據2006年8月國際天文學聯合會提出的新定義，谷神星已從小行星升格為矮行星。

9月，美國1977年發射的旅行者－1（Voyager－1）探測器已接近太陽系邊緣，即將成為人類向星際空間派出的首個使者。旅行者－1每3年飛行約1.6×109km。在駛入外太空的長途旅行中，它一直在拍攝地球和太陽系其他行星的影像。美國行星協會聯合創始人路易斯·費得曼博士說，太陽系邊緣不存在一刀切的界面，而是延伸式的和不規則的，原因是太陽粒子和太陽系外的宇宙粒子是互相影響的。決定其是在太陽系之內還是太陽系之外，主要是看占主導地位的粒子源自哪里。目前，旅行者－1接收到的宇宙射線數量急劇增加，且源自太陽的高能粒子數量有所下降，這表明該探測器已接近太陽系邊緣。當旅行者－1最終穿越太陽系范圍時，科學家期望觀測到一系列標志性跡象，包括磁場方向和“風”類型的變化。相比太陽風，星際風應該更慢、更冷并且更為密集。它飛出太陽系后的主要任務是測量宇宙光束粒子。如今，旅行者－1距離太陽約1.77×1011km，比它早升空16天的旅行者－2也正朝著太陽系邊緣孤獨地飛行。為了降低能耗、節省電力，旅行者－1在1989年飛經海王星時曾關閉了所載相機，2020年還將關閉更多的器載設備，只留下少數科學儀器繼續工作，這樣其能量預計于2025年完全耗盡。

已接近太陽系邊緣的美國旅行者－1探測器示意圖

4 其他活動

3月27日，美國在5min的時間內接連發射了5枚亞軌道探空火箭，用于研究地球上空的高空急流。此次任務名為“異常運輸火箭實驗”（ATREX）。5枚火箭都被發射到地球上空97km，并在這一高度釋放了三甲基鋁化學示蹤劑，這種化學物質會和大氣中的水汽和氧氣發生化學反應，形成奶白色的云霧，以便更加容易被地面觀測識別。科學家們利用它產生的明亮煙霧來追蹤并研究大氣中高空噴流的運行模式。對于“異常運輸火箭實驗”項目產生云霧的照片觀測將幫助科學家們更好地理解高空高速噴流的生成機制，這是一種存在于距離地面96～105km高空的超高速風。每枚探空火箭發射間隔為80s，其中的2枚火箭還攜帶了專門設備，用于測量大氣溫度和氣壓數據。這次任務旨在了解超快速噴射氣流（最大速度達483km/s）和高海拔噴射氣流，耗資400萬美元。為了完成“異常運輸火箭實驗”，美國航空航天局使用了能達到亞軌道高度的小型探空火箭，位于沃勒普斯島的觀測站記錄了實驗結果。

6月16日，美國第2架X－37B“軌道試驗飛行器”（OTV－2）在美國加利福尼亞州范登堡空軍基地成功著陸。該飛行器于2011年3月5日從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空執行保密任務，在軌飛行了469天（約15個月）。其飛行時長最初設計為270天，但此次試飛任務的持續時間遠遠超出了原定時長。2010年4月22日，首架X－37B首次升空，在軌飛行了225天，2010年12月3日降落在范登堡空軍基地。

12月11日，美國用宇宙神－5火箭第3次成功發射了X－37B。這是首架X－37B的第2次升空，即X－37B的首次重復使用。在前兩次飛行任務完成后，X－37B都在范登堡空軍基地著陸，這次有可能在肯尼迪航天中心5km跑道上著陸。美國軍方沒有披露與此次秘密任務有關的更多信息，只說這次發射是為空軍測試“穩定、可重復使用的無人駕駛空天測試平臺”而進行的。美國空軍新聞發言人特蕾西·邦克的話說，與前兩次飛行任務相似，本次飛行的任務詳細信息是秘密的，但重點仍是測試X－37B的可重復使用性、功能和成本效益。