全球航天器發(fā)射統(tǒng)計與分析

徐映霞（北京空間科技信息研究所）

全球航天器發(fā)射統(tǒng)計與分析

2016 Year in Review: World Space Launches

徐映霞
（北京空間科技信息研究所）

編者按：

與前2年相比，2016年全球航天發(fā)射次數(shù)與發(fā)射的航天器數(shù)量都有所下降，全球共完成85次發(fā)射任務(wù)，全年發(fā)射航天器209個。中國航天年度發(fā)射次數(shù)再創(chuàng)新高，與美國并列全球第一，結(jié)束了俄羅斯自2004年以來一直保持的領(lǐng)先地位。2016年是中國航天事業(yè)創(chuàng)建60周年，中國取得了舉世矚目的成就：中國長征－5火箭首飛大捷；世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星墨子號發(fā)射成功；中國首個空間實驗室天宮－2成功入軌。為中國從航天大國向航天強國邁進奠定了基礎(chǔ)。同時，國外航天發(fā)射活動也精彩紛呈。美國首次成功在海上平臺回收第一級火箭；“朱諾”探測器成功進入木星軌道；俄羅斯新型貨運飛船首射成功；歐洲載有新一代有效載荷的歐洲通信衛(wèi)星－9B成功發(fā)射，成為世界上首顆投入業(yè)務(wù)應(yīng)用的激光通信數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星；日本“拂曉”金星探測器再次嘗試入軌終獲成功；印度完成“印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”部署。

借此契機，本刊特推出2016年航天活動回顧專題，以便廣大讀者對2016年全球航天活動有一個整體的了解。

2016年全球航天器發(fā)射活動已經(jīng)落幕。總體來看，2016年全球航天發(fā)射次數(shù)與發(fā)射的航天器數(shù)量低于前2年，但仍然處于歷史高位水平。最大的變化是俄羅斯的突然低迷和中國的快速崛起。俄羅斯丟掉了保持長達12年之久的年度發(fā)射次數(shù)冠軍地位，僅屈居第三，而近些年一直位居第三的中國年度發(fā)射次數(shù)首次突破20次，與美國并列首位。

2016年，全球共完成85次發(fā)射任務(wù)1，全年發(fā)射航天器209個（入軌航天器206個，因發(fā)射故障導(dǎo)致2個航天器損毀，因飛船在軌釋放未獲成功導(dǎo)致1個航天器損毀）。

1 按發(fā)射所屬國家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在全年85次運載火箭發(fā)射中，美國和中國的發(fā)射次數(shù)同為22次，位列年度第一，結(jié)束了俄羅斯自2004年以來一直保持的領(lǐng)先地位。美國發(fā)射航天器72個，中國發(fā)射航天器40個；俄羅斯完成19次發(fā)射，發(fā)射航天器27個；歐洲完成9次發(fā)射，發(fā)射航天器20個；印度完成7次發(fā)射，發(fā)射航天器34個；日本完成4次發(fā)射，發(fā)射航天器14個；以色列和朝鮮各完成1次發(fā)射，分別發(fā)射1個航天器。

2016年俄羅斯航天發(fā)射活動上下半年差異較大，上半年發(fā)射活動較為活躍，而下半年除“國際空間站”運輸任務(wù)之外，未執(zhí)行其他航天發(fā)射任務(wù)，全年總發(fā)射次數(shù)由以往的30次左右下降到19次。“質(zhì)子”（Proton）火箭僅執(zhí)行了3次發(fā)射任務(wù)，達到自1973年以來的最低值。美國依靠獵鷹－9（Falcon－9）火箭的商業(yè)發(fā)射，上半年航天發(fā)射活動勢頭強勁，但受到9月1日獵鷹－9火箭發(fā)射臺爆炸事故后停飛的影響，下半年表現(xiàn)一般。中國航天發(fā)射活動創(chuàng)歷史新高，年度發(fā)射以22次的紀錄與美國并列第一。印度、歐洲航天發(fā)射也呈持續(xù)上升態(tài)勢，日本航天發(fā)射與上一年基本持平。

2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量按發(fā)射國家統(tǒng)計情況

2 按航天器所屬國家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在2016年發(fā)射的209個航天器中，按照航天器所屬（用戶）國家統(tǒng)計，美國87個（其中1個從飛船釋放失敗），中國36個，歐洲22個，俄羅斯16個，日本15個，印度12個，其他國家或組織共21個。去掉50kg以下航天器后，中國以發(fā)射27個航天器的數(shù)量反超美國，排名第一。

2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量按所屬國家統(tǒng)計情況

2015年和2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量按所屬國家對比

3 按航天器應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2016年全年發(fā)射最多的仍然是對地觀測衛(wèi)星，其次是空間科學與技術(shù)試驗衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、載人及貨運航天器和空間探測器。載人飛行任務(wù)次數(shù)與2015年持平。受美俄下半年商業(yè)發(fā)射活動下降的影響，2016年度通信衛(wèi)星的數(shù)量大幅減少，質(zhì)量低于50kg的微納航天器數(shù)量也出現(xiàn)較大降幅。

2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量按任務(wù)領(lǐng)域統(tǒng)計情況

2015年和2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量按任務(wù)領(lǐng)域?qū)Ρ?/p>

在2016年發(fā)射的209個航天器中，對地觀測衛(wèi)星102顆，空間科學與技術(shù)試驗衛(wèi)星50顆，通信衛(wèi)星26顆，導(dǎo)航定位衛(wèi)星15顆，載人及貨運航天器14個，空間探測器2個。

4 按航天器運行軌道的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在2016年入軌的206個航天器中，運行在低地球軌道（LEO）的航天器最多，達到155個，占全年發(fā)射總數(shù)的3/4以上，地球靜止軌道（GEO）38個、中地球軌道（MEO）10個、大橢圓軌道（HEO）1個、非地球軌道2個。但是從質(zhì)量不小于50kg的航天器數(shù)量看，低地球軌道衛(wèi)星數(shù)量較前些年變化不大。

2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量按運行軌道分布統(tǒng)計情況

2015年和2016年全球發(fā)射航天器數(shù)量運行軌道分布對比

5 按航天器質(zhì)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

近幾年，質(zhì)量低于50kg的微納衛(wèi)星均占年度發(fā)射數(shù)量的50%以上。受美俄火箭故障的影響，2016年有所下降，占到發(fā)射總數(shù)量的45%。

2016年全球發(fā)射航天器質(zhì)量分布情況

2015年和2016年全球發(fā)射航天器按航天器質(zhì)量統(tǒng)計對比

搭載發(fā)射和空間站釋放是微納衛(wèi)星進入軌道的主要方式，尤其是空間站釋放已成熟使用，大大增加了近年來微納衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)量。2016年，美國首度利用貨運飛船脫離空間站返回途中變軌成功釋放納衛(wèi)星，這種部署方式將進一步拉高未來微納衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)量。

6 按航天器研制所屬國的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

航天器研制所屬國均按主承包商的所屬國統(tǒng)計。在2016年發(fā)射的209個航天器中，美國研制的航天器為98個，較2015年下降較多；中國研制37個，也比2015年有所減少；歐洲與2015年持平，為24顆；俄羅斯比2015年減少約1/3，降為16個；而日本和印度分別增長了2倍，均達到12個；其他國家為10個。

去掉50kg以下航天器的統(tǒng)計數(shù)量顯示，美國的研制數(shù)量僅為原來的37.76%，俄羅斯的研制數(shù)量下降最少。美國在微納航天器研究領(lǐng)域一直較為活躍，2016年研制數(shù)量為61個，雖受獵鷹－9火箭事故影響，發(fā)射數(shù)量較2015年有所下降，但遠超其他所有國家的總和；中國2016年研制數(shù)量為9個，不如2015年，但仍排在第二。

2016年，較大型宇航公司的排名針對50kg及以上衛(wèi)星的研制情況進行統(tǒng)計，并且綜合考慮了航天器數(shù)量和質(zhì)量等指標，登上前10排名榜的包括4家美國公司、2家中國公司、2家歐洲公司、1家俄羅斯公司和1家印度公司。這10家公司的航天器研制總數(shù)量占全球50kg及以上航天器總數(shù)的69.83%。

2016年全球發(fā)射的航天器按航天器研制所屬國統(tǒng)計

2016年各主承包商的航天器數(shù)量統(tǒng)計1）

中國空間技術(shù)研究院（CAST）與美國勞拉空間系統(tǒng)公司（SS/L）研制數(shù)量同為16個，研制航天器質(zhì)量也大體相當，但考慮到中國空間技術(shù)研究院還研制了2顆微納衛(wèi)星，研制總數(shù)為18顆，因此排名第一。印度空間研究組織（ISRO）首次登上排名榜，排在第4。上海航天技術(shù)研究院的研制數(shù)量與洛馬公司（LM）同為4個，但在研制航天器總質(zhì)量方面落后，因此未能進入前10名。2013年和2014年蟬聯(lián)榜首的俄羅斯信息衛(wèi)星系統(tǒng)-列舍特涅夫公司（ISS Reshetnev）以及年年上榜的歐洲空客防務(wù)與航天公司（ADS）2016年的研制數(shù)量僅為3個，排名跌出前10。

7 2016年度全球航天器發(fā)射情況分析

從2016年全球航天器發(fā)射情況統(tǒng)計分析可以看出，世界航天活動具有如下特點和動向。

（1）全球發(fā)射活動呈現(xiàn)新的格局，中國可與強國比肩

2016年，中國年度航天發(fā)射次數(shù)歷史性地與美國并列全球第一。這既有中國航天加速發(fā)展的內(nèi)因，也有美國因獵鷹－9火箭事故停飛以及俄羅斯下半年發(fā)射活動大幅下降的外因。展望2017年，俄羅斯航天國家集團（Roskosmos）總經(jīng)理伊戈爾·科馬洛夫2016年12月28日表示，俄羅斯2017年發(fā)射次數(shù)將翻番，即接近40次；美國獵鷹－9火箭恢復(fù)發(fā)射服務(wù)，2017年發(fā)射次數(shù)也將進一步提高；2017年中國航天發(fā)射也將超過30次，達到歷史新高。

（2）多個新型火箭實現(xiàn)首飛，納衛(wèi)星部署新方式成功驗證

2016年，中國繼續(xù)完善“長征”火箭家族的運載能力，完成了長征－7和長征－5火箭的首飛。日本的艾普斯龍－2（Epsilon－2）固體運載火箭首次執(zhí)行衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，成功發(fā)射350kg的空間科學衛(wèi)星。美國德爾他－4（Delta－4）的2種改進型火箭實現(xiàn)首飛，分別將美國國家偵察局（NRO）的1顆雷達成像衛(wèi)星和美國空軍航天司令部（AFSPC）的2顆地球同步軌道（GSO）巡視衛(wèi)星送入軌道，軌道-ATK公司的安塔瑞斯－230（Antares－230）火箭首飛成功，完成“天鵝座”（Cygnus）商業(yè)貨運飛船“國際空間站”補給任務(wù)。俄羅斯“質(zhì)子－M/微風”（Proton－M/Briz）火箭改進型成功完成首飛，將國際通信衛(wèi)星－21（Intelsat－21）送入軌道。

2016年，軌道-ATK公司首度嘗試了貨運飛船返回途中釋放衛(wèi)星的方式，分別在6月和11月完成“國際空間站”商業(yè)貨運任務(wù)后、再入大氣之前，從“天鵝座”飛船釋放了9顆立方體衛(wèi)星，雖然其中1顆因釋放裝置出現(xiàn)問題未能成功，但這種新的納衛(wèi)星入軌方式已獲得成功驗證，未來將進一步豐富微納衛(wèi)星的部署方式，提高微納衛(wèi)星的發(fā)射部署機會。

美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）繼續(xù)進行獵鷹－9火箭第一級的回收試驗，首次成功實現(xiàn)海上回收，2016年共進行了8次試驗，5次取得成功。該公司的下一步計劃是利用回收的第一級火箭進行商業(yè)發(fā)射。

（3）2個新發(fā)射場投入使用，成功完成首次發(fā)射任務(wù)

2 0 1 6年，俄羅斯的東方航天發(fā)射場（Vostochny）和中國的文昌航天發(fā)射場啟用。東方航天發(fā)射場位于遠東地區(qū)的阿穆爾州，該發(fā)射場的建成使用將增強俄羅斯航天發(fā)射活動的自主性，降低對哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場的依賴。2016年4月28日，聯(lián)盟－2.1a/“伏爾加”（Volga）火箭成功從該發(fā)射場將3顆衛(wèi)星送入太陽同步軌道（SSO）。

文昌航天發(fā)射場位于中國海南省，具有緯度低的優(yōu)勢，可大大提高地球同步軌道衛(wèi)星的運載能力，提高效費比。2016年6月25日，長征－7火箭成功在該發(fā)射場進行了“多用途飛船縮比返回艙”以及5個技術(shù)試驗載荷的近地球軌道發(fā)射。

（4）多顆新型航天器發(fā)射運行，實現(xiàn)技術(shù)突破

美國發(fā)射首顆第四代“衛(wèi)星數(shù)據(jù)系統(tǒng)”（SDS）中繼衛(wèi)星，為美國低軌偵察衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)；以色列發(fā)射了新一代“地平線”（Ofeq）光學成像偵察衛(wèi)星的首發(fā)星地平線－11，衛(wèi)星使用新的衛(wèi)星平臺和改進的成像系統(tǒng)，在600km軌道高度下的地面分辨率達0.5m；中國發(fā)射了“天通”移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)的首發(fā)星以及墨子號量子科學實驗衛(wèi)星、“脈沖星試驗衛(wèi)星”等新型科學衛(wèi)星，在載人航天方面，中國登上新的高度，將航天員在太空的停留時間提高到1個月。

8 國外航天器發(fā)射失利情況

（1）俄羅斯發(fā)射進步 MS－04飛船失敗

北京時間2016年12月1日，進步 MS－04貨運飛船搭載聯(lián)盟－U火箭從拜科努爾航天發(fā)射場發(fā)射，計劃繞地球34圈，于12月3日與“國際空間站”對接。火箭起飛后最初階段一切正常，在383s時火箭遙測突然中斷，當時火箭高度約190km，火箭第三級還應(yīng)繼續(xù)點火143s。

俄羅斯進步 MS－04飛船殘骸

據(jù)俄羅斯媒體報道，在位于拜科努爾航天發(fā)射場下靶場約2000km的圖瓦共和國的偏遠地區(qū)上空觀測到一次爆炸，還發(fā)現(xiàn)了進步 MS－04飛船的殘骸。俄羅斯航天國家集團已經(jīng)成立了調(diào)查委員會，著手調(diào)查聯(lián)盟－U運載火箭通信異常的原因。

此次發(fā)射是聯(lián)盟－U火箭退役前的倒數(shù)第二次發(fā)射，最后一次發(fā)射計劃在2017年年初進行，之后將使用新一代聯(lián)盟－2系列火箭。

（2）美國獵鷹－9火箭發(fā)射前故障情況

北京時間2016年9月1日，太空探索技術(shù)公司的獵鷹－9v1.2火箭攜帶阿莫斯－6（Amos－6）通信衛(wèi)星在卡納維拉爾角空軍基地準備進行發(fā)射前最后一次靜態(tài)點火試驗。北京時間9月1日21∶07，即靜態(tài)點火試驗前8min，火箭發(fā)生爆炸，星箭俱毀，發(fā)射臺也遭到嚴重毀壞，所幸未造成人員傷亡。

太空探索技術(shù)公司經(jīng)過4個月的調(diào)查得出結(jié)論，事故由火箭第二級發(fā)動機液氧貯箱中的3個存貯氦的碳纖維纏繞壓力容器（COPV）中的一個發(fā)生爆炸所致。該公司為提升火箭運力，在碳纖維纏繞壓力容器中加注接近三相點的超低溫液氧。液氧加注時，碳纖維纏繞壓力容器鋁質(zhì)內(nèi)膽與碳纖維纏繞層之間的縫隙和褶皺中流入液氧，在之后的液氦加注過程中，縫隙和褶皺中的部分液氧固態(tài)化形成固氧。鋁質(zhì)內(nèi)膽隨著液氦加注而膨脹，對固氧形成擠壓，導(dǎo)致固氧和碳纖維發(fā)生反應(yīng)并燃燒爆炸，大量氦氣進入液氧貯箱，貯箱超壓進一步引發(fā)整個二級發(fā)動機爆炸。事故過程已經(jīng)通過地面試驗進行了復(fù)現(xiàn)。

太空探索技術(shù)公司已制定了改進措施，對已制造火箭提出的改進措施是仍使用原來已經(jīng)過多次驗證的加注流程，并且提高氦的加注溫度，防止液氧固態(tài)化，未來將修改碳纖維纏繞壓力容器的設(shè)計，從根本上消除縫隙和褶皺。

獵鷹－9v1.2火箭已于北京時間2017年1月15日恢復(fù)發(fā)射，從范登堡空軍基地“一箭十星”將“下一代銥星”（Iridium Next）通信衛(wèi)星送入軌道，同時進行的第一級海上回收試驗也取得圓滿成功。

1由于美國獵鷹－9火箭的爆炸事故發(fā)生在發(fā)射臺地面試驗階段，尚未開始發(fā)射程序，因此未計入發(fā)射統(tǒng)計。