2017年 國外載人航天發展綜述

吳爽 王霄 （北京空間科技信息研究所）

2017年，全球載人領域共進行了14次發射任務，全部成功。其中，4次載人飛船發射任務，10次貨運飛船發射任務，發射數量與2016年持平。俄羅斯發射3艘“進步”（Progress）貨運飛船、4艘“聯盟”（Soyuz）載人飛船。美國商業公司成功發射6艘貨運飛船，太空探索技術公司（SpaceX）實現了運載火箭和飛船的重復使用，再次創下航天史新紀錄。中國發射了首艘貨運飛船天舟-1，中國載人航天工程“三步走”戰略計劃的“第二步”圓滿收官。

1 引言

2017年，載人航天領域穩步發展，各主要航天國家重點圍繞低地球軌道開展空間應用，同時積極推進低地球軌道以遠的長遠規劃和系統建設。美國特朗普新政府執政后，取消了“小行星重定向任務”（ARM），重啟“重返月球”計劃，提出發展地月空間，并以載人火星為長遠目標，持續推進新技術、新系統的研發。

任務執行上，美、俄圍繞“國際空間站”（ISS）開展運營維護。美國主要依靠商業公司的“龍”（Dragon）、“天鵝座”（Cygnus）飛船開展貨物運輸；俄羅斯“聯盟”載人飛船仍承擔運送航天員至“國際空間站”的重任。系統建設和技術研發上，美國持續推進以“獵戶座”（Orion）飛船和“航天發射系統”（SLS）為主的探索系統開發。俄羅斯新一代載人飛船聯邦號（Federation）穩步推進，東方航天發射場建造工作繼續。

空間應用方面，重點圍繞“國際空間站”這一在軌平臺開展技術開發與驗證試驗。商業化發展方面，低地球軌道商業運輸穩步推進，商業公司繼續拓展太空旅游市場，新型公私合作伙伴關系得到進一步深化。2017年4月20日，我國首艘貨運飛船天舟-1順利升空，標志著我國載人航天工程“三步走”戰略的第二步全面完成，并正式進入空間站全面建設階段。

2 各國圍繞“國際空間站”積極開展空間活動

俄羅斯聯盟 MS飛船繼續向“國際空間站”運送航天員

2017年，俄羅斯最新升級版載人飛船聯盟 MS繼續執行將航天員送至“國際空間站”的任務。俄羅斯航天國家集團（ROSCOSMOS）計劃從2017年4月直至俄羅斯多功能實驗艙啟用，“國際空間站”俄羅斯乘組人員將從3人縮減至2人，以提高“國際空間站”俄羅斯艙段的工作效率。2017年，俄羅斯共發射了4艘聯盟 MS飛船。

2017年4月20日，聯盟-FG運載火箭搭載聯盟MS-04飛船從哈薩克斯坦的拜科努爾發射場發射升空。本次飛船搭載了俄羅斯航天員費奧多爾·尤爾奇欣和美國航天員杰克·費希爾，這是10年來飛船首次搭載2名航天員前往“國際空間站”。此次飛船采用的是6h快速交會對接方式，成功與“國際空間站”搜索號（Noisk）艙對接。7月28日，聯盟-FG運載火箭搭載聯盟 MS-05飛船從拜科努爾發射場發射升空。本次飛船搭載了俄羅斯航天員謝爾蓋·賴薩斯基、美國航天員蘭道夫·布雷斯尼克和歐洲航天員保羅·內斯波利。9月13日，聯盟-FG運載火箭搭載聯盟 MS-06飛船從拜科努爾發射場發射升空。本次飛船搭載了俄羅斯航天員亞歷山大·米蘇爾金、美國航天員馬克·范德·黑和約瑟夫·邁克爾。該批考察組將進行40多項的航天生物學、生物技術等領域的試驗。12月17日，聯盟-FG運載火箭搭載聯盟 MS-07飛船從拜科努爾發射場發射升空，飛船采用了傳統的2天交會對接方式。

俄羅斯發射3艘進步 MS貨運飛船

2017年，俄羅斯繼續使用更新版貨運飛船進步MS為“國際空間站”俄羅斯艙段運送貨物，2017年共發射了3艘進步 MS飛船。

2017年2月22日，聯盟-U運載火箭搭載進步MS-05飛船從拜科努爾發射場發射升空，這是聯盟-U運載火箭最后一次執行發射任務。此次發射后，聯盟-U正式退役，其發射任務將由聯盟-2和安加拉-A3（Angara）系列的中型運載火箭執行。

2017年6月14日，根據“國際空間站”飛行任務計劃，聯盟-2.1a火箭在拜科努爾發射場成功搭載進步 MS-06貨運飛船發射升空。飛船于6月16日與“國際空間站”對接。除標準貨物外，進步 MS-06上還搭載了納米衛星，該衛星由俄羅斯能源火箭航天集團（RKK Energia）專家與庫爾斯克西南大學（SSU）年輕科學家共同研制。

2017年10月14日，聯盟-2.1a火箭在拜科努爾發射場成功搭載進步 MS-07貨運飛船發射升空。貨運飛船為空間站送去燃料、物資補給和空間站硬件，以供空間站運行及為生活在站內的航天員提供生活支持。此外，此次飛船還搭載了俄羅斯艙段寬帶數據傳輸接收設備，全套接收設備于2017年底由俄羅斯航天員輪流出艙進行安裝，而設備組件的艙內安裝工作計劃于2018年初開始。新型接收設備由能源火箭航天集團（RKK Energia）俄羅斯信息衛星系統-列舍特涅夫公司（ISS Reshetnev）等企業共同研制，設備將通過“射線”（Luch）多功能空間中繼系統進行工作。安裝Ku頻段寬帶通信信道后，“國際空間站”俄羅斯艙段人員可獨立訪問高速互聯網，包括試驗結果、照片和視頻等數據的傳輸速率將顯著提升。

“國際空間站”成為前沿技術的重要在軌試驗平臺

作為全球最大的在軌航天器，“國際空間站”已實現連續有人駐留超過15年，并在空間應用領域取得了眾多成果，延壽至2024年，將為近地空間帶來更大的發展空間。作為一個獨有的技術開發與試驗平臺，“國際空間站”將為未來長期探索任務所需的技術、系統和材料，以及地球上使用的新技術提供獨一無二的試驗條件，試驗和發展機器人技術、在軌服務技術、先進通信技術等眾多先進技術，推動技術的進步和探索能力的發展。

美國國家航空航天局（NASA）和俄羅斯航天國家集團目前正在研究方案，商討是否將“國際空間站”的運行時間從2024年延至2028年。此前，“國際空間站”成員國花費了3年時間，最終決定將運行時間從2020年延至2024年。NASA專家表示，只要更換老舊的太陽能電池板并進行適當維修，“國際空間站”理論上可以持續工作到2028年以后。“國際空間站”是否還將延壽，目前尚未確定。

3 商業載人航天發展持續推進

美國對商業公司的培育推動發射服務業和航天器制造業的進一步發展，形成了載人航天服務市場，有助于航天產業化和國家經濟發展。近年來，NASA推行商業航天的意志愈加堅決，涉及領域從近地空間拓展到深空。2017年，美國繼續加大力度，推動商業載人航天的發展。

SpaceX公司取得重大突破，創造航天史上新紀錄

2017年2月19日，獵鷹-9v1.1（Falcon-9v1.1）全推力型火箭從位于佛羅里達州的肯尼迪航天中心成功發射，成功將SpaceX公司的“龍”貨運飛船送入軌道，執行該公司第10次“商業補給服務”（CRS）合同任務（SpX-10）。本次任務是SpaceX公司首次啟用肯尼迪航天中心的39A發射臺，重新啟用塵封多年的發射臺是SpaceX公司的里程碑事件，具有重大意義。2月22日，由于導航系統出現故障，“龍”飛船自動中止交會對接，這是“龍”飛船首次在交會對接階段出現故障。2月23日，飛船再次嘗試與“國際空間站”對接取得成功。

2017年6月4日，SpaceX公司的獵鷹-9火箭從肯尼迪航天中心發射升空，成功將“龍”飛船送入初始目標軌道，執行SpX-11合同任務。執行本次任務的“龍”飛船曾于2014年9月發射升空，與“國際空間站”對接停留34天后返回地球，降落太平洋。本次任務的成功標志著航天史上首次實現貨運飛船加壓艙重復使用，也是人類航天史上首次發射重復使用的飛船，具有極為重大的意義。

獵鷹-9火箭首次發射復用“龍”飛船

2017年12月15日，SpaceX公司的獵鷹-9火箭從卡納維拉爾角空軍基地發射升空，成功將“龍”飛船送入初始目標軌道，執行SpX-13合同任務。本次發射使用的火箭第一級和飛船增壓艙均是重復使用的，所用火箭第一級曾是用來執行SpX-11合同任務的火箭，本次任務的成功讓SpaceX公司的箭船復用工作再向前邁進一步。

軌道-ATK公司“天鵝座”飛船成功執行兩次正式合同任務

2017年4月18日，美國聯合發射聯盟公司（ULA）的宇宙神-5（Atlas-5）火箭在卡納維拉爾角發射基地成功發射，并將“天鵝座”飛船成功發射入軌。飛船在4月22日與“國際空間站”對接，向其運送物資、飛行器硬件和科學試驗載荷等貨物。“天鵝座”的成功發射將進一步推動“國際空間站”空間科學試驗的進程。“天鵝座”與空間站分離后，進行了為期1周的自由飛行，釋放了28顆QB50立方體衛星，并開展煙火試驗，以探討如何提高飛船乘員的安全。本次“天鵝座”飛船起飛質量為7229kg，其中有效載荷為3495kg，包括954kg的人員補給、1215kg的空間站系統硬件以及940kg的科學應用設備，是目前為止商業貨運任務中單次運輸質量最大的一次。

2017年11月12日，軌道-ATK公司的“安塔瑞斯”（Antares）火箭從位于美國弗吉尼亞州的瓦勒普斯飛行中心發射場點火起飛，成功發射該公司“天鵝座”飛船的第8次“商業補給服務”合同任務。11月14日，飛船飛行45h后抵達“國際空間站”，創造了“天鵝座”飛船從發射到交會的最短飛行時間記錄。飛船共向空間站運送了3500kg貨物，包括860kg科學試驗和新技術驗證設備，以及供站上乘員使用的補給品。

商業公司持續推進相關項目的發展

特朗普上臺后多次強調要大力發展公私合作關系。在低地球軌道載人航天領域將大力發展與私營公司的商業航天合作，在低地球軌道以遠的深空探索領域也尋求合作可能性。進一步推進“政府主導，私營公司參與”的載人航天發展模式，使得探索主體多元化。

“星際客船”準備落地測試

低地球軌道商業貨物方面，SpaceX公司、軌道-ATK公司實現低地球軌道貨物運輸常態化，內華達山脈公司（SNC）正在追趕。此外，SpaceX、軌道-ATK和內華達山脈公司將從2019年起分別用“龍”飛船、“天鵝座”飛船和“追夢者”（Dream Chaser）太空飛機為“國際空間站”提供貨物補給。低地球軌道商業乘員運輸方面，波音公司（Boeing）、SpaceX公司有望近期實現低地球軌道商業乘員運輸。2017年11月11日，“追夢者”太空飛機試驗樣機在美國加利福尼亞州愛德華空軍基地成功完成滑翔試驗。此次滑翔試驗是該公司商業乘員協議中的重要里程碑，將支撐該公司按照2016年獲得的NASA第二輪“商業補給服務”合同研制貨運型號太空飛機的工作。“追夢者”貨運系統的首飛預定于2020年進行，在2024年前最少進行6次飛行任務。波音公司的“星際客船”（Starliner）項目主管表示，“星際客船”目前正處于飛行硬件廣泛開發和多種運載系統測試階段，計劃于2018年第三季度進行非載人試驗飛行，如果測試結果良好，則計劃于2018年第四季度進行載人飛行測試。一旦“星際客船”完成了飛行測試并獲得NASA認可，波音公司將開始為NASA向“國際空間站”輸送航天員。

此外，圍繞“國際空間站”開展了商業搭載和小衛星釋放等空間應用活動，進一步發展新型商業模式。2017年2月，納米發射架公司（NanoRacks）與波音公司簽署協議，將共建“國際空間站”的首個商業氣閘艙。7月7日，“國際空間站”日本希望號實驗艙（JEM）通過小衛星軌道釋放裝置（J-SSOD）釋放了5顆1U立方體小衛星，這些衛星同屬于BIRDS聯合多國項目（Joint Global Multi Nation BIRDS），即日本九州工業大學與亞洲、非洲國家合作進行的小衛星研制項目，目的是加強日本與這些國家在航天領域的合作和提高日本的國際影響力。

太空旅游方面，2017年2月，SpaceX公司宣布計劃于2018年使用龍-2飛船送兩名付費游客進行環月飛行。12月12日，“新謝潑德”（New Shepard）亞軌道飛行器新型號首次試飛取得成功。此次“新謝潑德”使用了新一代火箭和2.0版載人艙，藍色起源公司（Blue Origin計）劃利用“新謝潑德”開展亞軌道旅游，時間暫定為2019年。

4 以月球為下一步發展目標，積極推進新型載人航天器系統發展

2017年10月5日，美國副總統麥克·彭斯發表題為《邁向新疆域：國家航天委員會的一個重點》的演講，宣布美國將重啟登月計劃并建立永久性月球基地。12月11日，特朗普總統簽署了總統令，正式重啟了“重返月球”計劃。至此，美國的載人航天發展走向基本明朗，新政府將更多的目光聚焦到深空探索、載人航天和商業化發展。特朗普新政府的上臺，對美國現有的航天政策進行了重大調整，將產生深遠影響，進而可能影響全球其他各國航天政策的走向。未來，美國將以月球為下一步目標，火星為長遠目標，持續推動能力建設，保證其核心能力發展，不斷推進新系統的研發。

持續推進“獵戶座”的“多用途乘員飛行器”（MPCV）

建造“獵戶座”飛船的最初提議是由2003年“哥倫比亞”（Columbia）航天飛機事故以及小布什尋求美國總統大選連任的政治因素所致。受政策影響，“獵戶座”計劃從立項至今經歷了漫長而曲折的演進過程。它原是NASA“星座”（Constellation）計劃中的關鍵組成部分，但2010年初，遇到資金短缺、進度滯后、設計思路分歧等困難，后隨“星座”計劃中止而重新調整。目前成為NASA實現重返深空載人探索目標的中流砥柱，將用于載人登陸月球、小行星乃至火星的計劃，同時也能支持“國際空間站”乘員運輸、貨物補給等低地球軌道任務或自由在軌飛行，還可用作緊急逃生飛船。

2017年，“獵戶座”飛船的關鍵技術相關測試穩步推進，但仍存在亟待解決的問題。2017年，負責“獵戶座”飛船項目的工程師對“獵戶座”的一些關鍵安全系統開始進行一系列重要測試。軌道-ATK公司在猶他州普羅蒙特利的試驗場對“獵戶座”飛船“發射中止系統”（LAS）的中止引擎進行了時長5s的點火測試。盡管相關數據分析尚未結束，但此次測試已經證明，在緊急情況下中止引擎能夠在毫秒之間點火啟動，并能在高溫條件下正常運轉。6月14日，在亞利桑那州尤馬的美軍測試基地進行的測試中，“獵戶座”仿制艙體從波音C-17運輸機上被投下，以測試“獵戶座”僅展開3個主降落傘時整個降落傘系統的運行效果。此次測試評估了降落傘在低空低動壓環境下的性能。此外，“獵戶座”團隊還對升級版的乘員艙直立系統進行了測試。在之前的美國第一次“探索任務”（EM-1）測試過程中，氣囊未能完成正常充氣，之后工程師改進了氣囊設計，便有了升級版的氣囊。本次在約翰遜航天中心的中性浮力實驗室（NBL）共進行了8項測試，評估氣囊在正常情況與意外情況下的充氣效果，以此驗證計算機模型的準確性。針對載人的EM-2任務，NASA面臨的主要挑戰之一就是確保“獵戶座”座艙環控生保系統正常運轉。NASA正在“國際空間站”上和地面實驗室中測試該系統組件，部分組件將在EM-1中試飛，完整系統的首次試飛將在EM-2中進行。NASA選定了最初24h飛船在大橢圓軌道上運行的任務方案，以檢驗環控生保系統和其他系統。總的來說，“獵戶座”飛船整體上還是按照計劃穩步推進相關測試和試驗等工作。

俄羅斯新型載人飛船持續推進研制工作

俄羅斯能源火箭航天集團下屬機械制造試驗廠計劃于2019年1月之前建成升級系列載人聯盟 MS型飛船，研制經費為23億盧布。飛船承包商機械制造試驗廠負責飛船艙段的研制、組裝，并負責在控制測試站對飛船進行測試，最終交付飛船。飛船將于2019年1月之前完成建造。

測試中的“獵戶座”飛船

此外，俄羅斯航天國家集團也在穩步推進新一代載人飛船聯邦號飛船的研制工作。2017年3月，俄羅斯航天國家集團載人航天領域總設計師葉甫蓋尼·米克林在接受采訪時表示，主要用于載人登月的聯邦號飛船計劃于2021年進行首次自主無人飛行試驗，屆時將搭乘“費奧爾多”（Fyodor）機器人。聯邦號飛船的首次載人飛行任務計劃于2023年實現。

5 結語

2017年，載人航天發射數量保持穩定，也取得了突破性的成就。主要航天大國仍將載人航天作為國家重要戰略而持續投入，低地球軌道載人航天技術發展成熟，各國圍繞“國際空間站”開展全面應用，面向低地球軌道以遠的月球、火星等目標探索的相關先進技術、系統研發持續推進。美國以保持和鞏固全球領導地位為目標，鎖定月球，發展地月空間，并以火星為長遠目標，不斷開展新系統、新技術的研發。同時積極探索商業化運營模式，將初步成熟的低地球軌道載人航天活動推向市場，積極調動商業力量服務載人航天發展。俄羅斯為鞏固載人航天的優勢地位，明確載人航天長遠發展思路和重點，包括繼續運營空間站，研制新一代載人飛船，計劃實施載人登月項目，并提出國際月球軌道站構想。歐洲和日本通過國際合作發展本國載人航天。