2020年國(guó)外重大航天活動(dòng)展望

王瑞（北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所）

2019年，世界航天發(fā)射次數(shù)達(dá)102次，相比于2018年114次略有減少。2020年，全球航天領(lǐng)域?qū)⑹禽x煌的一年，將有多個(gè)大事件值得關(guān)注，載人航天蓄勢(shì)待發(fā)，多款新型火箭即將首飛，商業(yè)小運(yùn)載競(jìng)爭(zhēng)激烈，多款航天器將投入服役。

1 載人航天蓬勃發(fā)展

SpaceX公司“載人龍飛船”將首次載人

2020年3月，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“載人龍飛船”（Crew Dragon）將使用獵鷹-9（Dragon-9）火箭發(fā)射升空，進(jìn)行首次載人飛行任務(wù)。這是“載人龍飛船”第二次進(jìn)行發(fā)射，將搭載兩名美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的航天員。待任務(wù)完成后，“載人龍飛船”將返回地球，并使用海上濺落的方式完成回收。如果本次載人發(fā)射任務(wù)取得成功，將打破俄羅斯“聯(lián)盟”（Soyuz）飛船對(duì)空間站航天員往返運(yùn)輸業(yè)務(wù)的壟斷。

“載人龍飛船”最多可搭載7名乘客，具有高度自動(dòng)化操作系統(tǒng)，航天員通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的觸摸屏就可以實(shí)現(xiàn)飛船的操作，可以減少航天員學(xué)習(xí)復(fù)雜的飛船操作手冊(cè)的時(shí)間。此外，飛船升空-對(duì)接-返回均可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。目前，官方給出的每個(gè)座位的報(bào)價(jià)為5500萬(wàn)美元。

兩名航天員與“載人龍飛船”合影

美國(guó)波音公司的“星際客船”將首次載人

2019年12月，美國(guó)波音公司（Boeing）的“星際客船”（Starliner，CST-100）使用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）的宇宙神-5（Altas-5)火箭發(fā)射升空，執(zhí)行首次無(wú)人飛行試驗(yàn)，但因計(jì)時(shí)器故障，飛船并沒(méi)有到達(dá)預(yù)定軌道。2020年1月7日，NASA和波音公司成立聯(lián)合調(diào)查組，將對(duì)事故展開(kāi)調(diào)查，NASA表示或不排除再進(jìn)行一次無(wú)人試飛，載人首飛時(shí)間將根據(jù)調(diào)查結(jié)果另作打算。

“星際客船”由波音公司和美國(guó)畢格羅航空航天公司（Bigelow Aerospace）共同研發(fā)，由波音公司制造，飛船可載7人，內(nèi)部空間11m3,可自由飛行60h，空間站停靠飛行210天。飛船能夠在軌道上執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的任務(wù)，并能重復(fù)使用10次。目前，官方給出的每個(gè)座位的報(bào)價(jià)為9000萬(wàn)美元。

聯(lián)盟 MS―16載人飛船即將出征的3名航天員

“星際客船”搭載航天員的“兩男一女”組合

俄羅斯聯(lián)盟―2.1a火箭將首次載人

2020年4月，俄羅斯聯(lián)盟-2.1a火箭將首次執(zhí)行載人發(fā)射任務(wù)。火箭將發(fā)射聯(lián)盟 MS-16載人飛船。飛船將搭載1名美國(guó)航天員，2名俄羅斯航天員，并將在國(guó)際空間站停留約6個(gè)月。飛船還裝有一個(gè)逃生艙。自2002年起，航天員前往國(guó)際空間站一直使用聯(lián)盟-FG火箭，但由于其控制系統(tǒng)由烏克蘭采購(gòu)，而烏方目前拒絕向俄羅斯出口，因此俄方?jīng)Q定從2020年起將使用聯(lián)盟-2.1a火箭發(fā)射載人飛船。

2 空間探索再掀高潮

“火星-2020”探測(cè)器

2020年7月，NASA將使用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的宇宙神-5火箭發(fā)射“火星-2020”（Mars-2020）探測(cè)器。該探測(cè)器將于2021年2月降落在火星表面，采集火星表面的巖層土壤樣本，將樣本帶回地球。本次發(fā)射任務(wù)也是NASA火星探測(cè)計(jì)劃的重要組成部分，任務(wù)耗資24億美元。

“火星－2020”探測(cè)器空降火星效果圖

“火星-2020”探測(cè)器基于“好奇”火星探測(cè)器研制，總共裝有23臺(tái)照相機(jī)，是歷史上攜帶最多照相機(jī)的探測(cè)器。這些相機(jī)各有分工，可以實(shí)現(xiàn)彩色成像、三維成像、微距成像、紫外激光器等一系列復(fù)雜功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)勘探目標(biāo)時(shí)，“火星-2020”不必停下來(lái)逐塊的分析土壤和巖石，僅需調(diào)動(dòng)相關(guān)相機(jī)就能在幾米以外的地方進(jìn)行詳細(xì)研究。探測(cè)器上共攜帶37根樣品管和5個(gè)備件，可將采集完成的樣本儲(chǔ)藏于此。

“太陽(yáng)軌道”探測(cè)器

2020年2月，NASA將使用宇宙神-5火箭發(fā)射“太陽(yáng)軌道”（Solar Orbiter）探測(cè)器。該探測(cè)器由歐洲航天局（ESA）研發(fā)，質(zhì)量1.8t，壽命7年，用于探測(cè)太陽(yáng)極地區(qū)域細(xì)節(jié)、探索太陽(yáng)風(fēng)暴、從高緯度對(duì)太陽(yáng)表面進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)太陽(yáng)表面磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究。它將把探測(cè)目光瞄準(zhǔn)太陽(yáng)，到達(dá)地球-太陽(yáng)之間4.2×107km的地方，經(jīng)受太陽(yáng)表層爆炸產(chǎn)生的巨大熱量，開(kāi)展數(shù)據(jù)測(cè)量工作并回傳清晰圖像。NASA參與該探測(cè)器項(xiàng)目，負(fù)責(zé)提供火箭和一些儀器及探測(cè)器。

“太陽(yáng)軌道”探測(cè)器效果圖

日本隼鳥(niǎo)―2探測(cè)器將返回地球

2020年12月，日本隼鳥(niǎo)-2（Hayabusa-2）探測(cè)器將攜帶龍宮（Ryugu）小行星的巖石樣本返回地球。該探測(cè)器于2014年12月發(fā)射升空，已成功著陸龍宮小行星表面，開(kāi)始采集巖石樣本，2019年12月結(jié)束探測(cè)任務(wù)。根據(jù)隼鳥(niǎo)-2探測(cè)器所收集的數(shù)據(jù)，科學(xué)家推測(cè)龍宮小行星直徑約900m，自轉(zhuǎn)周期約7.6h，成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其表面有大量碎石，但星球本身密度只有1.19g/cm3。這些碎片之間留有一些空隙，松松垮垮的堆在一起，整顆星球就像亂石堆。科學(xué)家推斷龍宮曾經(jīng)是顆直徑約100km的大型星球，但被其他星球撞碎之后，碎片重組形成了現(xiàn)在的“龍宮”。

印度將發(fā)射月船―3探測(cè)器

2020年11月,印度空間研究組織（ISRO）將發(fā)射月船-3（Chandrayaan-3) 探測(cè)器,該探測(cè)器由著陸器、月球車和一個(gè)推進(jìn)模塊組成，將在月球南極區(qū)域著陸。目前為止，全世界只有俄羅斯、美國(guó)和中國(guó)的航天器成功登陸過(guò)月球。如果這次印度月船-3探測(cè)器成功登月，意味著印度將成為第四個(gè)登陸月球的國(guó)家。

3 新型運(yùn)載火箭投入使用

阿里安―6火箭首飛

2020年7月，歐洲阿里安-6（Ariane-6）火箭將進(jìn)行首飛。阿里安-6火箭是基于阿里安-5火箭升級(jí)改造而來(lái)，有阿里安62和64兩種構(gòu)型，分別捆綁2枚或者4枚固體助推器。箭體高度超過(guò)60m，箭體直徑5.4m。與阿里安-5相比，阿里安-6火箭性能更強(qiáng)，可搭載更多有效載荷，但發(fā)射費(fèi)用卻更低。這是因?yàn)榘⒗锇?6火箭使用了流水線生產(chǎn)程序，在生產(chǎn)過(guò)程中大量使用了激光焊接、激光增材等新技術(shù)，并由機(jī)器人負(fù)責(zé)噴涂隔離層。這些新技術(shù)的使用，使得生產(chǎn)工期大大縮短。每一枚火箭在流水線上每個(gè)工序最多停留5天，一枚火箭的生產(chǎn)周期最多持續(xù)一個(gè)月，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。

日本H―3火箭首飛

2020年4月之后，日本計(jì)劃發(fā)射大型火箭H-3。該火箭未來(lái)將替代日本現(xiàn)役的H-2A和H-2B火箭為國(guó)際空間站運(yùn)送貨物，并執(zhí)行NASA的“阿爾忒彌斯”（ARTEMIS）登月計(jì)劃。該火箭高約63m，芯級(jí)直徑約5.2m，固體助推器直徑2.5m，可捆綁2個(gè)或4個(gè)固體助推器。太陽(yáng)同步軌道（SSO）運(yùn)載能力為4t以上，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運(yùn)載能力為6.5t以上。H-3火箭發(fā)射價(jià)格比現(xiàn)役的H-2A火箭減少一半，發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間和發(fā)射人員也相應(yīng)減少，并使用垂直組裝的方式簡(jiǎn)化了發(fā)射準(zhǔn)備程序。

織女星―C火箭首飛

2020年3月，歐洲航天局的織女星-C（Vega-C）火箭將首飛，搭載意大利航天局（ASI）的拉列斯-2（LARES-2）衛(wèi)星。該火箭是基于“織女星”火箭進(jìn)行研制的,由歐洲航天局在2014年12月批準(zhǔn)開(kāi)展研制。該火箭研制的目的是為了適應(yīng)市場(chǎng)變化，提升運(yùn)載能力，控制發(fā)射和運(yùn)營(yíng)成本。織女星-C火箭是四級(jí)火箭，箭體高度約35m，起飛質(zhì)量為210t。一、二、三子級(jí)使用固體推進(jìn)劑，四子級(jí)使用液體推進(jìn)劑。

4 小運(yùn)載市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈

運(yùn)載器―1空射系統(tǒng)將完成“一箭11星”任務(wù)

2020年第一季度，運(yùn)載器-1（LauncherOne）空射系統(tǒng)將一次發(fā)射11顆商業(yè)小衛(wèi)星，該發(fā)射項(xiàng)目也是NASA教育類納米衛(wèi)星發(fā)射項(xiàng)目。運(yùn)載器-1空射系統(tǒng)是美國(guó)小運(yùn)載公司維珍軌道公司（Virgin Orbit）研制的兩級(jí)液氧/煤油空射運(yùn)載火箭，載機(jī)為波音747-400飛機(jī)，又稱“宇宙女孩”（Cosmic Girl）。飛機(jī)的左機(jī)翼下面安裝了掛架，將運(yùn)載器-1小火箭懸掛于此。該空射系統(tǒng)可將300kg的有效載荷送入高度為500km的太陽(yáng)同步軌道，發(fā)射價(jià)格約為1200萬(wàn)美元。

運(yùn)載器―1空射系統(tǒng)

“螢火蟲(chóng)-阿爾法”小火箭首飛

2020年4月，美國(guó)螢火蟲(chóng)航空航天公司（FireFly Aerospace）自主研制的兩級(jí)液氧/煤油火箭——“螢火蟲(chóng)-阿爾法”（Firefly-Alpha）火箭將從加利福尼亞范登堡空軍基地SLC-2W發(fā)射設(shè)施進(jìn)行首次發(fā)射。按計(jì)劃，首飛將搭載美國(guó)政府和其他商業(yè)組織的衛(wèi)星，還可能會(huì)攜帶一個(gè)用于提升衛(wèi)星軌道的太陽(yáng)能“軌道轉(zhuǎn)移器”的驗(yàn)證器。“螢火蟲(chóng)-阿爾法”火箭是兩級(jí)運(yùn)載火箭，推進(jìn)劑為液氧/煤油。火箭低地球軌道（LEO）運(yùn)載能力為1t，SSO運(yùn)載能力為0.63t，單枚發(fā)射費(fèi)用為1500萬(wàn)美元。

“氣球火箭”發(fā)射立方體衛(wèi)星

2020年，初出茅廬的洛杉磯新興小運(yùn)載公司——獅子座宇航公司（Leo Aerospace）自主研制的“雷古勒斯”（Regulus）氣球火箭將進(jìn)行首次亞軌道發(fā)射。該氣球火箭是由巨大的熱氣球在18km的高空投放火箭來(lái)發(fā)射微/小衛(wèi)星。這種類似于娛樂(lè)活動(dòng)的“氣球火箭”曾流行于20世紀(jì)50年代，并開(kāi)展了數(shù)十次的亞軌道大氣飛行測(cè)試，但并沒(méi)有真正進(jìn)行發(fā)射。“雷古勒斯”氣球火箭為三級(jí)火箭（二級(jí)固體，一級(jí)非低溫液體），安裝多臺(tái)推力器，用于使氣球保持穩(wěn)定和控制方向，并安裝了長(zhǎng)10m的專用火箭發(fā)射滑軌系統(tǒng)。該氣球火箭550km的太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力為25kg，上升用的熱氣球能重復(fù)使用100次，由卡車進(jìn)行運(yùn)輸，可機(jī)動(dòng)靈活地進(jìn)行發(fā)射。

火箭實(shí)驗(yàn)室發(fā)展可重復(fù)使用技術(shù)

“雷古勒斯”高空氣球掛載著火箭升空效果圖

作為小運(yùn)載行業(yè)領(lǐng)跑者，2020年美國(guó)小運(yùn)載研制公司——火箭實(shí)驗(yàn)室（Rocket Lab）將首次嘗試回收火箭一子級(jí)。該方案于2019年8月提出，目的是提高發(fā)射頻率。最初的回收方式為海上濺落，使用駁船進(jìn)行打撈，并運(yùn)回火箭實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)制造工廠進(jìn)行整修。隨后，公司將改變回收方式，先使用降落傘對(duì)一子級(jí)進(jìn)行減速下降，然后使用直升機(jī)上的“天鉤”裝置在半空中抓取一子級(jí)，隨后再把一子級(jí)運(yùn)回廠房進(jìn)行整修，準(zhǔn)備再次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

印度“小型衛(wèi)星運(yùn)載火箭”將執(zhí)行兩次發(fā)射任務(wù)

2020年，印度“小型衛(wèi)星運(yùn)載火箭”（SSLV）將執(zhí)行兩次發(fā)射任務(wù)。一次是2020年1月將發(fā)射防御衛(wèi)星-A（DefenseSat-A），另一次是在2020年第一季度將為美國(guó)西雅圖的黑色天空公司（BlackSky）發(fā)射4顆地球觀測(cè)衛(wèi)星黑天全球-5～8（BlackSky Global-5～8）。該火箭是印度空間研究組織研制的一款三級(jí)固體小型運(yùn)載火箭， 500km低地球軌道運(yùn)載能力500kg，700km太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力300kg，可搭載多顆衛(wèi)星。其主要優(yōu)勢(shì)在于發(fā)射價(jià)格低，單次發(fā)射價(jià)格僅有1.5億盧比（約217萬(wàn)美元），可以利用價(jià)格優(yōu)勢(shì)搶占小衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)。

5 其他重要事件

SpaceX公司將繼續(xù)執(zhí)行“星鏈”發(fā)射任務(wù)

2020年全年，SpaceX公司的獵鷹-9火箭將繼續(xù)執(zhí)行“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，計(jì)劃完成24次，每次發(fā)射60顆衛(wèi)星，有望發(fā)射“星鏈”衛(wèi)星超過(guò)1000顆。“星鏈”是SpaceX公司的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)項(xiàng)目，該項(xiàng)目計(jì)劃于2019－2024年在太空搭建由約1.2萬(wàn)顆通信衛(wèi)星組成的“星鏈”網(wǎng)絡(luò),其中1584顆將部署在地球上空550km處的近地軌道，并從2020年開(kāi)始工作。如果該任務(wù)順利執(zhí)行，可以在全球范圍內(nèi)提供低成本的互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)。

“星鏈”計(jì)劃效果圖

歐洲新一代“量子”衛(wèi)星將正式投入使用

2020年第三季度，歐洲新一代“量子”（Quantum）衛(wèi)星將使用阿里安-5ECA火箭發(fā)射升空，該衛(wèi)星質(zhì)量約3.5t，壽命15年，衛(wèi)星基于軟件無(wú)線電理念，是世界首顆真正意義上的軟件定義衛(wèi)星。該衛(wèi)星研制項(xiàng)目由歐洲通信衛(wèi)星公司（Eutelsat）和歐洲航天局在2015年7月9日簽訂，空客防務(wù)與航天公司（ADS）為主承包商，英國(guó)小衛(wèi)星制造商薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）提供“地球靜止軌道微衛(wèi)星平臺(tái)”（GMP）。

一網(wǎng)公司星座群構(gòu)建計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行

2020年全年，俄“聯(lián)盟”系列火箭將為一網(wǎng)公司（OneWeb）的星座計(jì)劃進(jìn)行發(fā)射，每次約發(fā)射32或34顆衛(wèi)星，視情況而定。一網(wǎng)公司計(jì)劃在2021年前建成由648顆衛(wèi)星組成的通信網(wǎng)絡(luò)星座群，完全覆蓋地球表面并實(shí)現(xiàn)全球用戶的因特網(wǎng)寬帶接入。

西班牙首顆地球觀測(cè)衛(wèi)星將發(fā)射

2020年4月，西班牙首顆地球觀測(cè)衛(wèi)星——“英吉尼奧”（Ingenio）將使用“織女星”火箭升空，該衛(wèi)星也是首顆由西班牙航天工業(yè)聯(lián)盟建造的衛(wèi)星。衛(wèi)星質(zhì)量840kg，壽命7年，安裝了圖像光學(xué)儀器，黑白分辨率為2.5m，彩色分辨率為10m，可完全自主進(jìn)行圖像拍攝，計(jì)劃應(yīng)用在土地安全、土地觀測(cè)、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面。

6 小結(jié)

2020年全球航天領(lǐng)域?qū)⒕始姵剩狠d人航天令全球期待；商業(yè)小運(yùn)載競(jìng)爭(zhēng)激烈，趣玩的“氣球火箭”、“小火箭一子級(jí)回收”足夠吸睛，印度也將使用SSLV小型火箭，以低廉的價(jià)格優(yōu)勢(shì)進(jìn)軍小運(yùn)載市場(chǎng)，日本隼鳥(niǎo)-2探測(cè)器回歸之旅，將把“龍宮”的秘密告訴全世界，“火星-2020”探測(cè)器、“太陽(yáng)軌道探測(cè)器”也將為人類了解太空打開(kāi)新視野。2020年，航天領(lǐng)域令人期待！