2019年世界航天發展重要進展

文|方勇 軍事科學院軍事科學信息研究中心

2019年，主要航天國家持續加強航天建設；低軌小衛星星座蓬勃發展，引人關注；商業航天快速發展，將深刻影響未來航天發展格局；航天前沿技術不斷取得新突破，推動航天領域創新發展。

一、戰略謀劃與航天力量建設

1.美國正式組建獨立天軍

2019年12月20日，美國總統特朗普簽署《2020財年國防授權法案》，從而宣告作為美第六大軍種的美國天軍正式組建，作為空軍內部一個獨立的軍事部門。天軍設立精簡化總部機構，以最大限度利用資源建立太空作戰能力；在空軍內增設一位文職天軍副部長，專門負責管理天軍；設立一名天軍參謀長，作為參聯會成員，同其他軍種一樣，可獨立發揮作用。除天軍總部外，天軍還包括作戰、采辦、系統開發、訓練、教育以及其他職能。成立太空司令部，負責太空作戰力量運用，實現太空作戰的統一指揮控制，現任美空軍航天司令部司令約翰·雷蒙德將擔任首任司令。太空司令部職能包括為美軍地面部隊的衛星導航和即時通信提供技術及安全保障，保護美國太空資產，防止他國對美國衛星進行破壞以及對他國導彈發射活動進行監測預警。

2.印度成立軍事航天統管專研部門

2019年4月，印度政府安全委員會批準成立國防航天局，負責管理、指揮和控制軍用航天裝備（包括反衛能力），同時還肩負制定印度太空戰略、維護太空利益和應對太空威脅等職能。國防航天局總部設在班加羅爾，由來自陸、海、空三軍約200人組成，負責人為空軍少將級官員。國防航天局將逐步接管三軍的太空資產，以及國防圖像處理與分析中心和國防衛星控制中心等，實現印度軍用航天裝備的集中統一管理。6月，印度政府安全委員會批準成立國防航天研究組織，負責研發太空作戰武器系統和相關技術，發展與國防應用相關的太空能力，為國防航天局提供技術支撐。該機構設在班加羅爾，2019年底投入運行，研究軍事航天相關的科技問題，包括太空態勢感知、太空情報監視偵察，以及尖端的攻防武器系統和技術，如定向能武器、電子戰武器、殺手衛星等。該機構的成立標志著印度軍用和民用航天項目研發實現分立，軍用航天裝備和技術項目將步入專管專研之路。

建設太空態勢感知控制中心。8月，印度正式在班加羅爾啟動建設太空態勢感知控制中心，用于監視和保護高價值的太空資產免受太空碎片逼近與碰撞。印度當前的太空態勢感知裝備規模較小、且性能較弱，目前具備的避撞、抵近分析以及太空碎片建模等能力主要依賴于美國北美空天防御司令部提供的衛星軌道參數。新建的太空態勢感知控制中心將整合印度觀測設施跟蹤到的失效衛星數據，通過分析生成有用信息，用于保護印度太空資產免受失效衛星、軌道物體碎片、近地小行星和不利太空天氣條件的影響。

3.法國加強軍事航天力量建設

2019年，法國發布太空防御戰略，并成立太空司令部，積極推進軍事航天力量建設。一是發布太空防御戰略。7月26日，法國發布《2030年太空防御戰略》，提出為確保戰略自主權，法國已將發展太空力量視為國防優先事項。該戰略提出兩大目標：保護本國衛星，識別不友好或敵對行為，對其進行分析；捍衛包括軍事、商業、盟國和歐盟衛星在內的太空利益。主要措施包括：加強太空防御理論研究，組建空天軍，加強軍民航天協調，優先發展太空態勢感知能力，維持天基信息支援能力，發展彈道導彈防御能力，加強航天知識培訓等。二是成立太空司令部。2019年9月3日，法國國防部長佛羅倫薩·帕利簽署法令，在空軍內部成立太空司令部，總部設在圖盧茲，人員編制為220人，將從聯合太空司令部 、太空作戰軍事監視中心、軍事衛星觀測中心等機構抽調人員。

4.加拿大發布新版航天戰略

3月6日，加拿大發布《探索、想象和創新：加拿大新航天戰略》，主要內容包括：一是通過加入月球“門廊”項目保持領先地位。加拿大將參與美國領導的月球“門廊”項目，目標是成為全球下一階段載人航天活動的主要領導國家之一。該項目將為加拿大航天員首次訪問月球鋪平道路，并將成為加拿大航天戰略的重要支柱。加拿大將建造具有人工智能能力的下一代深空機器人系統；創造科學機遇和全球合作伙伴關系；保證加拿大未來的航天員項目。二是激勵下一代人探索太空。穩定的高素質人才隊伍對于創建和發展領先公司以維持加拿大在全球航天市場中的地位也至關重要。加拿大航天局將尋求更多機會讓學生參與太空項目；舉辦全國性比賽招募“初級航天員”；組織航天員和其他航天功勛人士訪問全國學校。三是利用太空解決日常難題。太空支撐著從國家安全到連接農村和偏遠社區等各種活動。加拿大將利用太空連接各地的加拿大人；鞏固安全和主權；改善遠程醫療和衛生保健；加強對有營養價值的糧食作物的培育；支持未來安全通信。四是利用商業航天促進經濟增長并創造就業崗位。為了使本國工業受益于全球快速增長的航天經濟，加拿大將尋求監管改革，建立現代監管框架；建立市場準入機制，促進航天企業的誕生和發展；維持可以滿足未來太空需求的國內工業基礎；鞏固和擴大國際合作伙伴關系；與業界合作，在加拿大投資和創造就業機會。五是確保在獲取和使用天基數據方面的領先地位。從太空資產中收集的數據使加拿大政府能夠做出有理有據的決策，保護人民安全，監測和保護環境，支持眾多相關經濟部門，并使加拿大成為全球安全和國防網絡的重要合作伙伴。這些數據不僅對于將其轉化為創新應用的企業至關重要，而且是加拿大尖端科學的基礎。加拿大將收集氣候變化數據；重視發展對地觀測能力；支持數據分析；推動對地球及其他太空區域的空間科學研究。

二、進入空間

1.俄羅斯加快重型運載火箭發展

2019年1月3日，俄羅斯航天國家集團公司總經理羅戈津簽署“葉尼塞”重型運載火箭研制日程計劃表，計劃2028年實現該火箭首飛。1月26日，羅戈津在能源火箭航天公司公布了重型火箭的設計方案。此外，俄羅斯還考慮研發后繼型“頓河”重型火箭，用于幫助俄羅斯建立月球基地。

根據俄羅斯相關規劃文件，“葉尼塞”重型火箭基本型的近地軌道運載能力至少為80t，極月軌道運輸能力至少為20t；升級型號分別將逐步增加到140t和27t；其主要任務是將俄下一代聯邦號載人飛船（20t）送入月球軌道進行月球表面探索，也可為美國大橢圓軌道的“月球軌道平臺-門廊”提供運輸服務；2028年首飛后，每年發射兩次（同一發射臺）。后繼型“頓河”火箭將在“葉尼塞”的基礎上，再增加一級氫氧發動機火箭，使其近地運載能力達到130t，可用于發射俄羅斯的月球基地模塊。“頓河”的首飛時間將在2023年之后。

2.德國研發下一代火箭回收技術

德國航空航天中心正在研發下一代火箭回收技術。該技術將實現在空中對火箭助推器進行回收，其過程為：一種帶翼的一級助推器在高空與火箭主體分離，在降落過程中被飛機捕獲并拖回地面。德國航空航天中心計劃使用無人機借助“空氣動力學控制的捕獲裝置”，在距離火箭一級助推器上方2～8km位置與其對接。與獵鷹九號火箭相比，該回收方式具有3種優勢：一是無需預留火箭返回推進劑，大幅提升運載能力。美國太空探索技術公司（SpaceX）在回收獵鷹九號火箭一級助推器時，需要預留推進劑，用于獵鷹九號火箭返回地球時減速著陸。德國航空航天中心研發的下一代火箭回收技術無需為返回預留推進劑，使火箭運載能力大幅提升。二是可降低整個火箭推進系統重量，為火箭提供額外的性能優勢，如更強的機動性與靈活性。三是可以規避發動機輸出功率控制、著陸緩沖等技術難題。

三、利用空間

1.美國SpaceX公司啟動太空互聯網星座大規模部署

2019年5月，SpaceX公司利用獵鷹九號火箭將首批60顆“星鏈”太空互聯網衛星送入軌道，標志著史上最大規模衛星星座的組建正式啟動。11月11日，SpaceX公司再次利用獵鷹九號火箭將第二批次60顆“星鏈”衛星送入軌道。太空互聯網星座一旦建成，不僅可能改變未來互聯網的接入方式，而且將具有極強軍事應用潛力。

“星鏈”計劃的目標是利用大量低軌運行的高通量衛星，組成星座為全球提供太空互聯網服務。“星鏈”星座將由11927顆衛星組成，分布于三個軌道面：首先在高度為550km的軌道部署1584顆Ka和Ku頻段衛星，隨后在1150km軌道部署2825顆Ka和Ku頻段衛星，在340km軌道部署7518顆V頻段衛星。按照計劃，“星鏈”星座在軌衛星將于2020年達到720顆，形成初步服務能力；整個星座預計2027年完成建設。“星鏈”星座的研制和部署費用預計需要100億美元，后期維護和升級費用預計需要300億美元。

“星鏈”星座具有全覆蓋、大帶寬、低延遲、自主防碰撞、自動離軌減少太空碎片的優點，將對美未來太空能力建設產生重要影響：一是可能變革互聯網的接入方式。“星鏈”星座將使全球任何地點都能不受限制地接入互聯網，特別是目前無條件上網或無法正常上網的30億人口，真正實現“全球互聯”的地球村概念，遠程醫療、遠程教育、視頻會議、在線游戲等遠程在線服務將更加普遍。二是軍事應用潛力巨大。可為美軍提供高速衛星通信服務。美空軍2019年向SpaceX公司資助2800萬美元，專門研究“星鏈”計劃為軍用飛機提供通信服務；目前已在部分飛機上安裝天線，以驗證與“星鏈”星座的互聯。

2.美國防部太空發展局發展“下一代太空架構”

2019年7月1日，美國防部太空發展局發布文件，闡述下一代太空架構，將包括7層小型通信衛星網絡：一是空間傳輸層，提供全天時的數據和通信的全球網絡；二是跟蹤層，提供導彈威脅跟蹤、定位和預警；三是監管層，提供所有已識別的關鍵時敏目標的全天候監管；四是威懾層，提供空間態勢感知，探測和跟蹤太空中的物體，幫助衛星避免碰撞；五是導航層，在GPS服務受限或不可用情況下，提供可替代的定位、導航與授時服務；六是戰斗管理層，包括人工智能增強的指揮、控制和通信網絡，提供任務優化、星載處理和傳播能力；七是支撐層，地面指揮控制設施、用戶終端，以及快速響應發射服務。

3.歐洲“伽利略”衛星導航系統服務中斷

2019年7月11日起，歐洲“伽利略”衛星導航系統經歷了從服務降級到服務全面中斷，再到服務恢復的過程。這是迄今為止，全球衛星導航領域發生的最重大的事件之一，引發各界密切關注，將對全球衛星導航領域未來發展產生重要影響。7月11日9時起，“伽利略”系統全部衛星的導航服務出現降級，信號無法滿足服務定義文件中的最低性能標準；7月12日9時開始系統停止服務、信號不可用。其間，歐洲全球導航衛星系統服務中心星座狀態頁面顯示，22顆“伽利略”衛星為無法使用，原因是服務中斷。

此次故障原因，普遍分析是地面運行控制系統出現問題。此次事故表現為整個系統服務出現問題，根源應該不是分散部署的衛星，大概率是由地面系統誘發，具體是軟件還是硬件故障尚難明確。有消息稱是意大利的“精確授時設施”出現問題，該設施是配備若干銫原子鐘和一個氫原子鐘的地面站，負責生成“伽利略”系統時間，上傳到衛星后幫助用戶進行定位。類似環節的軟硬件故障，必然會造成全局性影響。“伽利略”系統此次故障與服務的全面中斷將對其用戶信心產生重要影響，對“伽利略”系統在全球衛星導航應用市場發展極為不利，輕則造成市場拓展難度增加，重則可能全面影響其生存和發展。在網絡安全威脅日益增長態勢下，衛星導航地面運行控制系統的網絡安全，正在成為衛星導航系統能否安全、持續、穩定運行的重要因素。因此，必須高度重視衛星導航地面運行控制系統網絡安全能力的研發與建設。

四、深空探測

1.NASA發布《月球探索戰略計劃》

5月23日，美國國家航空航天局（NASA）發布《飛向月球：NASA月球探索戰略計劃》。該文件詳細闡述了NASA最新的“阿爾忒彌斯”載人登月計劃，計劃2024年將首位女航天員送上月球，在2028年建立月球永久基地、在月球周圍開展持續性載人探索，為火星任務做準備。NASA將“使用一切必要手段”，以確保重返月球任務成功。

該計劃將分兩階段實施：第一階段，2024年載人登陸月球南極。執行三次由NASA主導的飛行任務：①阿爾忒彌斯1。2020-2021年用“航天發射系統”重型火箭發射“獵戶座”載人飛船，完成箭船集成的無人飛行探測任務。②阿爾忒彌斯2。2022年執行“獵戶座”飛船載人繞月飛行測試任務。③阿爾忒彌斯3。2024年執行載人登陸月球表面任務。

建設極簡版“門廊”。由NASA 負責，工業界和國際伙伴參與，2024年完成極簡版“門廊”建設。2024年航天員到達“門廊”后，利用商業火箭發射的載人月球著陸系統的轉移級，將航天員從“門廊”送到近月軌道，系統的下降級將攜帶航天員著陸月面；完成任務后，上升級將攜帶航天員返回“門廊”。

開發商業月球著陸器。根據NASA“商業月球有效載荷服務”計劃，開發無人商業月球著陸器，為NASA提供有效載荷運輸服務，發射著陸于月球極區和非極區的著陸器與巡視器，開展月球原位資源初步利用研究，增強月球科學探索能力；為NASA開發包括轉移級、下降級和上升級在內的載人月球著陸系統，用于2024年載人登月。

第二階段：對月球及火星進行可持續的載人探索。2025-2027年每年執行1次、2028年執行兩次載人登月任務，在月球表面部署基礎設施，實現在月表長期探索。

2.日本規劃首版《空間科學技術發展路線圖》

5月7日，日本內閣府宇宙政策委員會就首版《空間科學技術發展路線圖》組織研討，規劃確保空間科學探索可持續發展所需的技術發展路線：①太陽系科學探測：重點開展月球和火星著陸探測；逐漸向木星、土星等更遠天體探測拓展；通過小型探測器編隊飛行開展太陽物理學探測。②空間運輸系統：重點開發以發射小型空間探測器為主的“艾普斯龍”系列運載火箭；開發低成本、可重復使用運載器，以實現高頻次的地球軌道和太陽系行星間運輸；開發微衛星所需推進系統、電力、通信和熱設計等技術。③天體物理學探測：以宇宙起源演化、太陽系行星形成過程及生命探索為目標，重點突破高性能空間冷卻器技術、輕質光學系統技術、編隊飛行技術和干涉儀技術等。

3.日本隼鳥二號探測器成功實施小行星探測

2019年4月5日，日本隼鳥二號探測器發射“小型便攜式撞擊裝置”（SCI），對“龍宮”小行星表面進行爆破沖擊，以獲取小行星內部巖石樣品。這是SCI的首次太空試驗，不僅驗證了該裝置的有效性，而且初步展示了其作為空間對抗武器的潛力。隼鳥二號探測器于2014年發射，經過長期自主導航，2018年6月進入“龍宮”小行星軌道，實現與小行星的交會，完成一系列探測任務，將于2020年底返回地球。主要探測任務包括：小行星表面探測，發射金屬彈子撞擊小行星采集表面塵埃，釋放SCI爆破撞擊小行星采集地下巖石樣品等。

4.印度首次嘗試月球軟著陸失敗

2019年9月7日，印度月船二號探測器的“維克拉姆”著陸器按計劃下降到距月球表面2.1km高度時與地面失聯。印度首次進行月面軟著陸的嘗試以失敗告終。

月船二號任務是印度深空探測領域有史以來最復雜的探測任務。月船二號由軌道器、著陸器和巡視器組成，計劃一次性執行“繞、落、巡”等多項探測任務，探索人類從未探索過的月球南極地區。該任務的工程目標是驗證月面軟著陸能力及相關技術；科學目標是通過月面地形研究和礦物學分析、月球大氣組成分析等，加深對月球起源和演化的了解。

月船二號探測器于7月22日由“地球同步軌道衛星運載火箭”（GSLV Mk-Ⅲ）成功發射升空；9月2日著陸器與軌道器成功分離；9月7日著陸器進入動力下降階段，下降之初一切正常，但在離月面2.1km時與地面控制中心的通信中斷，失去聯系。根據實時接收數據與任務設計軌道的對比曲線，著陸器在通信失聯時同預定著陸點存在約1km的水平偏離。