2021年全球深空探測領域發展綜述

王帥（北京空間科技信息研究所）

2021年，深空探測領域在疫情影響下依舊迸發出強大活力，中美阿三國火星探測器成功抵達火星，全球發射3次深空探測任務，“帕克太陽探測器”（PSP）等在軌任務實現新的探索里程碑，同時多個政府和商業探測任務蓄勢待發。各國政府繼續推動以月球和火星為重點的太陽系探測，地月空間經濟圈吸引越來越多商業力量進駐，與此同時美軍開始加速布局地月空間活動能力，深空探測領域正迎來參與者爆發、從探索邁向應用的轉型發展期。此外，美國將深空領域視為推動新太空國際規則的重要著力點，推動國際聯盟與秩序的建立。

1 整體情況概述

中美阿探測器成功抵達火星，實現多項成就

2021年2月，中國天問一號、美國“火星2020”（Mars 2020）以及阿聯酋“希望”（Hope）探測器成功抵達火星。之后，“火星2020”攜帶的毅力號（Perseverance）火星車在火星表面著陸，其攜帶的機智號（Ingenuity）火星直升機試飛成功，實現人類首次在地球以外的星體上成功放飛旋翼飛行器。“希望”探測器成功進入火星軌道，標志著阿拉伯世界登上深空探測舞臺。中國天問一號實現火星“繞、著、巡”探測，成為美國著陸器之外唯一成功著陸火星的探測器，在火星上留下中國印記。

毅力號火星車與機智號火星直升機（來源：NASA）

美國多次發射新型探測任務，增進領先優勢

美國國家航空航天局（NASA）發射“露西”（Lucy）小行星探測器，將首次探測木星軌道上的“特洛伊”小行星；發射“雙小行星重定向測試”（DART）任務，首次試驗用于改變小行星運行軌道的動能撞擊技術，為防止小行星撞擊地球奠定技術基礎；發射迄今為止尺寸最大、功能最強的空間望遠鏡——“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”（JWST），補充和擴展“哈勃空間望遠鏡”（HST）的發現，以更長的波長覆蓋范圍和更高的靈敏度探索宇宙。新的小行星探測與科學觀測任務，不僅將為人類揭示宇宙起源與演化等基本問題提供新的信息，還將推動多項新型航天技術的發展，進一步鞏固美國在深空探測領域的領先優勢。

多類任務穩步推進探索進程，取得新的突破

美國“帕克太陽探測器”在第八次飛越太陽期間，成功穿過太陽大氣的最外層——日冕，并采集了粒子和磁場數據，成為首個“接觸”太陽的航天器。毅力號火星車成功利用火星稀薄大氣制氧，為載人火星探測鋪平道路。“歐西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星采樣返回探測器完成采樣和探測，告別貝努小行星，開始返回地球的旅程。歐洲和日本合作的“貝皮·科倫坡”（Bepi Colombo）水星探測器首次近距離飛越水星，并拍攝了水星圖像。

“雙小行星重定向測試”（來源：NASA）

“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”（來源：NASA）

“帕克太陽探測器”（來源：NASA）

多次任務進入最終準備階段，即將開啟征程

受疫情、經濟、技術等因素影響，原定于2021年發射的多次深空探測任務推遲至2022年后發射，包括美國的阿爾忒彌斯-1（Artemis-1）任務，俄羅斯的月球-25（Luna-25）任務，印度的月船-3（Chandrayaan-3）任務，NASA“商業月球有效載荷服務”（CLPS）計劃的前兩次任務—宇宙機器人公司（Astrobotic）的“游隼”（Peregrine）著陸器任務和直覺機器公司（Intuitive Machines）的新星—C（Nova-C）月球著陸器任務，以及NASA“地月空間自主定位系統技術操作與導航試驗”（CAPSTONE）立方星任務等。上述任務以及原本計劃2022年發射的歐俄聯合“火星生物學”項目第二次任務、日本“小型月球探測著陸器”（SLIM）、NASA“賽琪”（Psyche）金屬小行星探測任務等，均已進入最終準備階段，即將開啟新的征程。

2 發展態勢分析

以月球火星為重點推動太陽系探測

在美國重返月球計劃和載人火星探測終極目標的牽引下，全球探索活動繼續聚焦月球和火星兩大目標。月球探測方面，NASA的“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃正推動載人與無人相結合的探測方式；俄羅斯推進“月球”系列探測任務的發展；日本和印度正發展月球軟著陸任務—“小型月球探測著陸器”和月船-3；韓國推進首次月球任務—“韓國探路者月球軌道器”（KPLO）的研制工作；土耳其則宣布計劃開展月球探測任務。火星探測方面，美歐聯合開展的火星采樣返回計劃已經進入實施階段，NASA已經授出“火星上升推進系統”（MAPS）的研制合同；歐俄合作的“火星生物學”項目第二次任務、印度曼加里安-2（Mangalyaan-2）任務等也將陸續起航；NASA和加拿大、日本、意大利簽署有關合作開展“火星冰測繪儀”（MAP）任務的意向書，該任務將作為火星載人探測任務的先驅，尋找火星表面的冰層。

此外，美歐等國還在推進小行星、巨行星以及太陽等目標的探測任務，持續拓展人類的探索疆域。阿聯酋也提出了2028年左右發射小行星帶探測任務。金星探測在沉寂多年之后，再次受到世界關注，NASA和歐洲航天局（ESA）相繼選定新的金星探測任務，包括NASA的發現級任務“達芬奇+”（DAVINCI+）和“真相”（VERITAS）以及ESA的“宇宙愿景”計劃中型任務“預見”（EnVision），三項任務計劃在2030年左右發射，共同為科學界提供新的金星探測數據。

商業力量廣泛進駐深空探測領域

美國在推動“阿爾忒彌斯”計劃時，正將擁有能力轉變為采購服務，牽頭創造一個可持續的月球市場環境，全方位推進月球探測的商業化。在CLPS計劃下，NASA通過購買商業公司開發的著陸器將有效載荷交付至月球表面。截至2021年12月底，NASA已經向美國宇宙機器人、直覺機器、螢火蟲航天（Firefly Aerospace）、馬斯滕空間系統（Masten Space Systems）等4家公司授出了7項任務訂單。日本ispace公司已融資約2億美元，計劃于2022年發射的首次任務的所有有效載荷已經就緒，包括日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）開發的小型“可變形月球機器人”，阿聯酋穆罕穆德·本·拉希德航天中心開發的月球車等。以色列的太空以色列公司（SpaceIL）也正推進創世紀-2（Beresheet-2）任務，將再次挑戰月球軟著陸。

隨著月球探測任務的增多，美歐已經開始推動商業力量建立月球通信與導航網絡，服務于未來的載人與無人探測任務，降低任務實施門檻以及任務成本。NASA正在“阿爾忒彌斯”計劃下推動“月球網”（LunaNet）的建立，該網絡預計將為月球及其周圍的航天器提供中繼通信與導航信息服務。NASA的CAPSTONE立方星任務將驗證“門戶”（Gateway）地月空間站的運行軌道，同時測試導航系統。ESA正與商業伙伴合作推動“月光”（Moonlight）計劃，將建立商業月球通信和導航服務系統，首次任務“月球探路者”計劃于2023年發射。此外，美國空間飛行公司（Spaceflight）也計劃驗證月球飛行共乘服務，為未來月球任務提供共乘機會。

美軍開始加速布局地月空間活動能力

在民商月球探測快速推進的同時，美國防部提出地月空間與國家利益綁定，需要實施地月空間軍事活動以保護國家利益，進而開始推動地月空間相關活動的發展。美軍正融入國家“重返月球”戰略，與民商協同發展地月空間技術，積極推動發展“地月空間高速公路巡邏系統”（CHPS）和“敏捷地月空間飛行火箭驗證”（DRACO）項目，增強地月空間態勢感知和機動能力。

在DRACO計劃下，美國國防高級研究計劃局（DARPA）授予美國通用原子公司（GA）以及洛馬公司（LM）和藍源公司（Blue Origin）合同，用于設計太空推進用小型核反應堆，并開展航天器概念設計。DARPA還宣布一項名為“新型軌道和月球制造、材料和高效率設計”的新項目，期望在月球上制造大型結構，可能用于偵察、感知和資源開采等應用。美空軍研究實驗室發布《地月空間基礎》報告，為參與開發計劃、能力、專業知識和作戰概念的軍事航天專業人員普及“地月空間”基礎知識。空軍研究實驗室召開地月空間利益相關者會議，與政府航天機構共同協調圍繞地月空間能力的活動。

美國牽頭推動深空領域新聯盟與新規則

在百年之未有大變局下，美國認為新的、由其主導的太空國際規則具有重要戰略價值，將國際規則博弈提升到了很高的戰略位置，在新版《國家航天政策》首條原則中強調“負責任的太空行為”，在目標中新增“鼓勵和維護各國負責任和平利用太空的權利”，明確提出“將價值觀輸出到所有太空目的地”。深空探測作為航天前沿領域，原有國際規則對其中的多項活動缺乏具體的要求與監管，同時該領域由美國全面主導，其話語權最強，因此美國將深空探測領域視為推動新太空國際規則的重要著力點。

近年來，美國積極推動深空探測領域的國際聯盟與規則制定，意欲推動“適用于解決21世紀太空安全和商業活動的基礎太空條約”。合作方面，美國正通過“阿爾忒彌斯”計劃廣納國際合作伙伴參與。2021年，韓國、新西蘭、巴西等國家簽署了《阿爾忒彌斯協定》，進一步擴大了新太空聯盟；同時加強與歐洲航天局在科學探測領域的合作，推動火星采樣返回計劃并謀劃在21世紀30年代期間協同開展金星探測任務。規則方面，美國正引領國際空間資源法的制定，日本也于2021年跟隨美國制定空間資源法；同時美國還正引導新的行星保護規則并推動全球行星防御活動，為其制定空間行為法則奠定基礎。

3 小結

2021年，深空探測繼續彰顯出強大的活力與影響力，多國多類型的探測器取得重大進展，商業和軍事力量開始進駐地月空間，推動地月空間從傳統的科研與探索區向經濟與軍事區發展。需要注意的是，在新興的地月空間發展熱潮中，美國正推動聯盟發展、規則博弈與資源搶占，引導國際合作伙伴認同其價值觀，保障美國在太空領域的國家利益。