2022 年國外載人航天發展綜述

宋國梁（北京空間科技信息研究所）

2022 年，國外載人航天領域共開展14 次發射任務，其中包括7 次載人飛船發射任務、7 次貨運飛船發射任務。美國“載人龍”（Crew Dragon）飛船開展3 次載人任務，“貨運龍”（Cargo Dragon）飛船開展2次貨運任務，“天鵝座”（Cygnus）飛船開展2 次貨運任務，“星際客船”（Starliner）開展1 次無人軌道飛行任務，“獵戶座”（Orion）飛船開展1 次無人繞月飛行任務；俄羅斯聯盟 MS（Soyuz MS）飛船執行2 次載人任務，進步 MS（Progress MS）飛船執行3 次貨運任務。另外，“新謝潑德”（New Shepard）系統在2022 年執行亞軌道飛行任務4 次，失敗一次。

2022 年，載人航天繼續快速發展。美國“星際客船”第二次無人軌道飛行試驗成功，“追夢者”（Dream Chaser）太空飛機完成組裝，即將迎來首飛，美國載人和貨物運輸能力有望進一步提升；美國正式授權“國際空間站”（ISS）延壽至2030 年，對空間站后續退役離軌做出規劃；開展“國際空間站”首次私人航天員任務，持續推動近地軌道商業化進程；“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃取得突破性進展，美國邁出重返月球第一步。俄羅斯宣布退出“國際空間站”項目，圍繞“國際空間站”的后續合作存在不確定性；新一代載人飛船和重型運載火箭研發進度滯后，2030 年前后完成載人登月存在風險。此外，聯盟 MS 載人飛船、“天鵝座”貨運飛船和“新謝潑德”系統等成熟或表現優異的運輸系統出現異常故障，再次凸顯載人航天事業的高風險屬性，以及安全性和可靠性在載人航天領域的重要地位。

1 近地軌道載人航天活動

多型載人與貨運飛船持續發展，近地軌道運輸能力不斷增強

2022 年5 月20 日，波音公司（Boeing）研制的“星際客船”搭乘宇宙神-5 運載火箭從卡納維拉爾角空軍基地第41發射臺成功發射并進入預定軌道。本次任務是“星際客船”第二次無人飛行試驗，是在2019 年底首飛異常、經過兩年半的整改后實施的首次任務。“星際客船”第二次無人飛行試驗任務持續6 天，旨在通過全流程飛行，獲取火箭、飛船和地面系統以及在軌、對接和著陸操作等環節的性能參數，支持美國國家航空航天局（NASA）對波音公司載人航天運輸系統的認證。

根據計劃，“星際客船”將于2023 年投入正式服務，每次正式任務可搭載攜帶4 ～5 名航天員，除4 名NASA 資助的航天員外，還可包括1 名太空游客。NASA 估算，刨除研發費用后，“星際客船”每個座位的平均估價為9000 萬美元。美國商業乘員計劃目前支持了“載人龍”飛船和“星際客船”兩型飛船。“載人龍”飛船已開始提供正式服務，隨著“星際客船”開展第二次無人飛行試驗，美國不久后將有兩型載人飛船提供“國際空間站”乘員運輸服務。“星際客船”相比上一代載人飛船，采用了大量創新技術和創新設計思路，實現了更加強大的功能和能力，美國載人航天運輸能力有望進一步提升。

“星際客船”（來源：NASA）

此外， 由內華達山脈航天公司（Sierra Nevada）負責研制的“追夢者”太空飛機在其科羅拉多州總部組裝完成，首艘“追夢者”太空飛機命名為“韌堅”（Tenacity），后續將運往NASA 阿姆斯特朗飛行研究中心進行為期數月的熱真空試驗，然后運至肯尼迪航天中心進行與“火神”（Vulcan Centaur）運載火箭的對接組裝，開展相應的系統測試。內華達山脈公司計劃于2023 年將“追夢者”太空飛機發射至“國際空間站”，執行約82 天無人軌道飛行任務。“追夢者”太空飛機設計搭載5t 加壓和500kg 非加壓有效載荷，同時可下行1750kg 貨物。若本次任務成功，內華達山脈公司將正式執行NASA授予的第二輪“商業補給服務”（CRS-2）合同，“追夢者”太空飛機將與美國太空探索技術公司（SpaceX）“貨運龍”飛船、諾格公司（NG）“天鵝座”飛船共同開展業務化貨物運輸服務，同時成為繼“貨運龍”飛船后第二型可重復使用的貨運系統。

“國際空間站”正式授權延壽，空間技術與應用模式不斷創新

2022 年1 月11 日，拜登政府承諾將“國際空間站”延壽至2030 年，將使美國能夠在未來10 年持續利用空間站獲得益處。NASA 隨后發布報告詳細說明了未來10 年的空間站運營目標，實現向商業服務的平穩過度。2022 年8 月9 日，拜登簽署一項總金額為2800 億美元的《2022 芯片與科學法案》（CHIPS and Science Act of 2022），其中包括了新版NASA 授權法案，同意將“國際空間站”的運行時間從2024 年延長至2030 年。除俄羅斯外的其他“國際空間站”參與國均表達了支持。

2022 年7 月26 日， 俄 羅 斯 航 天 國 家 集 團（ROSKOSMOS）新任總經理尤里·鮑里索夫在向總統普京匯報時宣布，俄羅斯將在2024 年后退出“國際空間站”項目。2022 年7 月28 日，俄羅斯航天國家集團高級官員通知NASA，在本國獨立空間站開始運行前，將繼續執行“國際空間站”任務。根據最新計劃，俄羅斯軌道服務站首次載人任務將在2028 年實施。近年來，俄羅斯多次考慮退出“國際空間站”，以此作為籌碼威脅美國。俄烏沖突以來，“國際空間站”成為美俄角力的重要平臺，為應對西方制裁，俄羅斯航天國家集團前總經理羅戈津曾于2022 年4 月發出警告，稱若西方不取消對俄制裁，將退出“國際空間站”。

國外均已著眼后“國際空間站”時代，開展提前研究和布局。除了俄羅斯提出軌道服務站（ROSS）外，NASA 也借鑒商業貨運和商業載人服務的經驗，支持商業空間站開發，提出了商業低地球軌道開發（CLD）計劃，第一階段至2025 年，支持多家公司開展商業空間站的初步設計，第二階段預計于2026 年啟動，包括對商業空間站認證，以及通過采購服務的方式利用商業空間站資源。即使俄羅斯2024 年退出“國際空間站”，美國也主要受到短期影響，打亂近地軌道載人航天活動計劃，但長期影響有限。

近地軌道商業載人活動將持續發展，應用模式實現創新

2022 年4 月8 日，美國公理太空公司（Axiom Space）在佛羅里達州肯尼迪航天中心39A 發射臺利用獵鷹-9（Falcon-9）運載火箭成功發射“載人龍”飛船（Crew Dragon），執行首次“國際空間站”私人航天員任務，此次參加任務的4 名航天員只有一人是前NASA 航天員，其余3 人都是企業家、投資者、慈善家等身份。

Ax-1 任務是首次由美國載人飛船執行全私人航天員的“國際空間站”任務，此前該類型任務都至少有一名政府正式航天員參與。本次任務作為首次私人航天員任務，與之前的太空旅游任務主要存在三方面區別：一是參與本次“國際空間站”任務的航天員均為私人航天員而非政府在職航天員；二是本次私人航天員將開展時長為750～1000h 的培訓，長于太空游客接受訓練的時間；三是本次任務私人航天員將在“國際空間站”的考察時間內完成超過25 個不同實驗，包括100h 用于研究，與太空旅游任務在軌期間主要活動存在區別。

NASA 于2019 年發布了《低地球軌道商業開發計劃》，每年允許兩次“國際空間站”私人航天員任務，每次任務在空間站停留不超過30 天。這些任務必須使用經NASA 認證的美國載人飛船，如SpaceX公司和波音公司根據NASA 商業乘員計劃（CCP）開發的“載人龍”飛船和“星際客船”。本次任務實現了NASA 在《低地球軌道商業開發計劃》中明確提出的發展私人航天員任務目標，驗證了商業公司擁有運輸私人航天員前往低軌空間站的能力，同時可以完成太空環境對人類的影響評估、飛行乘組測試等任務。在未來，私人航天員任務成為發展低地球軌道經濟計劃的一部分，而NASA 將成為低地球軌道上的眾多客戶之一，低地球軌道向商業化快速發展。

執行首次私人航天員任務的航天員乘組（來源：Axiom Space）

2 載人月球探測計劃

“阿爾忒彌斯”計劃首次飛行任務成功，邁出重返月球第一步

2022 年11 月16 日，NASA 利用“空間發射系統”（SLS）從肯尼迪航天中心第39B 發射臺將“獵戶座”飛船發射入軌，飛船在大幅值逆行軌道（DRO）繞月飛行半圈后，于2022 年12 月11 日返回地球，濺落在加利福尼亞州圣迭戈海岸。本次任務是美國“阿爾忒彌斯”計劃的首次試飛任務，本次任務規劃了三大主要任務目標，分別為：①驗證“獵戶座”飛船高速再入返回的熱防護能力；②驗證任務全流程的運行能力；③回收飛船并開展數據分析。此外，阿爾忒彌斯-1 任務還計劃完成盡可能多的額外目標，對各系統、全流程進行多方面驗證，進一步評估系統性能，降低未來載人任務的風險。

“阿爾忒彌斯”計劃目標宏大，具有重要的戰略意義。“阿爾忒彌斯”計劃是美國鞏固航天領先地位、維持國家影響力的重大項目。在工程目標方面，“阿爾忒彌斯”計劃從近地拓展到月球和火星，開展長期載人月球探測活動，未來十年規劃了超過30次政府和商業發射任務，逐步建設“門戶”（Gateway）地月空間站和月面基地，每次任務4 名航天員、總時長1 ～2 個月、月面駐留1 ～2 周、開展月球南極探測；相較“阿波羅”（APOLLO）計劃單次探測方式，每次任務3 名航天員、總時長2 周、月面著陸3 天、開展月球正面中低緯度探測，“阿爾忒彌斯”總體技術指標大幅提升，實現質的飛躍。在科學和技術目標方面，以全面認識和利用月球為重要目的，發展全月面到達能力，突破水冰資源開采、原位資源利用、再生燃料電池、核裂變能源、無線能源傳輸、低溫液體管理、月面建造等關鍵技術，實現未來長期地外生存。在標志性成就方面，提出了領先中俄實施本世紀首次載人登月，將世界首位女航天員和首位有色人種航天員送往月球等重要象征性目標。“阿爾忒彌斯”計劃已成為美國展示綜合國力、牽引科學發現、推動技術進步的標志性工程，對于其強化全球領導、鞏固在國際競爭中的有利地位、實現國家戰略目標具有重要意義。

“獵戶座”飛船拍攝的圖像（來源：NASA）

俄羅斯進一步明確載人登月技術路線，登月計劃進展緩慢

在載人登月領域，俄羅斯已經制定了2030 年登月計劃，目前正在推進載人月球探測系統研制。在登月火箭研制方面，由于經費和技術問題，俄羅斯進步火箭與航天公司已宣布暫停“葉尼塞”（Yenisei）火箭研制工作，正在重新設計新型重型運載火箭。新的設計方案繼續沿用液氧/煤油發動機設計，但為了增加載荷能力，增加了火箭級數與火箭發動機數量，改為二級火箭捆綁助推器模式。新設計將使近地軌道運載能力大幅提升，同時還可以提高月球探索的經濟性。在深空載人飛船研制方面，俄羅斯繼續推進“雄鷹”（Orel）載人飛船開發，以取代現役的聯盟-MS 載人飛船。截至目前，“雄鷹”載人飛船正處于制作模型、對半比例模型進行實驗測試階段，飛行測試工作計劃于2024 年開始。2022 年11 月，俄羅斯航天國家集團表示“雄鷹”載人飛船首次無人軌道試飛將從2023 年推遲到2025 年進行。

總體而言，俄羅斯載人航天領域的重點更多集中在俄羅斯軌道服務站開發上，加之俄羅斯的載人登月計劃尚不完整，東方航天發射場地面基礎設施尚不完善，登月計劃管理和資助資金尚不到位，俄羅斯月球探索計劃在未來面對巨大風險。

3 伴隨載人航天快速發展不斷出現的異常故障

聯盟 MS-22 飛船冷卻劑泄露，導致出艙活動取消

2022 年12 月15 日，對接在“國際空間站”上的俄羅斯聯盟 MS-22 載人飛船發生冷卻劑泄漏事件，導致正在進行的航天員出艙活動取消。12 月16日，俄羅斯航天國家集團確認外部溫度調節系統的散熱器冷卻回路是泄漏源，并表示聯盟 MS-22 飛船外殼受損可能是因為受到微流星體撞擊，導致飛船大量冷卻劑泄露。此次冷卻劑泄漏事件盡管沒有對空間站和航天員造成危害，但聯盟 MS-22 飛船可能無法按照計劃于2023 年3 月返回地球。冷卻劑泄漏可能會導致飛船返回艙溫度升高，這不僅會在飛船返回地球期間影響航天員的狀況，還會影響飛船的計算機系統。

如果俄羅斯航天國家集團和NASA 判斷該飛船不具備搭載航天員返航能力，則意味著“國際空間站”停靠的飛船不能將“國際空間站”中駐留的7 名航天員全部帶回地球。目前僅有一艘美國“載人龍”飛船對接“國際空間站”，雖然“載人龍”飛船在設計上可以搭載7 名航天員，但NASA 沒有批準過該型飛船執行7 人載人航天任務。這將導致3 名計劃搭乘聯盟 MS-22 飛船返回地球的航天員必須在“國際空間站”上等待，直到俄羅斯發射新一艘載人飛船將3名航天員接回地球。

美國藍源公司“新謝潑德”系統發射失敗

2022 年9 月12 日， 美國藍源公司（Blue Origin）利用“新謝潑德”系統實施亞軌道飛行遭遇失敗。此次發射中，太空艙緊急逃逸，最終實現安全著陸，而助推器墜毀。

“新謝潑德”系統在發射1min 后出現故障，也就是火箭達到最大動壓時，為助推器提供動力的BE-3 發動機底部噴出大片火焰，火箭姿態略微偏離垂直方向并發生擺動。發射1min5s 后，太空艙的發射逃生發動機啟動，使太空艙脫離助推器。太空艙到達了大約11.4km 最高高度，然后下降，先是打開3 個小型阻力傘來穩定太空艙并減緩下落速度，隨后3 個主降落傘順利打開。太空艙在發射后大約5.5min 在發射場附近安全著陸，火箭助推器撞擊地面后損毀。由于此次事故，“新謝潑德”系統將在一段時間內停飛。

美國天鵝座-CRS-18 貨運飛船太陽帆板展開異常

2022 年11 月7 日，美國諾格公司發射天鵝座-CRS-18 貨運飛船成功進入預定軌道，但飛船僅展開一個太陽帆板，另一個無法展開。諾格公司多次嘗試展開太陽帆板，但均未成功。最終NASA 和諾格公司決定繼續推進任務，優先確保貨運飛船對接，暫時放棄了展開帆板的進一步嘗試。同時，考慮到機械臂抓捕、飛船與空間站對接等操作均會產生振動，可能導致帆板在操作期間展開，引發額外風險，空間站項目組在機械臂捕獲前對飛船狀態進行了額外的安全性評估。

天鵝座-CRS-18 飛船于發射2 天后成功與空間站交會，在站上機械臂的操作下停泊至空間站。諾格公司于11 月9 日簡要說明事件可能原因，在火箭級間分離過程中，火箭聲學覆蓋層（Acoustic Blanket）碎片卡在了飛船太陽帆板機構中，導致其無法展開。NASA 和諾格公司未公布更多詳細信息和調查結果。

4 結束語

2022 年，世界載人航天取得了快速發展。近地軌道方面，各國高度重視保持近地軌道長期載人能力，美國利用“載人龍”“貨運龍”和“天鵝座”飛船完成常規載人和貨運任務，大力推進“星際客船”“追夢者”太空飛機等新型運輸系統發展，擴展私人航天員任務，持續推進“國際空間站”商業化。俄羅斯繼續利用聯盟 MS、進步 MS 飛船完成常規載人和貨運任務，并提前研究布局本國獨立空間站。載人月球探測方面，美國完成“阿爾忒彌斯”計劃首次無人繞月試飛任務，打通從地球到月球軌道的運輸能力，合作聯盟持續擴大，《阿爾忒彌斯協定》簽署國家達23 個。整體而言，主要航天國家均積極謀劃，推動載人航天活動可持續發展，并邁向更遠的深空。