2024 年國外重大航天活動展望

王瑞 陳允宗（北京航天長征科技信息研究所）

2023 年，全球共進行了223 次航天發射，相比于2022 年的186 次，增加了37 次（增長率約19.89%）。2024 年，全球航天發射熱潮還將持續，美國國家航空航天局(NASA)阿爾忒彌斯-2(Artemis-2)、波音CST-100星際客船首次載人試飛等重量級航天任務引人期待，“新格倫”(New Glenn)、阿里安-6(Ariane-6)等新型火箭首飛也將在世界航天發射市場上激起新的變化。

1 載人航天活動態勢活躍

美國啟動阿爾忒彌斯-2 載人任務

2024 年11 月，NASA 將利用空間發射系統-1（SLS-1）重型運載火箭和“獵戶座”（Orion）飛船搭載4 名航天員執行約10 天的阿爾忒彌斯-2 載人繞月飛行任務，測試飛船各系統在包括緊急和非標稱條件下的運行情況。執行阿爾忒彌斯-2 任務的航天員如圖1 所示。按照計劃，NASA 將在2025 年進行阿爾忒彌斯-3 載人登陸任務，這也是自“阿波羅”（Apollo）登月之后人類首次登月，登陸點為月球南極。NASA 計劃在2028 年9 月首次采用SLS Block-1B重型運載火箭執行阿爾忒彌斯-4 載人登月任務（第二次登月）。相較SLS-1 火箭，SLS Block-1B 重型運載將使用更大的探索上面級（EUS）。

圖1 執行阿爾忒彌斯-2 任務的航天員

SpaceX 將執行3 次載人發射任務

2024 年，太空探索技術公司（SpaceX）將執行3次載人任務。1月17日，將執行公理空間公司（Axiom Space）的公理任務-3（Ax-3），把4 名航天員送往“國際空間站”（ISS），任務為期13 天。本次任務也是有史以來第一次全部搭載歐洲航天員前往“國際空間站”，也是歐洲航天局（ESA）贊助的首次商業航天任務，其中，任務專家阿爾珀·格澤拉吾哲是土耳其首位航天員。2 月，SpaceX 將執行NASA 的載人-8（Crew-8）任務，將把4 名航天員送往“國際空間站”。10 月，SpaceX 將執行公理空間公司的公理任務-4 任務，任務為期14 天。

“星際飛船”首次載人飛行試驗

2024 年4 月，美國波音公司（Boeing）的“星際飛船”（Starliner）將進行首次載人飛行測試（Boe CFT），這也是該飛船進行的第三次軌道發射測試。本次發射將把2 名NASA 航天員送往“國際空間站”，任務為期7 天，將使用聯合發射聯盟公司（ULA）的宇宙神-5（Altas-5）火箭進行發射。此前，“星際飛船”曾在2019 年和 2022 年進行了兩次無人飛行測試?！靶请H飛船”示意圖如圖2 所示。

圖2 “星際飛船”示意圖

印度“天空飛船”無人首飛測試

2024 年第一季度，印度將進行“天空飛船”（Gaganyaan）亞軌道試驗。若首飛順利完成，第二季度將進行第二次飛行測試，屆時將搭載“太空朋友”（Vyommitra）模擬機器人（見圖3）。2023 年10月22 日，印度空間研究組織（ISRO）成功進行了“天空飛船”TV-D1 指令艙的測試飛行，乘員逃生系統按預期運行，載人逃生系統得以驗證。

圖3 “太空朋友”模擬機器人

2 多國執行探月任務

SpaceX 通過“星艦-載人登陸系統”進行無人登月演示

2024 年底，SpaceX 公司的“星艦-載人登陸系統”（Starship-HLS）月球著陸器將進行首次無人登月演示（見圖4）。該著陸器將用于執行阿爾忒彌斯-3 首次載人登月任務。2021 年4 月，SpaceX公司與NASA 簽訂“載人登陸系統”專屬合同，合同價值28.9 億美元。按照計劃，NASA 的SLS 火箭和“獵戶座”飛船將搭載4 名航天員進行為期多天的月球之旅。2 名航天員將搭乘“星艦-載人登陸系統”著陸器完成登月。在登月大約一周后，他們將再次登上該著陸器返回，與在“獵戶座”飛船上的2 名航天員會合后，共同返回地球?！靶桥?載人登陸系統”的設計源自星艦，經過修改可以用作月球著陸器。

圖4 “星艦-載人登陸系統”月球著陸器示意圖

美國發射新星-C 月球著陸器

2024 年上半年，美國直覺機器公司（Intuitive Machines）將使用獵鷹-9（Falcon-9）火箭發射3個新星-C（Nova-C）月球著陸器，用于向月球表面運送小型商業有效載荷。新星-C 月球著陸器高為3m，直徑為2m，凈質量為1900kg，運載能力為100kg，采用一臺名為VR900 的液氧/甲烷發動機。

“毒蛇”月球車將勘探月球南極

2024年11月，NASA將執行格里芬-1（Griffin-1）任務，使用獵鷹-重型（Falcon Heavy）火箭發射“揮發物調查極地探索月球車”（VIPER，又稱“毒蛇”）到月球南極附近的諾比爾隕石坑進行勘探。該月球車裝載在太空機器人技術公司（Astrobotic Technology）研制的格里芬-1 月球著陸器上?！岸旧摺痹虑蜍嚨拈L和寬都是1.53m，高為2.45m，凈質量為430kg，用于勘探月球資源，特別是水冰，將繪制其分布圖并測量其深度和純度。

3 深空探測任務的拓展

美國發射“歐羅巴快船”探測器

2024 年10 月，NASA 計劃發射“歐羅巴快船”（Europa Clipper）探測器（見圖5）,探測器高為6m，質量為2616kg，起飛質量為6065kg。探測器攜帶科學儀器和雷達，近距離飛越木衛二進行環繞探測，收集大氣、表面和內部的數據。由于木星強大的磁場影響，探測器若直接環繞飛行會非常危險，因此它將采取橢圓軌道飛行。該木星探測項目是NASA未來深空探測的重要項目之一。

圖5 “歐羅巴快船”探測器

印度發射首個金星軌道探測器

2024 年12 月，印度空間研究組織將發射印度首個金星軌道探測器——舒克拉雅-1（Shukrayaan-1），用于研究金星的大氣層和表面。該航天器將在2000km×600km 的橢圓軌道進行科學觀測，探測器配備高分辨率合成孔徑雷達（SAR）和探地雷達，能夠生成高分辨率圖像，并可以在極端天氣下晝夜收集數據。任務的主要目標是繪制金星表面和次表面圖像，同時研究金星大氣的化學成分，以及與太陽風的相互作用。

NASA 發射雙胞胎火星探測器

2024 年8 月6-15 日，NASA 將發射雙胞胎探測器，該任務名稱為“逃逸和等離子加速與動力學探索者”（ESCAPADE）。兩個探測器將沿橢圓軌道繞火星運行并對火星磁層進行研究，目的是了解火星磁層與太陽風的相互作用。每個探測器的凈質量約為200kg，基于火箭實驗室（Rocket Lab）的光子衛星平臺改造而成，尺寸約為60cm×70cm×90cm，由兩個480cm×70cm 的太陽翼提供動力。兩個探測器將于 2025 年9 月到達火星橢圓軌道，任務預計于2027 年3 月上旬結束。

ESA 發射“赫拉”小行星探測器

2024 年10 月，ESA 計劃發射“赫拉”（Hera）探測器，對“迪莫弗斯”（Dimorphos）和“迪蒂莫斯”（Didymos）雙小行星系統進行探測（見圖6）。2022 年9 月26 日，NASA 成功使用“雙小行星重定向測試”（DART）探測器對“迪莫弗斯”進行撞擊，使其偏離原運行軌道。“赫拉”探測器將近距離勘測“迪莫弗斯”受到撞擊后留下的巨大撞擊坑，還將對“迪蒂莫斯”的質量和構成進行研究，為地球面對隕石災害的行星防御能力提供更多驗證和技術支持?！昂绽碧綔y器將攜帶兩顆6U 立方體衛星——“朱文塔斯”（Juventas）和“米拉尼”（Milani）。“朱文塔斯”將對小行星進行低頻雷達探測，“米拉尼”將對目標天體成像，探索單個小行星巨石的礦物成分。

圖6 “赫拉”探測器和“朱文塔斯”“米拉尼”衛星

4 新型運載火箭相繼首飛

藍色起源公司發射“新格倫”火箭

2024 年，藍色起源公司（Blue Origin）的“新格倫”火箭將在卡納維拉爾角范登堡空軍基地首飛。該火箭于2012 年開始設計研制，為兩級可重復使用重型運載火箭，全箭高為98m，直徑為7m，低地球軌道（LEO）運載能力為45000kg。一子級由7 臺BE-4 液氧/ 甲烷發動機提供動力，可產生17000kN 的起飛推力。二子級由2 臺液氫/液氧BE-3U 發動機提供動力。

ULA 公司“火神”火箭首飛

2024 年1 月8 日，美國聯合發射聯盟公司（ULA）的“火神”（Vulcan）火箭將搭載太空機器人技術公司（Astrobotic Technology）的“游隼”（Peregrine）月球著陸器進行首飛，任務代號：驗證-1（Cert-1）。首飛原計劃于2023 年底進行，但由于“濕彩排”的推進劑貯箱測試未能全部完成，推遲到2024 年。“游隼”著陸器將在2 月23 日登陸月面的“粘性灣”區域（Sinus Viscositatis)，探測硬化熔巖流。

ESA 阿里安-6 火箭首飛

2024 年6 月，ESA 研制的阿里安-6 兩級液氫/液氧運載火箭將首飛?；鸺蛔蛹壊捎没鹕?2.1（Vulcain-2.1）發動機，二子級采用了新設計的“芬奇”（Vinci）可重啟發動機。阿里安-6 有兩個型號：阿里安-62 和阿里安-64。阿里安-62 配有2個P120 固體助推器，主要用于政府和科學任務；阿里安-64 配有4 個P120 固體助推器，主要針對商業市場。首飛任務將搭載11 個有效載荷（包括7 顆衛星和4 個試驗儀器）。

俄羅斯安加拉-A5M 首飛

2024 年第四季度，俄羅斯航天國家集團公司（ROSCOSMOS）的安加拉-A5M（Angara-A5M）將從俄羅斯東方發射場新建發射臺上首飛，它是安加拉-A5 火箭的改進型?；鸺弧⒍蛹壊捎酶倪M型RD-191M 發動機，與現有的RD-191 發動機相比，推力能夠增加 10%，可將27.1t 的有效載荷送入近地軌道。箭體結構使用復合材料制成，采用俄制新型飛行控制系統，通用火箭模塊（URM）還配備了備用氣動和液壓硬件，以提高推進劑供應系統的可靠性和安全性。

火箭實驗室發射“中子”中型運載火箭

2024 年，火箭實驗室研制的“中子”（Neutron）中型運載火箭將從美國弗吉尼亞州的中大西洋區域航天港首飛（見圖7）。該火箭基于“電子”（Electron）小型運載火箭研制，全箭高為43m，直徑為7m，起飛質量為480t，LEO 軌道運載能力為13t，一、二子級都采用“阿基米德”（Archimedes）液氧/甲烷發動機，推力更大，可用于執行巨型星座部署和探月、探火、金星探測任務。該火箭的亮點是擁有一個超長的整流罩，一子級與整流罩直接相連，二子級和有效載荷則被整流罩完全包裹在內。在級間分離后，整流罩和一子級可以整體回收。

圖7 “中子”火箭

美國發射拉文-X 空射系統

2024 年上半年，美國航天時代公司的拉文-X（Ravn-X）空射系統將首飛，執行美國天軍（USSF）的“敏捷小型發射操作標準化”（ASLON-45）任務。拉文 X 空射系統長為24m，高為5.5m，翼展為18m，起飛質量為24947kg。在專有軟件的驅動下，拉文-X 會自行飛到預定高度并發射火箭，并能自主著陸，該空射系統可重復使用率為70%。

韓國兩款新型號小型運載火箭首飛

2024 年，韓國兩款小型運載火箭將首飛。12月，韓國伊諾航天公司（Innospace）的韓光-Nano（Hanbit-Nano）兩級小型運載火箭將從巴西阿爾坎塔拉發射場首飛。韓光-Nano 運載火箭采用帶有電動泵推進系統的發動機，推進劑為液氧/石蠟，太陽同步軌道（SSO）運載能力為50kg，一子級推力為150kN，二子級推力為30kN。

此外，韓國近地點宇航公司(Perigee Aerospace)的可重復使用小型火箭——藍鯨-1（Blue Whale-1）將從澳大利亞艾爾半島的“捕鯨者之路”發射場進行飛行測試。藍鯨-1 火箭是在三星集團（SAMSUNG）的支持下進行研制開發的，采用液化天然氣/液氧發動機。

德國發射奧格斯堡-1 小型運載火箭

2024 年，德國奧格斯堡火箭工廠（RFA）的奧格斯堡-1（RFA-1）火箭將從蘇格蘭薩克斯沃德太空港首飛。RFA One 是三級運載火箭，高為30m，直徑為2m，LEO 軌道運載能力1600kg。一子級采用9 臺“螺旋線”（Helix）液氧/煤油發動機，每臺發動機推力為100kN，二子級采用單臺真空“螺旋線”液氧/煤油發動機，前兩級發動機的核心部件將采用3D 打印技術。三子級將作為軌道轉移飛行器，使用綠色推進劑。

英國發射天空曙光-XL 火箭

2024 年，英國天空曙光公司（Skyrora）的天空曙光-XL（Skyrora XL）火箭將首飛。天空曙光-XL 火箭是一款三級小型運載火箭，采用9 臺3D 打印的氧化氫/煤油發動機，燃料從廢塑料中提取，推力約為7t。全箭高為22.7m，直徑為2.2m，500km SSO 軌道運載能力為315kg。該火箭的一、二子級都可以通過傘降回收方式重復使用。

5 其他重要航天活動

美國“追夢者”航天飛機首次貨運任務

2024 年4 月30 日，美國“追夢者”(Dream Chaser)航天飛機計劃使用“火神/半人馬座”(Vulcan Centaur VC4L)火箭執行首次NASA“國際空間站”貨運任務（見圖8）?！白穳粽摺焙教祜w機是內華達山脈公司（SNC）研制的多用途、可重復使用升力式軌道飛行器，長為9m，高為2m，翼展為7m，起飛質量為9t，采用火箭頂推發射方式，水平滑行返回著陸。其貨運版采用折疊機翼，尾部兩側為兩組推力器噴口，未設置主發動機；載人版采用不可折疊機翼，尾部兩側為主發動機，尾部中心位置設有與“國際空間站”對接的艙門。

圖8 貨運版“追夢者”航天飛機

歐洲“尼克斯”可重復使用太空艙首次演示驗證

2024 年，歐洲勘探公司(Exploration Company)研制的“尼克斯”（Nyx）可重復使用太空艙將搭載阿里安-6 火箭發射，進行測試驗證，該太空艙預計將在2026 年正式投入使用。本次進行驗證的模擬艙直徑為60cm，質量約為40kg，公司希望通過這次任務收集熱保護裝置數據并對太空艙的形狀進行驗證。全尺寸“尼克斯”太空艙直徑為4m，質量為8000kg，使用綠色推進劑，可以將貨物（或人員）送到“國際空間站”，并返回地球。

土耳其發射首顆國產土耳其-6A 通信衛星

2024 年6 月，土耳其首顆通信衛星—土耳其-6A（Türksat-6A）將使用獵鷹-9 火箭發射。該衛星由土耳其科學技術研究所（TUBITAK）研制，將在東經42°、距地球35786km 的地球靜止軌道上提供服務。衛星還將服務東南亞地區，使土耳其成為世界上首批有能力生產通信衛星的11 個國家之一。

澳大利亞執行首次衛星拼單發射任務

2024 年底，澳大利亞吉爾摩航天技術公司（Gilmour）的鬩神星-2（Eris Block-2）火箭將執行首次大篷車-1（Caravan-1）拼單發射任務?！棒]神星”火箭是澳大利亞吉爾摩公司自主研制的三級火箭，一、二子級采用“天狼星”（Sirius）發動機，三子級采用3D 打印的“鳳凰”（Phoenix）液氧/煤油發動機。LEO 軌道運載能力為1t。

NASA 執行PREFIRE 發射任務

2024 年5 月，火箭實驗室將執行NASA 的“遠紅外實驗中的極輻射能”（PREFIRE）任務，為其提供2 次“電子”發射。將把2 顆6U 立方體衛星發送到不同的軌道（高度470km 和650km；近極82°和98°傾角軌道），每顆立方體衛星都攜帶一個小型紅外光譜儀，覆蓋范圍為0～45μm，光譜分辨率為0.84μm，運行一個季節周期（一年）。該任務旨在讓研究人員更準確地了解地球能量流失情況（特別是從北極和南極洲流失情況），以應對全球變暖氣候影響。

6 結語

2024 年，世界航天活動即將開啟，商業載人領域將進行多次發射，深空探測器將探索更多遙遠的行星，多款新型運載火箭將陸續首飛，更有多顆新型衛星相繼發射部署，世界航天發射活動值得期待。