2016国外载人航天发展综述

廖小刚 王岩松

（中国国防科技信息中心，北京100142）

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2016国外载人航天发展综述

廖小刚 王岩松

（中国国防科技信息中心，北京100142）

2016年，国外主要航天国家依据本国国情推进载人航天发展战略，规划载人航天未来目标与重点；运载火箭、飞船、发射场等载人系统取得诸多显著进展，为未来发展奠定基础；国际空间站主要成员国都已同意延寿至2024年，将为载人航天发展发挥更大作用；以SpaceX公司等为代表的商业公司低地球轨道能力与技术不断成熟，并正在向月球、火星等低地球以远拓展；小行星、火星、木星等无人深空探测活动依然活跃，取得多项探测成果，为载人深空探测铺平道路。

1 主要航天国家继续做好载人航天的顶层规划

美国2016年继续重申载人登陆火星的目标，但由于特朗普当选下一任总统，美国未来的载人航天发展目标与重点将可能进行调整。美国总统奥巴马10月撰文表示，将通过政府和私人创新者之间的不断合作实现2030年载人登陆火星的目标，“这是美国航天重要的新篇章”。但由于共和党人特朗普11月当选美国下任总统，其上任后将修改奥巴马时期的载人航天发展政策，以符合其执政的理念。美国未来的载人航天发展目标与途径可能发生变化，探索整个太阳系将取代登陆火星成为美国载人航天的长远目标，月球将得到更多的关注。

俄罗斯政府3月批准《俄联邦2016～2025年航天规划》，到2025年将投入1.4万亿卢布（1美元约合68卢布）发展本国航天业。由于目前俄经济状况不好，其拨款额度比最初草案提出的2万亿卢布削减了30%，导致俄未来10年航天特别是载人航天计划将大幅瘦身，可重复使用火箭研制推迟至2025年以后，载人登月计划推迟至2030年以后。尽管如此，一些载人航天的相关项目还是得到了保留，包括：继续发展“安加拉”运载火箭和新一代载人飞船，加速“东方”航天发射场建设，发射5枚月球探测器，开展月球考察等基础研究，参与维护国际空间站等。普京12月在俄罗斯航天国家公司2030年前发展战略研讨会上强调未来应重点关注：提高国际空间站俄罗斯舱段工作对经济和基础科学方面的实际作用；重视新一代航天器及运载工具的研制生产；开展“东方”发射场二期建设等。此外，俄罗斯总统普京签署总统令，俄联邦航天局于2016年1月1日起撤销，由新成立的俄罗斯航天国家公司取而代之，以提高工作效率、降低运行成本。

欧盟委员会10月发布新版《欧洲航天战略》，旨在加快航天发展、提升欧洲航天在全球的领先地位以及在国际航天市场占有更高份额。新战略强调继续发展“阿里安⁃6”火箭和“织女星⁃C”火箭，研发可重复使用和低成本发射技术等。在12月举行的部长级会议上，欧洲航天局局长强调在航天4.0时代实现欧洲航天一体化发展，并决定未来4年将投入103亿欧元的航天预算。其中对于载人航天，欧洲航天局提出“月球村”概念，即通过全球联合方式开展月球探测，该项目将吸收包括俄罗斯在内的多国参与。

2 载人航天各主要系统稳步推进

（一）新型运载器系统平稳发展

2016年，载人航天发射共12次，失败1次；其中美国发射4次，俄罗斯7次（载人乘员运输4次），日本1次。现役运载器2016年既有成绩也有挫折。美国“安塔瑞斯”火箭10月成功复飞，将“天鹅座”飞船送往国际空间站，这是“安塔瑞斯”火箭自2014年发射失败后的首次复飞。俄罗斯“联盟”U运载火箭在12月执行国际空间站货运任务时，由于火箭三级发生故障，导致飞船未能入轨，在大气层中烧毁。而美国的“猎鹰⁃9”火箭在地面测试时因为燃料加注故障发生爆炸，导致其2016年后续的国际空间站货运任务都不得不推迟到2017年。

新型运载器系统研制则进展顺利。美国航天发射系统（SLS）研制工作继续向前推进，先后完成火箭芯级液氧燃料罐测试版的焊接、固体火箭助推器段测试版的安装，以及芯级发动机RS⁃25的多次静态点火试验，为SLS火箭在2018年8月的首飞做好准备。俄罗斯宣布开始研制新型超重型运载火箭。俄罗斯副总理罗戈津11月透露，俄罗斯正在研制新型重型运载火箭，将为建立月球基地铺平道路。俄新型火箭预计5到7年就可研制成功，近地轨道运载能力将达120～160吨，将会成为俄罗斯实现登月的基础。

除了国家层面，美国的商业公司也积极研制新型运载火箭。美国蓝源公司9月正式宣布该公司正在研制“新格伦”运载火箭，计划于2020年前进行首飞。该火箭包括两级与三级构型，可用于近地轨道或更远轨道的商业卫星发射和载人飞行任务。

（二）新型飞船研制步伐加快

2016年，美、俄的新型飞船（载人和货运）都继续推进，取得诸多成果。NASA在开发和测试“猎户座”飞船上取得重要进展，完成“猎户座”压力舱的焊接工作。该压力舱作为一个密闭环境，将为未来的载人任务乘员舱提供航天员生命保障。通过压力测试后，将为压力舱装载航空电子设备及系统，然后与SLS火箭集成。NASA还对欧洲航天局提供的“猎户座”服务舱结构测试体进行一系列关键测试，以验证其结构完整性和发射过程中可承受的动力。

1月，俄罗斯为正在研制的新一代载人飞船命名为“联邦”号。“联邦”号飞船抛弃了目前联盟号飞船的三舱段结构设计，采用全新的两舱段设计，将取代目前的“联盟”号飞船执行近地轨道任务，未来还可用于执行载人登月任务。除载人飞船外，俄已经开始新型高运载力货运飞船的概念设计，由于新货运飞船的运载能力更强，因此每年只需要发射三次就可满足国际空间站的需要，而现行的“进步”货运飞船则需要四次。

（三）航天员系统取得多项成果

1）航天员完成一年期驻站任务安全返回

2016年3月，NASA航天员斯科特·凯利和俄罗斯航天员米哈伊尔·科尔尼延科完成了国际空间站一年期驻站任务，在国际空间站共驻留340天，完成超过400项试验。这是国际空间站建设以来连续飞行时间最长的一次任务，凯利也成为单次驻留太空时间最长的美国航天员。航天员驻站一年期任务旨在更好地了解长期空间飞行对人体的影响，为将要到来的载人小行星和火星任务提供数据和参考。

2）航天员开展多种形式的地面训练以适应未来长期任务

2016年，针对未来载人深空长期飞行任务，各航天国家展开了多种形式的航天员水下、封闭及微重力条件下的模拟训练。其中包括：6月，NASA人体研究计划（HRP）模拟研究中的HERA⁃10模拟任务顺利结束，为期30天的任务期间，乘员“访问”了一个虚拟小行星，并采集了土壤和岩石，通过3D打印机制造了一部分设备，进行了植物栽培、盐水虾养殖等活动；7月，来自中国、俄罗斯、日本、欧洲航天局和美国五个航天机构共6名航天员在意大利撒丁区800米深的地下岩洞，共同完成欧洲航天局开展的洞穴培训课程——合作冒险运动，评估航天员行为和绩效能力；7月，“火星⁃160”计划开始实施，来自美国、俄罗斯、法国、英国、日本等国的乘员在美国南部犹他州“火星荒漠研究站”开始为期80天模拟任务。

这些地面训练旨在为未来的深空探索和火星之旅做准备，训练航天员在多元文化团队内，如何在狭小、隔离、陌生且相对危险的环境下克服心理与生理的多重挑战，安全有效地开展各项工作，以及训练他们的领导力、服从性、团队协作及决策。

3）新型航天服研制进展顺利

2016年，俄罗斯新型航天服——“海鹰”MKS舱外航天服研制完成，并装备国际空间站（由于火箭发射失败，该航天服未能送往国际空间站）。新航天服增加了2项创新设计：新增自动热调节系统；对橡胶密封绑扎材料进行替换，更加耐磨耐用。此外，俄罗斯还将以“海鹰”航天服为基础，研制新型月球航天服。

针对未来火星探测任务，NASA于2016年开始对两种火星航天服进行测试评估：一是可在低重力和零重力环境中使用的“空间探索航天服”样型；二是用于对实施火星表面探测的移动技术进行测试的航天服Z⁃2。这两种航天服都将为载人登陆火星提供生命支持和保障。

（四）航天发射场建设持续推进

2016年，俄罗斯“东方”航天发射场完成首次发射，美国则继续改造肯尼迪航天中心，以适应未来SLS新型火箭的发射。4月，俄罗斯的“联盟－2.1a”运载火箭从俄远东地区阿穆尔州的“东方”航天发射场发射，将三颗卫星送入预定轨道。这也是“东方”航天发射场自2012年开始动工以来的首次发射，目前，发射场一期项目已接近尾声，可支持所有“联盟⁃2”型火箭发射。2016年，俄罗斯政府还批准了“东方”航天发射场第二阶段的建设预算，从2017年到2019年，每年约划拨250亿～300亿卢布（3.828亿～4.59亿美元）用于新发射场的建设，预计2021年前完成“东方”航天发射场的基础设施建设。“东方”航天发射场的首次发射标志着俄罗斯新建的本土航天发射场具备实际发射能力。可摆脱对位于别国航天发射设施的严重依赖，以及发射场距离边境过近带来的潜在安全风险；还可促进远东地区经济发展；以及获得低纬地区发射优势，是俄罗斯境内最具潜力的月球和火星探测器发射地点。

随着SLS火箭首次发射日期的临近，美国肯尼迪航天中心（KSC）的地面设施改造有序进行。改造的设备包括：活动发射平台，由于SLS火箭的重量和高度增加，导致发射平台的整体结构发生变化，平台的重量也随之增加240.36吨；发射台，由于液氢的储存用量需要，NASA拟增加建造一个容量为5300立方米的液氢储罐和一个容量为11 360立方米的液氢储罐。

3 国际空间站继续平稳运行

截至2016年5月16日，国际空间站（ISS）实现了绕地飞行10万圈的里程碑，共飞行超过42亿千米；期间，共有来自18个国家的超过220名航天员到访国际空间站，进行了1900多项科学实验，并取得超过1200多项的科研成果。

（一）日常运行良好完成多项实验

2016年，国际空间站共接纳7艘无人货运飞船，4艘载人飞船，共有3期9名航天员飞赴国际空间站，完成大量科学研究和技术试验。4月，由“龙”飞船运输的“充气膨胀式太空舱”（BEAM）送抵国际空间站，并于5月成功展开，6月航天员进入BEAM，先后完成采集气体样本、检查通风管道等任务，开启BEAM为期两年的测试任务。收缩时BEAM直径2.36米、高2.4米，充气后会膨胀至3.2米、高3.7米，内部空间16立方米。这种膨胀充气的太空舱为现有太空站模式带来变革，可取代大部分金属外壳太空舱。相比较普通太空舱，充气式太空舱价格较低，重量轻便很多，未膨胀展开前体积很小，便于运输，发射费用低廉。这项技术未来可使用在月球与火星基地建设上，也可以用来组装大规模空间结构。

（二）主要成员国同意国际空间站延寿至2024年

继美国、俄罗斯、日本、加拿大之后，欧洲也批准了国际空间站延寿到2024年。美国于2014年最早提出将国际空间站延寿至2024年，随后俄罗斯、日本、加拿大2015年都同意该延寿方案，但欧洲一直没有明确表态。2016年11月，欧洲航天局举行部长级会议，支持国际空间站延寿至2024年。国际空间站最初离轨时间定在2016年，后各方同意延寿至2020年，此次再次延寿将使其应用潜力实现最大化，并带来更多经济效益、社会效益与科学效益，为未来的载人深空探索提供经验和技术准备。

（三）开始研究后国际空间站时代未来发展

由于国际空间站项目将于2024年结束，各参与方开始讨论国际空间站退役后如何联合开展载人航天研究。2016年，国际空间站各合作方在专家组层面已经完成了一份有关建造一个国际月球轨道空间工作站的实施构想，建议在月球轨道联合建立一个新的国际空间站，为探索月球、载人登陆月球、月球资源开发以及探索火星提供帮助。专家组已开展了有关其设计构型以及组成要素和接口的技术参数的商讨，希望能在2017年上半年将这个项目的建造与运营可行性方案提交给国际空间站各合作方的高层。

与此同时，美国和俄罗斯也开始研究国际空间站退役后离轨处置问题。美、俄航天机构于4月底举行双边技术交流会，就国际空间站在退役或紧急情况时的离轨处置问题交换了意见，并达成了战略性协议和应急反应计划。目前再入大气层燃烧是唯一的方案，但该方案需要多个对接的航天器同时点火才能实现。美、俄预计在2017年9月间可使ISS具备进行安全离轨燃烧的能力。

4 商业载人航天开始向低地球轨道以远拓展

商业航天作为载人航天发展的重要力量，其技术水平不断提高，在继续承担低地球轨道任务的同时，已经关注的眼光投向低地球轨道以远。

（一）重复使用技术不断取得突破

以“猎鹰⁃9”火箭和“新谢帕德”亚轨道火箭为代表，商业航天公司的火箭重复使用技术进一步成熟，有望大幅降低航天发射的成本。继2015年12月首次实现低轨任务的海上回收后，2016年美国SpaceX公司的“猎鹰⁃9”火箭先后实现低轨任务的陆地回收以及高轨任务的海上回收；全年发射7次，成功回收5次，总回收成功率为75%。这标志着SpaceX公司已经基本掌握火箭回收技术。蓝源公司10月成功测试“新谢帕德”飞船的逃生系统，同时第五次成功回收火箭。这使该飞船距载人目标又近了一步。蓝源公司的目标是2018年利用“新谢帕德”火箭与飞船把人送到约100千米高处的亚轨道旅行。

英国维珍银河公司12月成功进行第二艘“太空船二号”首次无动力滑翔飞行试验，标志着该商业亚轨道飞行器无动力滑翔测试正式开始。该飞行器最终将搭载太空游客和科研设备，最大高度达100千米左右，可体验几分钟的微重力状态，实现太空旅行。

（二）低地球轨道运输任务不断成熟

随着商业载人航天能力的不断提高，NASA越来越多低地球轨道任务都将由商业公司完成。NASA于1月宣布，SpaceX、轨道科学ATK和内华达山脉公司三家公司获得第二轮国际空间站商业补给服务合同（CRS2）。2019年到2024年，这三家公司各自将为NASA提供6次国际空间站的货运服务。内华达山脉公司是首次中标，将提供“追梦者”飞船承担货运任务。“追梦者”是小型航天飞机，可利用运载火箭垂直发射，最后像飞机一样水平着陆，可重复使用。4月，美国联合发射联盟（ULA）与毕格罗宇航公司签署协议，将联手打造大型“充气膨胀式太空舱”，首个舱段将在2020年升空。相比较普通太空舱，充气式太空舱价格较低，重量轻便很多，未膨胀展开前体积很小，便于运输，发射费用低廉。这项技术一旦成功，甚至可以被用在远离地球的深空空间站、月球和火星基地上。

俄罗斯也逐渐开始关注商业航天的发展。俄罗斯航天国家公司3月向太空旅行公司授予首个载人航天飞行许可。这是俄罗斯私营企业首次获准开展亚轨道载人飞行业务。该公司开发的系统将由可重复使用亚轨道运载火箭和可重复使用亚轨道飞行器组成，可将6人送入亚轨道，进行时长15分钟的飞行，其中约6分钟为失重飞行。

（三）开始向低地球轨道以远拓展

8月，美国联邦航空管理局宣布已批准美国私企月球快车公司（Moon Express）于2017年进行机器人登陆月球的申请，这也是首家被批准进行登月的美国商业公司。此举为其他有意进行外太空商业化的公司提供了参考的范例，将极大提升美国私企开发月球的热情。

SpaceX公司创始人马斯克9月宣布了登陆并开发火星的计划。火星登陆任务由“星际运输系统”来执行，近地轨道运载能力达550吨，一次搭乘超过100名旅客前往火星，所有部分都可重复使用。SpaceX公司计划，2019年将开始对“星际运输系统”进行首次测试，最早于2024年将人类送往火星。为支持登陆火星的计划，SpaceX公司计划2018年执行“红龙”任务，发射无人“龙”飞船抵达火星。如果SpaceX公司火星登陆计划成功，将成为全球各大宇航机构火星探索领域的领军者。NASA表示，“红龙”任务可提供可靠的抵达火星任务的轨道、降落和着陆的详细数据，可NASA的火星任务提供帮助。

5 深空探测依然活跃

火星和月球的探索已成为全球空间探索活动的重点，作为彰显大国地位的重要战略性领域，深空探索越来越受到重视。2016年，各航天国家依据本国国情和发展战略，逐步开始规划和实施其深空探索活动。

（一）美国启动小行星探索任务

2016年，联合发射联盟的“宇宙神⁃5”火箭成功发射了NASA的“起源、光谱释义、资源识别与安全－风化层探测器”（OSIRIS⁃REx）。这是美国进行的首个小行星采样返回任务。OSIRIS⁃Rex是NASA“新前沿”计划的第三个任务，任务成本8亿美元。OSIRIS⁃REx探测器重约2087千克，探测器将飞往直径500米的一颗近地小行星“贝努”，预计2018年8月到达。探测器将研究小行星2年，然后与小行星表面近距离接触并采集尘埃和岩石样品。探测器的“接触即分离”样品获取机械臂（TAGSAM）将使用喷出的氮气搅动小行星表面，并用过滤器采集材料样品，可以收集超过60克样品。探测器将储存由TAGSAM收集的样品，放入基于“星辰”号彗星采样返回任务样品舱研发的样品返回舱。OSIRIS⁃REx将于2021年3月离开“贝努”，2年半后返回地球。样品返回舱将于2023年9月着陆。科学家希望，这项任务能增进对太阳系形成乃至地球生命起源的认识。

此外，2016年，NASA对小行星重定向任务进行了更为深化对论证。完成了小行星重新定向机器人任务（ARRM）和关键决策点⁃B的评审，完成了ARRM／ARCM（ARM任务中的载人操作任务部分）的初步安全评审。NASA就如何成功实施ARM科研任务成立了一个研究团队，在3～5年内针对ARM任务开展科研、星际防御、原位资源利用、技术演示验证领域给予支持。但新政府执政后，NASA的探索途径是否会随着长远探索目标的转移而发生改变，小行星重定向任务是否会持续进行，还需要进一步关注。

2016年，除了小行星任务外，已在太空飞行4年11个月的“朱诺”号成功进入木星轨道，这是自2003年“伽利略”探测器结束木星任务以后，13年来首颗绕木星工作的探测器，开拓了人类对太阳系行星的认知领域。

随着美国载人航天战略的进一步推进和实施，美国在低地球轨道上的技术日臻成熟，商业航天的迅速崛起和广泛加入，NASA下一步的发展目标和重点将转入深空探索。虽然美国还没有最后明确载人火星任务的具体时间，但依据目前的形势看，各系统的研发和技术进展良好，已经为载人深空探索奠定了重要的技术基础。

（二）俄罗斯规划首次月球和火星探索任务

随着俄罗斯未来十年航天发展规划的公布和航天管理机构的确立，俄开始其未来深空探索的进一步规划。

2016年底，俄航天官员透露，俄罗斯的首次载人登月将在Poligon区（Poligon区是航天员登月前在月球极地建立的一个实验地区，前期配备机器人和一些简单的设施）着陆，着陆月球的时间为1～2周。长期载人登月任务将在Poligon区建造完成月球极地站后才能开展，这种月球极地站将主要配置防辐射型载人舱及生命保障系统。如果能获得充足的任务资金，俄罗斯航天部门拟于2030年实施首次载人登月。在此之前，航天员们将在近月球轨道的“联邦”号飞船上工作，并能通过飞船对月球表面上的机器人进行远程控制。

关于载人火星探索，俄罗斯主要通过国际合作的形式开展。首次载人登陆火星任务将于2040—2050年实施。俄罗斯计划采取在数周内快速飞往火星的方案。登陆火星的飞船需要配置速度更快的核动力火箭发动机，目前技术尚未成熟且资金缺口严重。

俄罗斯一直以来延用了以往渐进式发展目标牵引能力提升的做法推进其载人航天能力发展进程。俄保持着良好的技术优势和雄厚的技术储备，在深空探索领域也始终占据着领先水平。但近几年来，俄罗斯的经济衰退，航天管理体制和航天工业的改革进程一度影响着新型系统研发和技术进步，特别是《俄罗斯联邦2016—2025年航天规划》中对载人航天投资的大幅缩减，资金缺口或阻滞其深空探索的发展。

（三）欧洲通过开展合作启动火星计划

欧洲航天局一直采用国际合作的方式开展载人航天探索活动，无论是低地球轨道的国际空间站计划还是深空探索的“火星生物学”（ExoMars）计划，这样既可以节约成本共担风险，又能满足欧洲航天局研究任务的需求。3月，欧、俄合作的“火星生物学”（ExoMars）计划第一阶段任务启动。俄“质子⁃M”火箭在拜科努尔发射场成功发射“微量气体轨道器”（TGO）和“斯基亚帕雷利”着陆器。10月19日，按计划“斯基亚帕雷利”将在火星表面软着陆，验证进入、下降和着陆技术。但在着陆前大约50秒内，该着陆器陷入了失联状态。10月21日，ESA公布了NASA“火星勘测轨道飞行器”（MRO）拍摄的图像，表明“斯基亚帕雷利”号已经在着陆过程中坠落并爆炸。此次Exo⁃Mars任务虽未完全成功，但其火星探测器TGO已成功进入环火星轨道，并传回图像。TGO距离火星表面大约230～310千米，沿着椭圆形轨道每4.2天运行约98 000千米。此次ExoMars任务中，通过合作快速提升了欧洲航天局火星无人探测技术，重点开展了火星空间科学研究与试验活动，在无人深空探测领域积蓄了一定的实践经验与技术能力。

此外，欧洲的“罗塞塔”彗星探测器按计划撞向楚留莫夫—格拉西门彗星，结束了长达12年的任务。“罗塞塔”于2004年发射，2014年进入彗星轨道，实现了彗星的首次环绕和着陆。

6 结语

2016年，国外主要航天国家在载人航天领域持续推进本国发展战略，虽有挫折但成果显著。“空间发射系统”／“猎户座”飞船等新型载人航天系统稳步推进，为2018年首飞铺平道路；俄罗斯“东方”航天发射场实现首次发射；国际空间站平稳延寿，为航天技术进一步发展带来良好机遇；商业航天的蓬勃发展为低地球轨道以远探索带来新的活力。展望2017年，美国新一届政府是否制定新的航天政策，载人航天长远发展目标和重点是否会改变，NASA实现载人登陆火星的途径是否发生变化都需要值得密切关注；俄罗斯依据新的十年发展规划，新的航天管理体制将给未来的载人航天活动带来新的契机；商业航天将继续快速发展，SPACEX公司的“猎鹰⁃9”火箭将首次实现重复使用，“猎鹰重型”新型运载火箭将完成首飞，为火星殖民计划奠定基础；以月球和火星为代表的深空探索活动仍是各国关注的焦点，载人航天将在人类探索未知世界的征途上发挥越来越重要的作用。

信息来源：http：／／www.nasa.gov；http：／／www. cmse.gov.cn；http：／／www.isro.org；http：／／global. jaxa.jp.

廖小刚，男，硕士，副研究员，研究方向为载人航天战略及应用。E⁃mail：13911377807＠139.com