2020年国外重大航天活动展望

王瑞（北京航天长征科技信息研究所）

2019年，世界航天发射次数达102次，相比于2018年114次略有减少。2020年，全球航天领域将是辉煌的一年，将有多个大事件值得关注，载人航天蓄势待发，多款新型火箭即将首飞，商业小运载竞争激烈，多款航天器将投入服役。

1 载人航天蓬勃发展

SpaceX公司“载人龙飞船”将首次载人

2020年3月，美国太空探索技术公司（SpaceX）的“载人龙飞船”（Crew Dragon）将使用猎鹰-9（Dragon-9）火箭发射升空，进行首次载人飞行任务。这是“载人龙飞船”第二次进行发射，将搭载两名美国国家航空航天局（NASA）的航天员。待任务完成后，“载人龙飞船”将返回地球，并使用海上溅落的方式完成回收。如果本次载人发射任务取得成功，将打破俄罗斯“联盟”（Soyuz）飞船对空间站航天员往返运输业务的垄断。

“载人龙飞船”最多可搭载7名乘客，具有高度自动化操作系统，航天员通过简单易懂的触摸屏就可以实现飞船的操作，可以减少航天员学习复杂的飞船操作手册的时间。此外，飞船升空-对接-返回均可以实现无人操作。目前，官方给出的每个座位的报价为5500万美元。

两名航天员与“载人龙飞船”合影

美国波音公司的“星际客船”将首次载人

2019年12月，美国波音公司（Boeing）的“星际客船”（Starliner，CST-100）使用联合发射联盟（ULA）的宇宙神-5（Altas-5)火箭发射升空，执行首次无人飞行试验，但因计时器故障，飞船并没有到达预定轨道。2020年1月7日，NASA和波音公司成立联合调查组，将对事故展开调查，NASA表示或不排除再进行一次无人试飞，载人首飞时间将根据调查结果另作打算。

“星际客船”由波音公司和美国毕格罗航空航天公司（Bigelow Aerospace）共同研发，由波音公司制造，飞船可载7人，内部空间11m3,可自由飞行60h，空间站停靠飞行210天。飞船能够在轨道上执行长达7个月的任务，并能重复使用10次。目前，官方给出的每个座位的报价为9000万美元。

联盟 MS―16载人飞船即将出征的3名航天员

“星际客船”搭载航天员的“两男一女”组合

俄罗斯联盟―2.1a火箭将首次载人

2020年4月，俄罗斯联盟-2.1a火箭将首次执行载人发射任务。火箭将发射联盟 MS-16载人飞船。飞船将搭载1名美国航天员，2名俄罗斯航天员，并将在国际空间站停留约6个月。飞船还装有一个逃生舱。自2002年起，航天员前往国际空间站一直使用联盟-FG火箭，但由于其控制系统由乌克兰采购，而乌方目前拒绝向俄罗斯出口，因此俄方决定从2020年起将使用联盟-2.1a火箭发射载人飞船。

2 空间探索再掀高潮

“火星-2020”探测器

2020年7月，NASA将使用联合发射联盟的宇宙神-5火箭发射“火星-2020”（Mars-2020）探测器。该探测器将于2021年2月降落在火星表面，采集火星表面的岩层土壤样本，将样本带回地球。本次发射任务也是NASA火星探测计划的重要组成部分，任务耗资24亿美元。

“火星－2020”探测器空降火星效果图

“火星-2020”探测器基于“好奇”火星探测器研制，总共装有23台照相机，是历史上携带最多照相机的探测器。这些相机各有分工，可以实现彩色成像、三维成像、微距成像、紫外激光器等一系列复杂功能。当发现勘探目标时，“火星-2020”不必停下来逐块的分析土壤和岩石，仅需调动相关相机就能在几米以外的地方进行详细研究。探测器上共携带37根样品管和5个备件，可将采集完成的样本储藏于此。

“太阳轨道”探测器

2020年2月，NASA将使用宇宙神-5火箭发射“太阳轨道”（Solar Orbiter）探测器。该探测器由欧洲航天局（ESA）研发，质量1.8t，寿命7年，用于探测太阳极地区域细节、探索太阳风暴、从高纬度对太阳表面进行观测，对太阳表面磁场进行调查研究。它将把探测目光瞄准太阳，到达地球-太阳之间4.2×107km的地方，经受太阳表层爆炸产生的巨大热量，开展数据测量工作并回传清晰图像。NASA参与该探测器项目，负责提供火箭和一些仪器及探测器。

“太阳轨道”探测器效果图

日本隼鸟―2探测器将返回地球

2020年12月，日本隼鸟-2（Hayabusa-2）探测器将携带龙宫（Ryugu）小行星的岩石样本返回地球。该探测器于2014年12月发射升空，已成功着陆龙宫小行星表面，开始采集岩石样本，2019年12月结束探测任务。根据隼鸟-2探测器所收集的数据，科学家推测龙宫小行星直径约900m，自转周期约7.6h，成逆时针旋转，其表面有大量碎石，但星球本身密度只有1.19g/cm3。这些碎片之间留有一些空隙，松松垮垮的堆在一起，整颗星球就像乱石堆。科学家推断龙宫曾经是颗直径约100km的大型星球，但被其他星球撞碎之后，碎片重组形成了现在的“龙宫”。

印度将发射月船―3探测器

2020年11月,印度空间研究组织（ISRO）将发射月船-3（Chandrayaan-3) 探测器,该探测器由着陆器、月球车和一个推进模块组成，将在月球南极区域着陆。目前为止，全世界只有俄罗斯、美国和中国的航天器成功登陆过月球。如果这次印度月船-3探测器成功登月，意味着印度将成为第四个登陆月球的国家。

3 新型运载火箭投入使用

阿里安―6火箭首飞

2020年7月，欧洲阿里安-6（Ariane-6）火箭将进行首飞。阿里安-6火箭是基于阿里安-5火箭升级改造而来，有阿里安62和64两种构型，分别捆绑2枚或者4枚固体助推器。箭体高度超过60m，箭体直径5.4m。与阿里安-5相比，阿里安-6火箭性能更强，可搭载更多有效载荷，但发射费用却更低。这是因为阿里安-6火箭使用了流水线生产程序，在生产过程中大量使用了激光焊接、激光增材等新技术，并由机器人负责喷涂隔离层。这些新技术的使用，使得生产工期大大缩短。每一枚火箭在流水线上每个工序最多停留5天，一枚火箭的生产周期最多持续一个月，从而达到节约成本的目的。

日本H―3火箭首飞

2020年4月之后，日本计划发射大型火箭H-3。该火箭未来将替代日本现役的H-2A和H-2B火箭为国际空间站运送货物，并执行NASA的“阿尔忒弥斯”（ARTEMIS）登月计划。该火箭高约63m，芯级直径约5.2m，固体助推器直径2.5m，可捆绑2个或4个固体助推器。太阳同步轨道（SSO）运载能力为4t以上，地球同步转移轨道（GTO）运载能力为6.5t以上。H-3火箭发射价格比现役的H-2A火箭减少一半，发射准备时间和发射人员也相应减少，并使用垂直组装的方式简化了发射准备程序。

织女星―C火箭首飞

2020年3月，欧洲航天局的织女星-C（Vega-C）火箭将首飞，搭载意大利航天局（ASI）的拉列斯-2（LARES-2）卫星。该火箭是基于“织女星”火箭进行研制的,由欧洲航天局在2014年12月批准开展研制。该火箭研制的目的是为了适应市场变化，提升运载能力，控制发射和运营成本。织女星-C火箭是四级火箭，箭体高度约35m，起飞质量为210t。一、二、三子级使用固体推进剂，四子级使用液体推进剂。

4 小运载市场竞争激烈

运载器―1空射系统将完成“一箭11星”任务

2020年第一季度，运载器-1（LauncherOne）空射系统将一次发射11颗商业小卫星，该发射项目也是NASA教育类纳米卫星发射项目。运载器-1空射系统是美国小运载公司维珍轨道公司（Virgin Orbit）研制的两级液氧/煤油空射运载火箭，载机为波音747-400飞机，又称“宇宙女孩”（Cosmic Girl）。飞机的左机翼下面安装了挂架，将运载器-1小火箭悬挂于此。该空射系统可将300kg的有效载荷送入高度为500km的太阳同步轨道，发射价格约为1200万美元。

运载器―1空射系统

“萤火虫-阿尔法”小火箭首飞

2020年4月，美国萤火虫航空航天公司（FireFly Aerospace）自主研制的两级液氧/煤油火箭——“萤火虫-阿尔法”（Firefly-Alpha）火箭将从加利福尼亚范登堡空军基地SLC-2W发射设施进行首次发射。按计划，首飞将搭载美国政府和其他商业组织的卫星，还可能会携带一个用于提升卫星轨道的太阳能“轨道转移器”的验证器。“萤火虫-阿尔法”火箭是两级运载火箭，推进剂为液氧/煤油。火箭低地球轨道（LEO）运载能力为1t，SSO运载能力为0.63t，单枚发射费用为1500万美元。

“气球火箭”发射立方体卫星

2020年，初出茅庐的洛杉矶新兴小运载公司——狮子座宇航公司（Leo Aerospace）自主研制的“雷古勒斯”（Regulus）气球火箭将进行首次亚轨道发射。该气球火箭是由巨大的热气球在18km的高空投放火箭来发射微/小卫星。这种类似于娱乐活动的“气球火箭”曾流行于20世纪50年代，并开展了数十次的亚轨道大气飞行测试，但并没有真正进行发射。“雷古勒斯”气球火箭为三级火箭（二级固体，一级非低温液体），安装多台推力器，用于使气球保持稳定和控制方向，并安装了长10m的专用火箭发射滑轨系统。该气球火箭550km的太阳同步轨道运载能力为25kg，上升用的热气球能重复使用100次，由卡车进行运输，可机动灵活地进行发射。

火箭实验室发展可重复使用技术

“雷古勒斯”高空气球挂载着火箭升空效果图

作为小运载行业领跑者，2020年美国小运载研制公司——火箭实验室（Rocket Lab）将首次尝试回收火箭一子级。该方案于2019年8月提出，目的是提高发射频率。最初的回收方式为海上溅落，使用驳船进行打捞，并运回火箭实验室的生产制造工厂进行整修。随后，公司将改变回收方式，先使用降落伞对一子级进行减速下降，然后使用直升机上的“天钩”装置在半空中抓取一子级，随后再把一子级运回厂房进行整修，准备再次执行发射任务。

印度“小型卫星运载火箭”将执行两次发射任务

2020年，印度“小型卫星运载火箭”（SSLV）将执行两次发射任务。一次是2020年1月将发射防御卫星-A（DefenseSat-A），另一次是在2020年第一季度将为美国西雅图的黑色天空公司（BlackSky）发射4颗地球观测卫星黑天全球-5～8（BlackSky Global-5～8）。该火箭是印度空间研究组织研制的一款三级固体小型运载火箭， 500km低地球轨道运载能力500kg，700km太阳同步轨道运载能力300kg，可搭载多颗卫星。其主要优势在于发射价格低，单次发射价格仅有1.5亿卢比（约217万美元），可以利用价格优势抢占小卫星发射市场。

5 其他重要事件

SpaceX公司将继续执行“星链”发射任务

2020年全年，SpaceX公司的猎鹰-9火箭将继续执行“星链”（Starlink）卫星发射任务，计划完成24次，每次发射60颗卫星，有望发射“星链”卫星超过1000颗。“星链”是SpaceX公司的一个互联网服务项目，该项目计划于2019－2024年在太空搭建由约1.2万颗通信卫星组成的“星链”网络,其中1584颗将部署在地球上空550km处的近地轨道，并从2020年开始工作。如果该任务顺利执行，可以在全球范围内提供低成本的互联网连接服务。

“星链”计划效果图

欧洲新一代“量子”卫星将正式投入使用

2020年第三季度，欧洲新一代“量子”（Quantum）卫星将使用阿里安-5ECA火箭发射升空，该卫星质量约3.5t，寿命15年，卫星基于软件无线电理念，是世界首颗真正意义上的软件定义卫星。该卫星研制项目由欧洲通信卫星公司（Eutelsat）和欧洲航天局在2015年7月9日签订，空客防务与航天公司（ADS）为主承包商，英国小卫星制造商萨瑞卫星技术公司（SSTL）提供“地球静止轨道微卫星平台”（GMP）。

一网公司星座群构建计划继续进行

2020年全年，俄“联盟”系列火箭将为一网公司（OneWeb）的星座计划进行发射，每次约发射32或34颗卫星，视情况而定。一网公司计划在2021年前建成由648颗卫星组成的通信网络星座群，完全覆盖地球表面并实现全球用户的因特网宽带接入。

西班牙首颗地球观测卫星将发射

2020年4月，西班牙首颗地球观测卫星——“英吉尼奥”（Ingenio）将使用“织女星”火箭升空，该卫星也是首颗由西班牙航天工业联盟建造的卫星。卫星质量840kg，寿命7年，安装了图像光学仪器，黑白分辨率为2.5m，彩色分辨率为10m，可完全自主进行图像拍摄，计划应用在土地安全、土地观测、自然灾害预测等方面。

6 小结

2020年全球航天领域将精彩纷呈：载人航天令全球期待；商业小运载竞争激烈，趣玩的“气球火箭”、“小火箭一子级回收”足够吸睛，印度也将使用SSLV小型火箭，以低廉的价格优势进军小运载市场，日本隼鸟-2探测器回归之旅，将把“龙宫”的秘密告诉全世界，“火星-2020”探测器、“太阳轨道探测器”也将为人类了解太空打开新视野。2020年，航天领域令人期待！