2019年国外载人航天发展综述

何慧东 苑艺 肖武平

（北京空间科技信息研究所）

2019年，国外载人航天领域共实施15次发射任务，包括6次载人飞船发射任务，9次货运飞船发射任务。其中，俄罗斯发射了4艘联盟 MS（Soyuz MS）飞船、3艘进步 MS（Progress MS）飞船；美国商业公司开展了2次载人飞船无人飞行试验，并利用“龙”（Dragon）、“天鹅座”（Cygnus）等货运飞船提供了5次“商业再补给服务”（CRS）；日本成功发射了1艘“H-2转移飞行器”（HTV）。

全球载人航天在2019年呈现出新的发展气象。在战略政策方面，美国发布了《NASA近地轨道商业开发计划》，旨在扩大“国际空间站”的商业应用，将“国际空间站”更多地向商业企业开放；美国国家航天委员会（NSC）第五次会议提出加速载人重返月球，要在未来5年内（即2024年前）从美国本土、利用美国运载火箭、将美国航天员送上月球。在任务执行方面，俄罗斯、美国、日本主要围绕“国际空间站”开展载人航天活动，俄罗斯利用联盟 MS飞船、进步 MS飞船进行常态化的乘员和货物运输服务；美国通过“龙”、“天鹅座”等商业货运飞船提供“商业再补给服务”；日本利用HTV飞船开展货运任务。在空间应用方面，各国在“国际空间站”这一大型在轨试验平台上，开展了生物学和生物技术、人体研究、物理学和材料科学、对地观测与空间科学、技术开发与验证、教育活动与推广等多种类型的应用。在载人航天商业化方面，商业载人飞船研制取得突破性进展，太空探索技术公司（SpaceX）成功开展“载人龙”（Crew Dragon）飞船无人飞行试验，波音公司（Boeing）“星际客船”（Starliner）无人飞行试验任务中，因飞船计时器故障未能入轨，经紧急处置后进入稳定轨道，随后成功返回，这两型飞船预计2020年投入服务；内华达山脉公司（SNC）的“追梦者”（Dream Chaser）航天飞机进入生产阶段，计划2021年完成总装和测试；美国第一阶段“商业再补给服务”合同已进入尾声，逐步启动第二阶段合同。此外，美国参议院商业委员会再次通过了“国际空间站”延寿至2030年的法案，正在提交众议院审议；美国国家航空航天局（NASA）也将 “国际空间站”上的“比格罗充气式试验舱”（BEAM）的工作寿命延长至2028年，同时还起草了支持商业空间站发展的征求意见书。在月球探测系统设计开发方面，美国推进“猎户座”（Orion）飞船研制，并加紧月球“门户”（Gateway）空间站、月球着陆器的研制工作，俄罗斯推进“雄鹰”（Orel）飞船研制，满足未来载人月球探测任务需求。

1 各国围绕“国际空间站”开展载人航天活动

“国际空间站”应用效益显著，美俄正在推动延期运行

“国际空间站”作为全球最大的在轨航天器，已在轨运行超过20年，在空间应用领域取得了众多成果。首先，“国际空间站”作为一个教育平台，鼓励、激励、推动年轻一代从事数学、科学和工程领域的工作；其次，提高人们在人体生理学、生物学、材料和物理科学方面的认识，并将这些认识转化成对健康、社会经济效益和环境有益的成果；最后，“国际空间站”上开展的人体学研究、辐射、材料科学和工程领域的应用可应用于未来近地轨道以远的载人探索任务中。2019年6月，美国发布了《NASA近地轨道商业开发计划》，旨在扩大对“国际空间站”的商业应用，通过明确“国际空间站”商业使用和定价政策、推动私人航天员任务、在空间站上安装商业设施、征集可持续的研究方案、预测长期近地轨道能力需求等多种方式，将“国际空间站”进一步向商业企业开放，推动近地轨道载人航天活动蓬勃发展。

由于“国际空间站”的巨大应用效益，美俄均计划保持其载人航天活动在近地轨道的持续存在，已确定将“国际空间站”延期运行至2024年，并正在研究进一步延长工作寿命的可能性。此前，NASA提出2025年后将“国际空间站”移交商业运营。2019年，美国参议院商业委员会通过了《2019年美国国家航空航天局（NASA）授权法案》（S.2800），该法案提出将“国际空间站”使用寿命从2024年延长至2030年，这是美国国会涉及“国际空间站”延寿的多项提案中的一项，也是第二项获得参议院通过的提案，目前正在提交众议院审议。

“国际空间站”超期服役，在增加综合应用效益的同时，也增大了系统维护的负担，故障增多的问题值得后续关注。2019年8月24日，在联盟 MS-14飞船与“国际空间站”搜索号（Poisk）迷你研究舱-2最后对接阶段，飞船在距离空间站约90m处悬停，自动交会对接系统无法锁定对接目标，传回的实时视频显示飞船姿态出现明显晃动，俄罗斯专家判断自动对接失败。俄方采取一系列紧急处置措施，把对接口改为星辰号（Zvezda）服务舱并成功对接。专家判断事件由“航向”（Kurs）自动交会对接系统故障造成，俄方航天员事后检查系统发现第705号电缆处于完全脱落的状态，将电缆重新连接后系统运行正常。此次事件中，俄罗斯航天国家集团（ROSCOSMOS）还成立了专门小组，对“国际空间站”俄罗斯所有舱段的现状进行全面评估，包括站上的所有组件及设备，确定哪些可用，是否有备用件及其如何研制。美方也计划对其所在舱段进行全面检查，这些评估结果将直接影响“国际空间站”是否可以在2024年以后延期工作。

俄罗斯“联盟”飞船持续为“国际空间站”运送航天员

俄罗斯“联盟”飞船是目前国外唯一服役的载人飞船，在向“国际空间站”运输乘员方面发挥了不可替代的关键作用。2019年，俄罗斯共发射了4艘联盟 MS飞船。

联盟 MS载人飞船

3月14日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场第1发射台用联盟-FG运载火箭成功将联盟 MS-12载人飞船发射进入预定轨道，飞船经过约6h飞行后成功与“国际空间站”对接。飞船搭载了3名航天员，分别是俄罗斯籍阿列克谢·奥夫奇宁、美国籍尼克·黑格和克里斯蒂娜·科赫。

7月20日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场用联盟-FG运载火箭成功将联盟 MS-13载人飞船发射进入预定轨道，飞船经过4圈飞行成功与“国际空间站”对接。飞船搭载3名航天员，分别是俄罗斯籍亚历山大·斯科沃尔佐夫、意大利籍卢卡·帕尔米塔诺和美国籍安德鲁·摩根。本次任务原定于2019年7月6日发射，随后NASA向俄方申请推迟2周发射，并将任务周期延长2个月，从原定的2019年12月延长至2020年2月返回。此举意在保证“国际空间站”美国舱段有3名美国航天员，而非仅有1名航天员值守。

8月22日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场利用联盟-2.1a运载火箭成功将联盟 MS-14载人飞船发射进入预定轨道。飞船与空间站首次交会对接异常中止，俄方采取紧急处置措施，站上航天员手动操纵联盟 MS-13飞船，从星辰号服务舱分离并重新对接到搜索号迷你研究舱-2上，联盟MS-14飞船与空出的星辰号服务舱自动对接。此次任务为联盟 MS飞船与联盟-2.1a火箭首次结合后的无人试验飞行任务，飞船搭载了俄罗斯首个人形机器人—天空机器人F-850（Skybot F-850）。

9月25日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场用联盟-FG运载火箭成功将联盟 MS-15载人飞船发射进入预定轨道，飞船经过近6h飞行后成功与“国际空间站”对接。飞船搭载了3名航天员，分别是俄罗斯籍奥列格·斯克里波奇卡、美国籍杰西卡·梅尔和阿联酋籍哈扎·曼苏里。哈扎·曼苏里是阿联酋的首位航天员，在“国际空间站”驻留8天后乘坐联盟MS-12飞船返回地球。这次任务也是联盟-FG运载火箭的最后一次任务，以及拜科努尔航天发射场第1发射台（加加林发射台）最后一次常规发射任务。后续，俄罗斯计划利用联盟-2.1a运载火箭从第31发射台执行载人飞船发射任务。

进步 MS-11货运飞船

俄罗斯“进步”货运飞船实施3次补给任务

“进步”飞船是俄罗斯研制的货运飞船，目前发展的最新型号是进步 MS飞船。2019年，进步MS飞船共执行3次“国际空间站”货运补给任务。

4月4日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场第31发射台用联盟-2.1a运载火箭成功发射进步 MS-11货运飞船，飞船采用2圈超短程飞行模式，创造了与“国际空间站”最短交会对接时间纪录（3h 21min）。进步 MS-11货运飞船载有超过2500kg货物，包括1400kg干货物、900kg燃料、420kg水和47kg压缩气体，货舱内载有科学设备、生命保障系统配套组件，以及食品箱和航天员所需的衣物、药物和个人卫生用品。

7月31日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场用联盟-2.1a运载火箭成功发射进步 MS-12货运飞船，并再次刷新与“国际空间站”最快交会对接纪录（3h 19min）。本次任务是第3次、也是最后一次超快速交会对接模式飞行验证，随后俄方将固化系统状态，并计划进一步在载人飞船上应用该模式，提升航天员飞行体验。进步 MS-12货运飞船载有超过2670kg货物，包括1200kg干货物、超过1000kg燃料、420kg水和50kg压缩气体。

12月6日，俄罗斯在拜科努尔航天发射场利用联盟-2.1a运载火箭成功发射进步 MS-13货运飞船。由于美国“龙”飞船在进步 MS-13任务前一天发射，为避免对接任务干扰，此次任务没有采用此前的快速交会对接模式，而是采用72h交会对接模式，对接在“国际空间站”码头号(Pirs)对接舱上。此次发射的进步 MS-13货运飞船载有超过2487kg货物，包括1367kg干货物、超过650kg燃料、420kg水和50kg压缩气体。

日本HTV飞船开展一次大载货量补给

日本HTV货运飞船是日本宇宙航空研究开发机构研制的一次性货运飞船，也是国外载货能力最大的现役货运飞船，仅次于中国的“天舟”货运飞船。2009年9月至2019年年底，日本已向“国际空间站”成功发射了7艘HTV货船，累计运送超过37t货物。

日本HTV货运飞船被“国际空间站”上的机械臂捕获

2 商业载人航天取得里程碑进展

美国大力推进载人航天商业化发展，目前商业货物运输已经成熟，SpaceX公司和诺格创新系统公司（Northrop Grumman Innovation Systems） 与 NASA 签订的第一阶段“商业再补给服务”合同已经进入尾声，逐步启动第二阶段合同，发展成效显著。商业乘员运输系统研制也取得里程碑进展；“载人龙”飞船与“国际空间站”对接并顺利返回，成功完成无人飞行试验；“星际客船”无人飞行试验发生波折，最终安全返回，两型飞船均计划2020年投入服务，使美国重新具备乘员运输能力。

货运“龙”飞船飞抵“国际空间站”

SpaceX公司“龙”飞船提供3次“商业再补给服务”

5月4日，美国SpaceX公司从卡纳维拉尔角空军基地第40发射台（LC-40）利用猎鹰-9（Falcon-9）运载火箭成功发射“龙”飞船，执行“国际空间站”第17次“商业再补给服务”。“龙”飞船搭载约2500kg货物，包括乘员补给、科学装置、仪器设备等。在“龙”飞船非密封舱中，装载了轨道碳观测-3（OCO-3）、“空间试验计划-休斯顿6”（STP-H6）等载荷，用于开展一系列试验和探测活动。

7月25日，SpaceX公司利用猎鹰-9运载火箭成功发射“龙”飞船，执行第18次“商业再补给服务”。此次“龙”飞船运送了约2500kg货物，包括：国际对接适配器-3（IDA-3）、航天员补给、数十项科学实验所需的材料等，此外还搭载了数颗立方体卫星。

12月5日，SpaceX公司用猎鹰-9运载火箭成功发射“龙”飞船，执行第19次“商业再补给服务”。此次“龙”飞船货运补给任务为“国际空间站”运送了2617kg货物，包括38项实验所需材料，以及站上设备、航天员补给等，此外还搭载了数颗立方体卫星。飞船携带了超光谱成像装置（HISUI），该装置由日本经济产业省开发，是下一代超光谱对地观测系统，将安装在“国际空间站”上，服务于石油、天然气、矿产、农业、森林、海岸监测等多个行业。

诺格公司“天鹅座”飞船提供2次“商业再补给服务”

4月17日，诺格公司（Northrop Grumman）利用安塔瑞斯-230（Antares-230）运载火箭从沃罗普斯发射场成功发射“天鹅座”货运飞船。此次任务中，“天鹅座”飞船为“国际空间站”运送了约3400kg有效载荷，包括研究设备、乘员补给和硬件等，还有28颗小卫星与飞船同时发射。此次任务的成功标志着诺格公司与NASA第一阶段“商业再补给服务”合同顺利完成。

11月2日，诺格公司首次使用推力优化的安塔瑞斯-230+运载火箭从沃罗普斯发射场成功发射“天鹅座”货运飞船。“天鹅座”飞船为“国际空间站”运送了约3700kg有效载荷，包括研究设备、乘员补给和硬件等。飞船上搭载了物理学、生物学等领域的科学实验设备，在轨开展宇宙环境探测实验、宇宙辐射防护、改善饮食、聚合物材料回收、遥操作、材料试验、生物钟研究等。

“天鹅座”飞船飞抵“国际空间站”

“追梦者”航天飞机

“载人龙”飞船无人飞行试验任务示意图

内华达山脉公司“追梦者”航天飞机研制进展顺利

内华达山脉公司在2018年底获准开始生产第一架全尺寸“追梦者”航天飞机。“追梦者”航天飞机利用运载火箭发射入轨，并能够再入大气层、水平降落在机场跑道上，预计重复使用超过15次，其上行运载能力5500kg，下行运载能力1850kg，同时还能在货舱内携带3400kg载荷返回大气层烧毁。

内华达山脉公司在洛马公司（LM）交付全复合材料机身后，于2019年10月公布“追梦者”航天飞机进入最后的总装和测试阶段，并瞄准在2021年4月前完成全部的总装和测试工作。同时，该公司确定选用联合发射联盟的发射服务，利用“火神”（Vulcan）运载火箭发射“追梦者”航天飞机，如果“火神”火箭研制进度延误，则采用其宇宙神-5（Atlas-5）运载火箭发射。

SpaceX公司“载人龙”飞船成功开展无人飞行试验

3月2日，美国SpaceX公司在肯尼迪航天中心第39A发射台利用猎鹰-9运载火箭成功将“载人龙”飞船发射入轨，开展无人飞行试验任务。“载人龙”飞船顺利完成与“国际空间站”的交会对接，并于3月8日再入返回。该任务是NASA“商业乘员计划”(CCP)的重要组成部分，也是商业建造并运营的美国载人飞船的首次发射。

4月20日，在肯尼迪航天中心1号着陆区简易试车台开展的“载人龙”飞船静态点火试验中发生爆炸，飞船损毁严重。事故调查认为飞船上意外泄露的四氧化二氮进入高压氦管引发连锁反应，导致止回阀内的结构失效并引起爆照。SpaceX公司表示将在未来所有“载人龙”飞船中更换这些部件，确保爆炸和泄漏不会再次发生。

波音公司“星际客船”开展无人飞行试验

11月4日，波音公司在白沙导弹试验场成功开展“星际客船”发射逃逸系统试验。“星际客船”在发射逃逸发动机、轨道机动和姿态控制发动机的作用下，飞至最高约1350m，并利用降落伞减速、气囊缓冲着陆。此次试验原计划使用3具主伞，实际只打开了2具，另一具降落伞由于引导伞和主伞之间的连接销钉插放不当而未能打开。除降落伞外，此次发射逃逸试验的各环节均正常工作，并证明了在只有2具降落伞情况下系统的安全性。波音公司宣布将通过调整装配程序，确保销钉安装正确。

12月20日，“星际客船”搭乘宇宙神-5运载火箭从卡纳维拉尔角空军基地第41发射台成功发射。“星际客船”原计划与“国际空间站”对接并停靠一周，由于船箭分离后飞船计时器异常导致未能进入预定轨道，NASA和波音公司采取紧急处置措施将飞船送入安全轨道。飞船开展一系列在轨技术验证后返回地球，于美国山地标准时间12月22日安全着陆在白沙导弹基地。“星际客船”成功返回，标志着无人轨道飞行试验完成。NASA和波音公司总结称，此次任务没有进行飞船与“国际空间站”的交会对接，但成功进行了火箭发射、飞船再入返回，并对“星际客船”上大多数系统进行了在轨验证。

“星际客船”透视图及外形图

3 美俄加速推进载人月球探测计划

美国快速推进“阿尔忒弥斯”计划

美国特朗普政府《航天政策1号令》（SPD-1）调整了载人航天发展方向，提出载人重返月球计划。2019年，美国国家航天委员会第五次会议要求进一步加速重返月球，要在2024年前将美国航天员送上月球表面。

为 此，NASA调整了相关任务安排，提出“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划整体分两个阶段实施，第一个阶段关注速度，计划在2024年实现载人登月；第二个阶段关注可持续性，将支持月面长期活动，并为载人火星探测做准备。

“阿尔忒弥斯”计划由地-月运输系统（运载火箭、载人飞船、货运飞船）、月球轨道空间站、月球轨道-月球表面运输系统（月球着陆器）、月球表面系统（月球基地）、月球-火星运输系统（深空运输飞船）、火星表面系统（火星基地）等部分构成。2019年5月，NASA选择加拿大麦克萨技术公司（Maxar Technologies）为其开发月球“门户”空间站的首个舱段—动力和推进组件（PPE）。同年7月，NASA发布载人着陆系统工作草案，计划通过公私合作方式开发集成着陆器，目前已经选定11家企业开展相关研究，最终计划选择最多两家公司为2024年任务开发初始着陆器。载人飞船方面，“猎户座”飞船于2019年7月成功进行发射中止系统试验，模拟发射过程中飞船经受最大动压的情况下的逃逸能力。NASA和洛马公司计划通过可重复使用部件将长期使用成本降低50%。NASA于9月23日授予洛马公司长期生产“猎户座”飞船的合同，内容涵盖了12艘飞船，足以满足21世纪30年代NASA的需求。

“阿尔忒弥斯”系统登陆月球设想图

“雄鹰”载人飞船

俄罗斯推进自主载人月球探测系统研制

俄罗斯方面正按照俄罗斯联邦航天规划研制新一代载人飞船—通用版“雄鹰”飞船[此前名为联邦号（PTK NP）飞船]，该飞船可用于执行近地轨道飞行和飞往月球的任务，同时具备以第二宇宙速度返回的能力。“雄鹰”飞船计划于2023年从东方航天发射场搭乘安加拉-A5P（Angara-A5P）火箭进行首次试验发射；2024年和2025年分别进行无人飞行和载人飞行前往“国际空间站”；2026年和2027年飞船仍将采用“安加拉”系列火箭进行发射；2028年计划采用“叶尼塞”（Yenisei）超重型系列火箭进行首次发射，同年完成飞船的飞行测试工作并投入运营；2029年飞船开始进行绕月飞行；2030年飞船将俄罗斯航天员送达月球表面。目前有2艘“雄鹰”飞船正在研制过程中，第一艘是全尺寸原型飞船，主要用于搭乘安加拉-A5P火箭和超重型火箭进行试验飞行；第二艘则是真正可重复使用（10次飞行）的飞船，用于飞行测试及后续运营。

4 结束语

2019年，世界载人航天取得了快速发展。近地轨道方面，“国际空间站”深化商业应用，“载人龙”飞船、“星际客船”等新型载人航天器成功开展试验成为本年度的重大突破，尽管遭遇波折，但均未造成重大损失，载人航天活动稳步推进。载人月球探测方面，美国提出加速载人重返月球，“门户”地月空间站、月球着陆器、“猎户座”飞船等系统研制进展顺利，欧洲、日本、加拿大等国积极参与；俄罗斯方面瞄准2030年载人登月，着力发展新型的“雄鹰”载人飞船，研制进展顺利。整体而言，主要航天国家均积极谋划，推动载人航天活动可持续发展，并迈向更远的深空。