2019年世界航天发展重要进展

文|方勇 军事科学院军事科学信息研究中心

2019年，主要航天国家持续加强航天建设；低轨小卫星星座蓬勃发展，引人关注；商业航天快速发展，将深刻影响未来航天发展格局；航天前沿技术不断取得新突破，推动航天领域创新发展。

一、战略谋划与航天力量建设

1.美国正式组建独立天军

2019年12月20日，美国总统特朗普签署《2020财年国防授权法案》，从而宣告作为美第六大军种的美国天军正式组建，作为空军内部一个独立的军事部门。天军设立精简化总部机构，以最大限度利用资源建立太空作战能力；在空军内增设一位文职天军副部长，专门负责管理天军；设立一名天军参谋长，作为参联会成员，同其他军种一样，可独立发挥作用。除天军总部外，天军还包括作战、采办、系统开发、训练、教育以及其他职能。成立太空司令部，负责太空作战力量运用，实现太空作战的统一指挥控制，现任美空军航天司令部司令约翰·雷蒙德将担任首任司令。太空司令部职能包括为美军地面部队的卫星导航和即时通信提供技术及安全保障，保护美国太空资产，防止他国对美国卫星进行破坏以及对他国导弹发射活动进行监测预警。

2.印度成立军事航天统管专研部门

2019年4月，印度政府安全委员会批准成立国防航天局，负责管理、指挥和控制军用航天装备（包括反卫能力），同时还肩负制定印度太空战略、维护太空利益和应对太空威胁等职能。国防航天局总部设在班加罗尔，由来自陆、海、空三军约200人组成，负责人为空军少将级官员。国防航天局将逐步接管三军的太空资产，以及国防图像处理与分析中心和国防卫星控制中心等，实现印度军用航天装备的集中统一管理。6月，印度政府安全委员会批准成立国防航天研究组织，负责研发太空作战武器系统和相关技术，发展与国防应用相关的太空能力，为国防航天局提供技术支撑。该机构设在班加罗尔，2019年底投入运行，研究军事航天相关的科技问题，包括太空态势感知、太空情报监视侦察，以及尖端的攻防武器系统和技术，如定向能武器、电子战武器、杀手卫星等。该机构的成立标志着印度军用和民用航天项目研发实现分立，军用航天装备和技术项目将步入专管专研之路。

建设太空态势感知控制中心。8月，印度正式在班加罗尔启动建设太空态势感知控制中心，用于监视和保护高价值的太空资产免受太空碎片逼近与碰撞。印度当前的太空态势感知装备规模较小、且性能较弱，目前具备的避撞、抵近分析以及太空碎片建模等能力主要依赖于美国北美空天防御司令部提供的卫星轨道参数。新建的太空态势感知控制中心将整合印度观测设施跟踪到的失效卫星数据，通过分析生成有用信息，用于保护印度太空资产免受失效卫星、轨道物体碎片、近地小行星和不利太空天气条件的影响。

3.法国加强军事航天力量建设

2019年，法国发布太空防御战略，并成立太空司令部，积极推进军事航天力量建设。一是发布太空防御战略。7月26日，法国发布《2030年太空防御战略》，提出为确保战略自主权，法国已将发展太空力量视为国防优先事项。该战略提出两大目标：保护本国卫星，识别不友好或敌对行为，对其进行分析；捍卫包括军事、商业、盟国和欧盟卫星在内的太空利益。主要措施包括：加强太空防御理论研究，组建空天军，加强军民航天协调，优先发展太空态势感知能力，维持天基信息支援能力，发展弹道导弹防御能力，加强航天知识培训等。二是成立太空司令部。2019年9月3日，法国国防部长佛罗伦萨·帕利签署法令，在空军内部成立太空司令部，总部设在图卢兹，人员编制为220人，将从联合太空司令部 、太空作战军事监视中心、军事卫星观测中心等机构抽调人员。

4.加拿大发布新版航天战略

3月6日，加拿大发布《探索、想象和创新：加拿大新航天战略》，主要内容包括：一是通过加入月球“门廊”项目保持领先地位。加拿大将参与美国领导的月球“门廊”项目，目标是成为全球下一阶段载人航天活动的主要领导国家之一。该项目将为加拿大航天员首次访问月球铺平道路，并将成为加拿大航天战略的重要支柱。加拿大将建造具有人工智能能力的下一代深空机器人系统；创造科学机遇和全球合作伙伴关系；保证加拿大未来的航天员项目。二是激励下一代人探索太空。稳定的高素质人才队伍对于创建和发展领先公司以维持加拿大在全球航天市场中的地位也至关重要。加拿大航天局将寻求更多机会让学生参与太空项目；举办全国性比赛招募“初级航天员”；组织航天员和其他航天功勋人士访问全国学校。三是利用太空解决日常难题。太空支撑着从国家安全到连接农村和偏远社区等各种活动。加拿大将利用太空连接各地的加拿大人；巩固安全和主权；改善远程医疗和卫生保健；加强对有营养价值的粮食作物的培育；支持未来安全通信。四是利用商业航天促进经济增长并创造就业岗位。为了使本国工业受益于全球快速增长的航天经济，加拿大将寻求监管改革，建立现代监管框架；建立市场准入机制，促进航天企业的诞生和发展；维持可以满足未来太空需求的国内工业基础；巩固和扩大国际合作伙伴关系；与业界合作，在加拿大投资和创造就业机会。五是确保在获取和使用天基数据方面的领先地位。从太空资产中收集的数据使加拿大政府能够做出有理有据的决策，保护人民安全，监测和保护环境，支持众多相关经济部门，并使加拿大成为全球安全和国防网络的重要合作伙伴。这些数据不仅对于将其转化为创新应用的企业至关重要，而且是加拿大尖端科学的基础。加拿大将收集气候变化数据；重视发展对地观测能力；支持数据分析；推动对地球及其他太空区域的空间科学研究。

二、进入空间

1.俄罗斯加快重型运载火箭发展

2019年1月3日，俄罗斯航天国家集团公司总经理罗戈津签署“叶尼塞”重型运载火箭研制日程计划表，计划2028年实现该火箭首飞。1月26日，罗戈津在能源火箭航天公司公布了重型火箭的设计方案。此外，俄罗斯还考虑研发后继型“顿河”重型火箭，用于帮助俄罗斯建立月球基地。

根据俄罗斯相关规划文件，“叶尼塞”重型火箭基本型的近地轨道运载能力至少为80t，极月轨道运输能力至少为20t；升级型号分别将逐步增加到140t和27t；其主要任务是将俄下一代联邦号载人飞船（20t）送入月球轨道进行月球表面探索，也可为美国大椭圆轨道的“月球轨道平台-门廊”提供运输服务；2028年首飞后，每年发射两次（同一发射台）。后继型“顿河”火箭将在“叶尼塞”的基础上，再增加一级氢氧发动机火箭，使其近地运载能力达到130t，可用于发射俄罗斯的月球基地模块。“顿河”的首飞时间将在2023年之后。

2.德国研发下一代火箭回收技术

德国航空航天中心正在研发下一代火箭回收技术。该技术将实现在空中对火箭助推器进行回收，其过程为：一种带翼的一级助推器在高空与火箭主体分离，在降落过程中被飞机捕获并拖回地面。德国航空航天中心计划使用无人机借助“空气动力学控制的捕获装置”，在距离火箭一级助推器上方2～8km位置与其对接。与猎鹰九号火箭相比，该回收方式具有3种优势：一是无需预留火箭返回推进剂，大幅提升运载能力。美国太空探索技术公司（SpaceX）在回收猎鹰九号火箭一级助推器时，需要预留推进剂，用于猎鹰九号火箭返回地球时减速着陆。德国航空航天中心研发的下一代火箭回收技术无需为返回预留推进剂，使火箭运载能力大幅提升。二是可降低整个火箭推进系统重量，为火箭提供额外的性能优势，如更强的机动性与灵活性。三是可以规避发动机输出功率控制、着陆缓冲等技术难题。

三、利用空间

1.美国SpaceX公司启动太空互联网星座大规模部署

2019年5月，SpaceX公司利用猎鹰九号火箭将首批60颗“星链”太空互联网卫星送入轨道，标志着史上最大规模卫星星座的组建正式启动。11月11日，SpaceX公司再次利用猎鹰九号火箭将第二批次60颗“星链”卫星送入轨道。太空互联网星座一旦建成，不仅可能改变未来互联网的接入方式，而且将具有极强军事应用潜力。

“星链”计划的目标是利用大量低轨运行的高通量卫星，组成星座为全球提供太空互联网服务。“星链”星座将由11927颗卫星组成，分布于三个轨道面：首先在高度为550km的轨道部署1584颗Ka和Ku频段卫星，随后在1150km轨道部署2825颗Ka和Ku频段卫星，在340km轨道部署7518颗V频段卫星。按照计划，“星链”星座在轨卫星将于2020年达到720颗，形成初步服务能力；整个星座预计2027年完成建设。“星链”星座的研制和部署费用预计需要100亿美元，后期维护和升级费用预计需要300亿美元。

“星链”星座具有全覆盖、大带宽、低延迟、自主防碰撞、自动离轨减少太空碎片的优点，将对美未来太空能力建设产生重要影响：一是可能变革互联网的接入方式。“星链”星座将使全球任何地点都能不受限制地接入互联网，特别是目前无条件上网或无法正常上网的30亿人口，真正实现“全球互联”的地球村概念，远程医疗、远程教育、视频会议、在线游戏等远程在线服务将更加普遍。二是军事应用潜力巨大。可为美军提供高速卫星通信服务。美空军2019年向SpaceX公司资助2800万美元，专门研究“星链”计划为军用飞机提供通信服务；目前已在部分飞机上安装天线，以验证与“星链”星座的互联。

2.美国防部太空发展局发展“下一代太空架构”

2019年7月1日，美国防部太空发展局发布文件，阐述下一代太空架构，将包括7层小型通信卫星网络：一是空间传输层，提供全天时的数据和通信的全球网络；二是跟踪层，提供导弹威胁跟踪、定位和预警；三是监管层，提供所有已识别的关键时敏目标的全天候监管；四是威慑层，提供空间态势感知，探测和跟踪太空中的物体，帮助卫星避免碰撞；五是导航层，在GPS服务受限或不可用情况下，提供可替代的定位、导航与授时服务；六是战斗管理层，包括人工智能增强的指挥、控制和通信网络，提供任务优化、星载处理和传播能力；七是支撑层，地面指挥控制设施、用户终端，以及快速响应发射服务。

3.欧洲“伽利略”卫星导航系统服务中断

2019年7月11日起，欧洲“伽利略”卫星导航系统经历了从服务降级到服务全面中断，再到服务恢复的过程。这是迄今为止，全球卫星导航领域发生的最重大的事件之一，引发各界密切关注，将对全球卫星导航领域未来发展产生重要影响。7月11日9时起，“伽利略”系统全部卫星的导航服务出现降级，信号无法满足服务定义文件中的最低性能标准；7月12日9时开始系统停止服务、信号不可用。其间，欧洲全球导航卫星系统服务中心星座状态页面显示，22颗“伽利略”卫星为无法使用，原因是服务中断。

此次故障原因，普遍分析是地面运行控制系统出现问题。此次事故表现为整个系统服务出现问题，根源应该不是分散部署的卫星，大概率是由地面系统诱发，具体是软件还是硬件故障尚难明确。有消息称是意大利的“精确授时设施”出现问题，该设施是配备若干铯原子钟和一个氢原子钟的地面站，负责生成“伽利略”系统时间，上传到卫星后帮助用户进行定位。类似环节的软硬件故障，必然会造成全局性影响。“伽利略”系统此次故障与服务的全面中断将对其用户信心产生重要影响，对“伽利略”系统在全球卫星导航应用市场发展极为不利，轻则造成市场拓展难度增加，重则可能全面影响其生存和发展。在网络安全威胁日益增长态势下，卫星导航地面运行控制系统的网络安全，正在成为卫星导航系统能否安全、持续、稳定运行的重要因素。因此，必须高度重视卫星导航地面运行控制系统网络安全能力的研发与建设。

四、深空探测

1.NASA发布《月球探索战略计划》

5月23日，美国国家航空航天局（NASA）发布《飞向月球：NASA月球探索战略计划》。该文件详细阐述了NASA最新的“阿尔忒弥斯”载人登月计划，计划2024年将首位女航天员送上月球，在2028年建立月球永久基地、在月球周围开展持续性载人探索，为火星任务做准备。NASA将“使用一切必要手段”，以确保重返月球任务成功。

该计划将分两阶段实施：第一阶段，2024年载人登陆月球南极。执行三次由NASA主导的飞行任务：①阿尔忒弥斯1。2020-2021年用“航天发射系统”重型火箭发射“猎户座”载人飞船，完成箭船集成的无人飞行探测任务。②阿尔忒弥斯2。2022年执行“猎户座”飞船载人绕月飞行测试任务。③阿尔忒弥斯3。2024年执行载人登陆月球表面任务。

建设极简版“门廊”。由NASA 负责，工业界和国际伙伴参与，2024年完成极简版“门廊”建设。2024年航天员到达“门廊”后，利用商业火箭发射的载人月球着陆系统的转移级，将航天员从“门廊”送到近月轨道，系统的下降级将携带航天员着陆月面；完成任务后，上升级将携带航天员返回“门廊”。

开发商业月球着陆器。根据NASA“商业月球有效载荷服务”计划，开发无人商业月球着陆器，为NASA提供有效载荷运输服务，发射着陆于月球极区和非极区的着陆器与巡视器，开展月球原位资源初步利用研究，增强月球科学探索能力；为NASA开发包括转移级、下降级和上升级在内的载人月球着陆系统，用于2024年载人登月。

第二阶段：对月球及火星进行可持续的载人探索。2025-2027年每年执行1次、2028年执行两次载人登月任务，在月球表面部署基础设施，实现在月表长期探索。

2.日本规划首版《空间科学技术发展路线图》

5月7日，日本内阁府宇宙政策委员会就首版《空间科学技术发展路线图》组织研讨，规划确保空间科学探索可持续发展所需的技术发展路线：①太阳系科学探测：重点开展月球和火星着陆探测；逐渐向木星、土星等更远天体探测拓展；通过小型探测器编队飞行开展太阳物理学探测。②空间运输系统：重点开发以发射小型空间探测器为主的“艾普斯龙”系列运载火箭；开发低成本、可重复使用运载器，以实现高频次的地球轨道和太阳系行星间运输；开发微卫星所需推进系统、电力、通信和热设计等技术。③天体物理学探测：以宇宙起源演化、太阳系行星形成过程及生命探索为目标，重点突破高性能空间冷却器技术、轻质光学系统技术、编队飞行技术和干涉仪技术等。

3.日本隼鸟二号探测器成功实施小行星探测

2019年4月5日，日本隼鸟二号探测器发射“小型便携式撞击装置”（SCI），对“龙宫”小行星表面进行爆破冲击，以获取小行星内部岩石样品。这是SCI的首次太空试验，不仅验证了该装置的有效性，而且初步展示了其作为空间对抗武器的潜力。隼鸟二号探测器于2014年发射，经过长期自主导航，2018年6月进入“龙宫”小行星轨道，实现与小行星的交会，完成一系列探测任务，将于2020年底返回地球。主要探测任务包括：小行星表面探测，发射金属弹子撞击小行星采集表面尘埃，释放SCI爆破撞击小行星采集地下岩石样品等。

4.印度首次尝试月球软着陆失败

2019年9月7日，印度月船二号探测器的“维克拉姆”着陆器按计划下降到距月球表面2.1km高度时与地面失联。印度首次进行月面软着陆的尝试以失败告终。

月船二号任务是印度深空探测领域有史以来最复杂的探测任务。月船二号由轨道器、着陆器和巡视器组成，计划一次性执行“绕、落、巡”等多项探测任务，探索人类从未探索过的月球南极地区。该任务的工程目标是验证月面软着陆能力及相关技术；科学目标是通过月面地形研究和矿物学分析、月球大气组成分析等，加深对月球起源和演化的了解。

月船二号探测器于7月22日由“地球同步轨道卫星运载火箭”（GSLV Mk-Ⅲ）成功发射升空；9月2日着陆器与轨道器成功分离；9月7日着陆器进入动力下降阶段，下降之初一切正常，但在离月面2.1km时与地面控制中心的通信中断，失去联系。根据实时接收数据与任务设计轨道的对比曲线，着陆器在通信失联时同预定着陆点存在约1km的水平偏离。