2021年全球深空探测领域发展综述

王帅（北京空间科技信息研究所）

2021年，深空探测领域在疫情影响下依旧迸发出强大活力，中美阿三国火星探测器成功抵达火星，全球发射3次深空探测任务，“帕克太阳探测器”（PSP）等在轨任务实现新的探索里程碑，同时多个政府和商业探测任务蓄势待发。各国政府继续推动以月球和火星为重点的太阳系探测，地月空间经济圈吸引越来越多商业力量进驻，与此同时美军开始加速布局地月空间活动能力，深空探测领域正迎来参与者爆发、从探索迈向应用的转型发展期。此外，美国将深空领域视为推动新太空国际规则的重要着力点，推动国际联盟与秩序的建立。

1 整体情况概述

中美阿探测器成功抵达火星，实现多项成就

2021年2月，中国天问一号、美国“火星2020”（Mars 2020）以及阿联酋“希望”（Hope）探测器成功抵达火星。之后，“火星2020”携带的毅力号（Perseverance）火星车在火星表面着陆，其携带的机智号（Ingenuity）火星直升机试飞成功，实现人类首次在地球以外的星体上成功放飞旋翼飞行器。“希望”探测器成功进入火星轨道，标志着阿拉伯世界登上深空探测舞台。中国天问一号实现火星“绕、着、巡”探测，成为美国着陆器之外唯一成功着陆火星的探测器，在火星上留下中国印记。

毅力号火星车与机智号火星直升机（来源：NASA）

美国多次发射新型探测任务，增进领先优势

美国国家航空航天局（NASA）发射“露西”（Lucy）小行星探测器，将首次探测木星轨道上的“特洛伊”小行星；发射“双小行星重定向测试”（DART）任务，首次试验用于改变小行星运行轨道的动能撞击技术，为防止小行星撞击地球奠定技术基础；发射迄今为止尺寸最大、功能最强的空间望远镜——“詹姆斯·韦伯空间望远镜”（JWST），补充和扩展“哈勃空间望远镜”（HST）的发现，以更长的波长覆盖范围和更高的灵敏度探索宇宙。新的小行星探测与科学观测任务，不仅将为人类揭示宇宙起源与演化等基本问题提供新的信息，还将推动多项新型航天技术的发展，进一步巩固美国在深空探测领域的领先优势。

多类任务稳步推进探索进程，取得新的突破

美国“帕克太阳探测器”在第八次飞越太阳期间，成功穿过太阳大气的最外层——日冕，并采集了粒子和磁场数据，成为首个“接触”太阳的航天器。毅力号火星车成功利用火星稀薄大气制氧，为载人火星探测铺平道路。“欧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星采样返回探测器完成采样和探测，告别贝努小行星，开始返回地球的旅程。欧洲和日本合作的“贝皮·科伦坡”（Bepi Colombo）水星探测器首次近距离飞越水星，并拍摄了水星图像。

“双小行星重定向测试”（来源：NASA）

“詹姆斯·韦伯空间望远镜”（来源：NASA）

“帕克太阳探测器”（来源：NASA）

多次任务进入最终准备阶段，即将开启征程

受疫情、经济、技术等因素影响，原定于2021年发射的多次深空探测任务推迟至2022年后发射，包括美国的阿尔忒弥斯-1（Artemis-1）任务，俄罗斯的月球-25（Luna-25）任务，印度的月船-3（Chandrayaan-3）任务，NASA“商业月球有效载荷服务”（CLPS）计划的前两次任务—宇宙机器人公司（Astrobotic）的“游隼”（Peregrine）着陆器任务和直觉机器公司（Intuitive Machines）的新星—C（Nova-C）月球着陆器任务，以及NASA“地月空间自主定位系统技术操作与导航试验”（CAPSTONE）立方星任务等。上述任务以及原本计划2022年发射的欧俄联合“火星生物学”项目第二次任务、日本“小型月球探测着陆器”（SLIM）、NASA“赛琪”（Psyche）金属小行星探测任务等，均已进入最终准备阶段，即将开启新的征程。

2 发展态势分析

以月球火星为重点推动太阳系探测

在美国重返月球计划和载人火星探测终极目标的牵引下，全球探索活动继续聚焦月球和火星两大目标。月球探测方面，NASA的“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划正推动载人与无人相结合的探测方式；俄罗斯推进“月球”系列探测任务的发展；日本和印度正发展月球软着陆任务—“小型月球探测着陆器”和月船-3；韩国推进首次月球任务—“韩国探路者月球轨道器”（KPLO）的研制工作；土耳其则宣布计划开展月球探测任务。火星探测方面，美欧联合开展的火星采样返回计划已经进入实施阶段，NASA已经授出“火星上升推进系统”（MAPS）的研制合同；欧俄合作的“火星生物学”项目第二次任务、印度曼加里安-2（Mangalyaan-2）任务等也将陆续起航；NASA和加拿大、日本、意大利签署有关合作开展“火星冰测绘仪”（MAP）任务的意向书，该任务将作为火星载人探测任务的先驱，寻找火星表面的冰层。

此外，美欧等国还在推进小行星、巨行星以及太阳等目标的探测任务，持续拓展人类的探索疆域。阿联酋也提出了2028年左右发射小行星带探测任务。金星探测在沉寂多年之后，再次受到世界关注，NASA和欧洲航天局（ESA）相继选定新的金星探测任务，包括NASA的发现级任务“达芬奇+”（DAVINCI+）和“真相”（VERITAS）以及ESA的“宇宙愿景”计划中型任务“预见”（EnVision），三项任务计划在2030年左右发射，共同为科学界提供新的金星探测数据。

商业力量广泛进驻深空探测领域

美国在推动“阿尔忒弥斯”计划时，正将拥有能力转变为采购服务，牵头创造一个可持续的月球市场环境，全方位推进月球探测的商业化。在CLPS计划下，NASA通过购买商业公司开发的着陆器将有效载荷交付至月球表面。截至2021年12月底，NASA已经向美国宇宙机器人、直觉机器、萤火虫航天（Firefly Aerospace）、马斯滕空间系统（Masten Space Systems）等4家公司授出了7项任务订单。日本ispace公司已融资约2亿美元，计划于2022年发射的首次任务的所有有效载荷已经就绪，包括日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）开发的小型“可变形月球机器人”，阿联酋穆罕穆德·本·拉希德航天中心开发的月球车等。以色列的太空以色列公司（SpaceIL）也正推进创世纪-2（Beresheet-2）任务，将再次挑战月球软着陆。

随着月球探测任务的增多，美欧已经开始推动商业力量建立月球通信与导航网络，服务于未来的载人与无人探测任务，降低任务实施门槛以及任务成本。NASA正在“阿尔忒弥斯”计划下推动“月球网”（LunaNet）的建立，该网络预计将为月球及其周围的航天器提供中继通信与导航信息服务。NASA的CAPSTONE立方星任务将验证“门户”（Gateway）地月空间站的运行轨道，同时测试导航系统。ESA正与商业伙伴合作推动“月光”（Moonlight）计划，将建立商业月球通信和导航服务系统，首次任务“月球探路者”计划于2023年发射。此外，美国空间飞行公司（Spaceflight）也计划验证月球飞行共乘服务，为未来月球任务提供共乘机会。

美军开始加速布局地月空间活动能力

在民商月球探测快速推进的同时，美国防部提出地月空间与国家利益绑定，需要实施地月空间军事活动以保护国家利益，进而开始推动地月空间相关活动的发展。美军正融入国家“重返月球”战略，与民商协同发展地月空间技术，积极推动发展“地月空间高速公路巡逻系统”（CHPS）和“敏捷地月空间飞行火箭验证”（DRACO）项目，增强地月空间态势感知和机动能力。

在DRACO计划下，美国国防高级研究计划局（DARPA）授予美国通用原子公司（GA）以及洛马公司（LM）和蓝源公司（Blue Origin）合同，用于设计太空推进用小型核反应堆，并开展航天器概念设计。DARPA还宣布一项名为“新型轨道和月球制造、材料和高效率设计”的新项目，期望在月球上制造大型结构，可能用于侦察、感知和资源开采等应用。美空军研究实验室发布《地月空间基础》报告，为参与开发计划、能力、专业知识和作战概念的军事航天专业人员普及“地月空间”基础知识。空军研究实验室召开地月空间利益相关者会议，与政府航天机构共同协调围绕地月空间能力的活动。

美国牵头推动深空领域新联盟与新规则

在百年之未有大变局下，美国认为新的、由其主导的太空国际规则具有重要战略价值，将国际规则博弈提升到了很高的战略位置，在新版《国家航天政策》首条原则中强调“负责任的太空行为”，在目标中新增“鼓励和维护各国负责任和平利用太空的权利”，明确提出“将价值观输出到所有太空目的地”。深空探测作为航天前沿领域，原有国际规则对其中的多项活动缺乏具体的要求与监管，同时该领域由美国全面主导，其话语权最强，因此美国将深空探测领域视为推动新太空国际规则的重要着力点。

近年来，美国积极推动深空探测领域的国际联盟与规则制定，意欲推动“适用于解决21世纪太空安全和商业活动的基础太空条约”。合作方面，美国正通过“阿尔忒弥斯”计划广纳国际合作伙伴参与。2021年，韩国、新西兰、巴西等国家签署了《阿尔忒弥斯协定》，进一步扩大了新太空联盟；同时加强与欧洲航天局在科学探测领域的合作，推动火星采样返回计划并谋划在21世纪30年代期间协同开展金星探测任务。规则方面，美国正引领国际空间资源法的制定，日本也于2021年跟随美国制定空间资源法；同时美国还正引导新的行星保护规则并推动全球行星防御活动，为其制定空间行为法则奠定基础。

3 小结

2021年，深空探测继续彰显出强大的活力与影响力，多国多类型的探测器取得重大进展，商业和军事力量开始进驻地月空间，推动地月空间从传统的科研与探索区向经济与军事区发展。需要注意的是，在新兴的地月空间发展热潮中，美国正推动联盟发展、规则博弈与资源抢占，引导国际合作伙伴认同其价值观，保障美国在太空领域的国家利益。