2023 年国外载人航天发展初步分析

廖小刚，李建辉

（1.军事科学院， 北京 100142； 2.中国航天员科研训练中心，北京 100094）

1 引言

2023 年，国外主要航天国家的载人航天活动继续围绕月球以及国际空间站持续开展。 美国继续大力推进阿尔忒弥斯载人登月计划，加紧组装第二枚航天发射系统（Space Launch System，SLS）火箭与猎户座飞船，为即将于2025 年发射的阿尔忒弥斯－2 任务做好准备；同时布局国际空间站2030 年后的发展，实现近地轨道活动的持续稳定发展。 俄罗斯高度重视载人航天的发展，在筹划建设自己的近地空间站的同时，积极规划未来的深空探测活动，计划在2040 年前实现载人登月，2050 年前建立月球基地。 欧洲将发展独立的载人航天能力确定为未来的载人航天探索工作的重点，提出以货运飞船为基础研制载人飞船，继而具备独立将欧洲航天员送入太空的能力。 印度积极推动首次载人航天飞行任务准备，完成首次逃逸飞行试验，同时制定建设未来近地轨道空间站与实现载人登月的目标。 商业载人航天继续快速发展，不仅有力支撑美国的阿尔忒弥斯月球探测计划，同时成为更多国家开展载人航天活动的主要渠道。 国际空间站投入运营已满25 年，并将继续服役至2028 年，在推动深空载人探索技术与地球科学技术发展等方面将发挥更大作用。

2 战略与规划

2023 年，美国、俄罗斯、欧洲、日本、印度等国家和航天组织，继续推进载人航天建设，以载人登月和近地轨道活动牵引各自相关能力建设。

2.1 美国

美国不断推进载人登月与国际空间站建设，但由于月球载人着陆系统等存在进度延迟的问题，2025 年载人登月的目标将推迟到至少2026年。 2023 年3 月，NASA 发布2024 财年预算［1］，载人航天相关预算同比增加 6.8%， 达到125.05 亿美元，占NASA 总预算的46%，重点资助航天发射系统重型火箭、猎户座载人飞船、门户月球空间站、月球载人着陆系统以及国际空间站等。 同月，美国发布《美国近地轨道开发战略》［2］，提出美国在近地轨道研发的5 项战略政策目标，旨在确保美国在未来几十年内仍然是国际空间轨道平台和其他空间研究设施的全球领导者。

为推进载人登月与火星探测，NASA 于3 月成立从月球到火星办公室［3］，负责从月球到火星任务所需的硬件研发、任务集成和风险管理，包括航天发射系统火箭、猎户座飞船、月球门户空间站、载人着陆系统以及与深空探测相关的其他事项。

由于星舰月球载人着陆系统存在较大技术风险以及月球航天服进度延迟，美国载人登月时间可能进一步推迟。 NASA 负责探索系统开发的副局长弗里6 月称［4］，由于星舰月球载人着陆系统需要10 余次轨道对接与燃料加注，存在较大技术不确定性，载人登月将从2025 年推迟到2026 年。美政府问责局则于2023 年11 月发布《NASA 阿尔忒弥斯计划：载人登月面临多重挑战》报告称，载人登月任务将至少推迟至2027 年［5］。 尽管遭遇了诸多困难与挑战，但美国仍在继续推进载人登月计划的实施，强调将继续坚持探索月球和载人登陆火星的长远目标，以期在2040 年实现载人登陆火星的目标。

2.2 俄罗斯

俄罗斯尽管多项计划与系统研发遭遇故障和延迟，但推动载人航天发展的决心并未受到影响。总统普京2023 年10 月表示［6］，不发展航天，国家就无法获得崇高地位；没有载人航天，就不能有效发展航天及太空服务。 11 月，俄罗斯联邦载人航天系统总师弗拉基米尔·索洛维约夫公布俄罗斯月球基地建设路线图［7］，提出将于2031—2040 年实现载人登月，2041—2050 年建设月球基地，并开展月球资源开采和原位资源开发工作。 考虑到俄罗斯目前重型运载火箭仍未开始研制、载人飞船首飞也被延迟到2028—2029 年，未来能否如期实现载人登月，还将面临较大不确定性。

2.3 欧洲

欧洲航天局在与俄罗斯全面中断航天合作之后，对拥有独立载人航天的能力更加迫切。 2023年3 月，欧洲航天局负责制定未来欧洲载人航天发展计划的高级别咨询小组发布首份研究报告［8］，呼吁使用更商业化的方法发展独立的载人航天能力，包括商业载人飞船和商业空间站，并在十年内实现载人登月。 根据该报告，在11 月召开的峰会上，欧洲航天局启动商业货运飞船计划［9］，用以在2028 年提供国际空间站货运服务，并在此基础上研制载人飞船。

2.4 日本

日本高度重视载人航天及太空探索，希望通过国际合作实现近地轨道开发与月球探测活动。2023 年1 月，日美两国签署《太空探索及利用外层空间框架协议》［10］，再次重申将日本航天员送上月球的承诺。 6 月，日本发布新版《宇宙基本计划》［11］，对日本未来十年在航天领域的政策和主要活动进行了规划。 《宇宙基本计划》将载人航天及太空探索确定为未来太空发展的四大目标之一，明确要求继续研发下一代HTV⁃X 飞船，参与国际空间站建设；同时积极参与美国阿尔忒弥斯计划，实现载人登月与月球基地开发。

2.5 印度

印度继续推进首次载人航天飞行准备工作，并开始规划未来空间站及月球基地建设。 2023年10 月，总理莫迪召开专题会议［12］，讨论印度首次载人航天飞行任务及未来太空探索目标，要求制定新的、更远大的太空探索目标，包括2035 年建立月球空间站、2040 年载人登月。 同月，印度完成载人飞船逃逸系统测试［13］，为2025 年的载人飞船首飞奠定基础。 印度空间研究组织主席索马纳特11 月在印度测绘年会上称［14］，该组织已经根据莫迪的指示，制定了太空探索综合路线图，即2035 年建立空间站，2040 年使用国产硬件将印度航天员送上月球表面，以及在2047 年即印度独立100 周年时建立月球基地，并成为全球航天超级大国。 为此，印度空间研究组织需要开展一系列载人航天、月球探测等任务，并研发新的重型运载火箭，最终实现月球商业运营，包括采矿、运营深空任务和月球旅游等。

2.6 其他国家

2023 年，更多国家希望参与载人航天活动与月球探测任务。 捷克、西班牙、厄瓜多尔、阿根廷、德国、荷兰、冰岛、保加利亚、安哥拉等9 个国家，先后与美国签署《阿尔忒弥斯协定》［15］，使得签署该协定的国家总数达到33 个（图1）。 瑞典、波兰都提出了将本国航天员送入太空的计划［16⁃17］，以提升国家威望和国际形象，并带动太空技术发展。

图1 33 个国家签署《阿尔忒弥斯协定》［15］Fig.1 33 countries sign Artemis Agreement［15］

3 主要载人航天系统

3.1 新型运载火箭首飞推迟

2023 年，原定于该年首飞的美国超重－星舰、火神与新格伦火箭、俄罗斯的联盟5 火箭、日本的H－3 火箭以及欧洲的阿里安6 火箭都因遭遇技术难题，未能如期实现首飞或是首飞失败。

美国超重－星舰系统分别于2023 年4 月和11 月进行2 次综合飞行试验［18］（图2），2 次均未能成功入轨。 但在第二次试验中，超重－星舰取得部分成功，实现多个重要目标，包括：一级33 台发动机全程持续工作；超重助推级和星舰飞船级实现热分离；飞船6 台发动机长程点火工作。2024 年，超重－星舰系统还将继续开展飞行试验［19］，通过反复迭代进行火箭的升级改造，最终实现发射入轨的目标。 火神［19］和新格伦火箭［20］原定2023 年首飞，但由于发动机在试验中出现故障，导致首飞将延迟至2024 年。

图2 超重－星舰第二次发射［18］Fig.2 Superheavy⁃Starship second launch［18］

俄罗斯将恢复叶尼塞重型运载火箭的研制工作，为未来的载人登月任务做准备。 2023 年4月，俄罗斯国家航天集团总裁尤里·鲍里索夫表示，俄总统普京已经批准叶尼塞重型运载火箭于2024 年重新启动设计工作［21］，整个研制与制造工作预计持续8 ～10 年，以保障俄罗斯的载人登月及月球开发等任务。 原定于2023 年度第四季度首飞的联盟5 火箭再次遭遇延误［22］，首飞时间被推到2025 年。 该火箭将取代现役联盟2 火箭，成为俄罗斯近地轨道运输的主力火箭，与美国的猎鹰和欧洲的阿里安系列火箭展开竞争。

日本的H－3 火箭首次发射失败，并开始考虑研发下一代可重复使用火箭（图3）。 2023 年3月，搭载先进光学卫星大地三号的H－3 火箭从种子岛宇宙中心发射［23］，由于火箭二级未能成功点火，导致卫星没有进入预定轨道。 日本宇宙航空研究开发机构于10 月完成事故调查研究［24］，计划于2024 年再次进行H－3 火箭的试射。 尽管H－3 火箭还未服役，日本已经开始考虑研发下一代运载火箭［25］。 该新型火箭将采用液氧－甲烷作为燃料，一级可重复使用，发射成本比H－3 降低一半，预计2030 年左右投入使用，将主要承担载人发射以及月球探测任务。

欧洲继续推迟阿里安6 火箭的首飞，欧洲发射能力出现缺口。 2023 年8 月，欧洲航天局局长阿什巴赫表示［26］，由于试验中出现多次故障，该局已决定将阿里安6 火箭的首飞延后至2024 年。由于阿里安5 火箭在7 月完成最后一次发射任务［27］，欧洲自此失去自主进入空间的能力，不得不依靠SpaceX 公司的猎鹰9 火箭将欧洲的卫星等载荷送入轨道。 欧洲还在积极研制下一代可重复使用运载火箭。 4 月，欧洲航天局授出4 份合同［28］，研究欧洲未来的运载火箭系统概念方案，涵盖微型／小型、中型、重型和载人级应用，以在2030 年左右研发出可替代阿里安6 火箭的下一代运载系统。

3.2 新一代飞船试验与规划进度不一

2023 年10 月，NASA 宣布波音公司星际客船飞船的首次载人测试飞行任务将推迟到2024 年4 月［29］，首次国际空间站载人任务也从2024 年夏季延后到2025 年初。 波音公司曾计划2023 年7月执行首次载人测试飞行任务［30］，但由于飞船的电缆和降落伞系统存在问题，导致首飞时间不得不推迟。 11 月，山脉空间公司的追梦者可重复使用飞船完成建造［31］，预计2024 年3 月进行首次发射。 作为NASA《商业补给服务－第二阶段》合同的一部分，该飞船将与SpaceX 公司的龙飞船、诺斯罗普·格鲁曼公司的天鹅座飞船一起为国际空间站提供货运服务。

俄罗斯雄鹰飞船继续延迟。 作为下一代载人飞船，雄鹰飞船将主要执行载人登月等深空探测任务，原计划2015 年进入太空，但由于资金与技术原因，首飞时间不断向后推迟。 2023 年11 月，俄罗斯国家航天集团科学执行董事亚历山大·布洛申科称［32］，由于东方发射场未能如期建造飞船的安装与测试设施及火箭发射设施，导致雄鹰载人飞船的首飞时间将进一步推迟到2028 年或2029 年。 此外，俄罗斯已经启动新型近地轨道载人飞船与进步－空间站货运飞船的研制工作［33］，这两型飞船将主要用于运送航天员与物资前往俄罗斯新空间站，预计2028—2029 年进行首飞。

欧洲航天局启动商业太空货运飞船的研制，为载人飞船奠定技术基础。 2023 年11 月，欧洲航天局启动新型商业太空货运飞船［34］，该飞船将于2028 年首飞，负责国际空间站的物资补给任务。 这也是该局启动载人飞船研制并独立将航天员送往太空的第一步，该飞船后续将演进发展成载人飞船，为近地球轨道与月球等提供航天员运送服务。

3.3 航天员规模不断扩大

为支持未来的阿尔忒弥斯登月计划，俄、日都在扩大航天员规模。 2023 年7 月，俄国家航天集团宣布［35］，开始进行第四次航天员公开选拔。 本次选拔的重点对象是工程师、飞行员和IT 专家，招募结果将于2024 年3 月公布，新航天员将主要执行俄新空间站飞行任务。

日本宇宙航空研究开发机构2023 年2 月宣布［36］，已经选拔出2 名新航天员候选人，作为支持美国阿尔忒弥斯计划的一部分（图4）。 这也是日本自2009 年以来首次选拔新航天员。 这2 名航天员于4 月开始为期2 年的培训，将有机会参加国际空间站任务并参与阿尔忒弥斯计划。 日本希望通过日美合作，使日本成为世界上第二个将航天员送上月球的国家。

图4 日本选拔2 名新航天员候选人［36］Fig.4 Japan selects two candidates for new astro⁃naut［36］

3.4 美、俄加紧航天发射场建设

美国NASA 主要针对阿尔忒弥斯任务，继续对“探索地面系统”进行改造与测试；SpaceX 公司则对超重－星舰发射场进行升级改造，同时增加新的载人发射平台。 2023 年5 月，NASA 开始建造用于航天发射系统－1B 重型火箭发射的2 号活动发射平台［37］，预计2028 年之前完成，以保障航天发射系统－1B 重型火箭的首飞。 6 月，NASA 进行肯尼迪航天中心1＃活动发射平台的适应性升级［38］，修复了因阿尔忒弥斯－1 任务造成的升降机破损，同时新增紧急逃生安全系统（图5）。

图5 加装紧急逃生安全系统的1 号活动发射平台［38］Fig.5 Mobile launch platform 1 equipped with e⁃mergency escape safety system［38］

针对超重－星舰首次发射中暴露的问题，SpaceX 公司于2023 年7 月完成博卡奇卡发射场的升级与改进［39］，如在发射台基础浇筑增加强度的混凝土，并加装配备喷水降温系统的多层钢板等。 SpaceX 公司还在11 月对卡纳维拉尔角40发射场进行改造［40］，使之成为该公司的第二个载人发射工位，以适应未来载人发射需求。

俄罗斯继续推进东方航天发射场建设。 2023年1 月，俄罗斯国家航天集团总裁鲍里索夫在向总统普京汇报时表示［41］，正在加速推进安加拉－A5 发射台的二期工程，所有建设工作计划在2023 年中完成，安装工作计划在年底前完成。 预计俄罗斯将于2024 年从东方航天发射场进行载人发射任务［42］。

4 国际空间站

2023 年是国际空间站投入运行25 周年，截至12 月31 日，已有来自21 个国家的273 名航天员到访过国际空间站，共完成108 个国家和地区的3300 多项实验。 美、俄2023 年共向国际空间站发射13 艘飞船，其中5 次执行载人飞船任务（俄罗斯2 次、美国3 次），8 次执行货运任务（俄罗斯、美国各4 次），将15 名航天员送上国际空间站。

4.1 继续升级国际空间站设备

2023 年6 月，NASA 完成国际空间站太阳能电池阵列的升级［43］，为国际空间站安装了3 对（共6 块）可展开太阳能电池阵列，每块阵列可提供20 kW 太阳能电力。 与此同时，NASA 还与波音公司和Redwire 公司签署合同，将为国际空间站再提供1 组（2 块）可展开太阳能电池阵列［43］，这些阵列将在2025 年底或2026 年初交付给国际空间站。 届时，国际空间站还将再增加40 kW 太阳能电力供应，可极大提高国际空间站的工作效率。

4.2 取得多项科学研究成果

2023 年，国际空间站航天员乘组共完成上百项科学研究任务，涉及技术开发及验证、生物及生命科学、物理学、地球及太空科学等领域。 6 月，NASA 完成国际空间站环境控制与生命保障系统的试验［44］，可实现98%的水回收与重复利用，而此前只能实现93%～94%的水回收与重复利用，这将大大节约未来深空探测所携带的水。 同月，NASA 首个激光通信中继系统完成为期一年的演示验证［45］，对天气如何影响激光通信、自适应光学系统以及失真信号的测量与修正等技术进行了研究。 预计2024 年，国际空间站将开始使用该激光通信系统与地面进行数据传输。 2023 年11月，美国在国际空间站启动创新抗菌涂层实验［46］，旨在测试创新型抗菌涂层在太空中的有效性和耐用性，不仅有望提高未来月球和火星任务的安全性，还可为在地面上人口稠密地区保持卫生环境提供潜在的解决方案。

4.3 美、俄布局2027 年后国际空间站发展

美国继续坚持其商业化近地轨道空间站的目标，但在商业空间站尚未成熟时，则希望国际空间站可运营到2030 年。 俄罗斯则规划从2027 年开始建设自己的空间站。

NASA 于2023 年10 月发布需求建议书［47］，寻求工业部门对近地轨道商业空间站的需求与标准进行反馈，以帮助商业界了解NASA 载人飞行的安全标准，该文件是近地轨道运营向商业化发展的重要一步。 NASA 目前正在支持几个商业空间站的概念开发工作，如山脉空间和蓝源公司联合研制的轨道礁商业空间站［48］、诺·格公司与Voyager 空间公司的星球实验室商业空间站［49］（图6）以及公理航天公司提出的国际空间站商业舱段［50］。 NASA 还于5 月发布《美国脱轨飞行器建议书》［51］，该飞行器可帮助国际空间站执行脱轨操作。 该脱轨飞行器预计最早2028 年发射，最晚则可能在2035 年发射，这表明NASA 保留将国际空间站延长至2030 年以后的能力。 NASA 负责太空运营的副局长鲍尔索克斯2023 年11 月称［52］，2030 年退役国际空间站不是强制性的，如果商业空间站在2030 年没有准备好接替国际空间站，国际空间站也可运营至2030 年之后。

图6 星球实验室商业空间站［49］Fig.6 Planet LABS commercial space station［49］

俄罗斯正式批准国际空间站延寿至2028 年，同时积极筹划从2027 年开始建设俄罗斯新空间站。 2023 年4 月，俄罗斯政府已正式批准将国际空间站的工作延长至2028 年［53］。 同时，俄罗斯加紧推进新空间站建设。 11 月，俄总统普京表示［54］，为确保俄罗斯载人航天飞行不出现空白，俄罗斯轨道站首个舱段应于2027 年发射入轨。目前新空间站的初始设计已于6 月完成［55］，根据该设计，新空间站将于2027—2032 年建设，总投资约6090 亿卢布（约68.2 亿美元）。

5 商业载人航天

美国商业载人航天能力2023 年持续快速发展，为NASA 的近地轨道活动与载人登月提供支撑。 公理航天公司完成第二次国际空间站私人航天员任务；星际客船与追梦者飞船将于2024 年进行首飞，为国际空间站提供载人和货运服务；蓝源公司将NASA 的载人登月任务提供第二种月球载人着陆器。 此外，由于商业载人航天在NASA 的载人登月任务中占据重要地位，一旦出现技术问题，将严重影响NASA 载人登月任务的实施。

5.1 私人航天员任务

2023 年5 月，公理航天公司利用猎鹰9 运载火箭发射载人龙飞船，执行第二次私人航天员任务［56］，4 名航天员以私人航天员身份在轨开展为期8 天的短期考察任务。 私人航天员任务已经成为不具备载人航天能力的国家执行载人航天任务的主要方式。 2024 年，瑞典、波兰都将借助私人航天员任务，将本国航天员送入太空［16⁃17］。

5.2 载人登月任务

2023 年5 月，NASA 授予蓝源公司34 亿美元的合同［57］，将由蓝源公司开发蓝月亮月球载人着陆器，用于2029 年的阿尔忒弥斯－5 载人登月任务（图7）。 10 月，蓝源公司公开展示货运版蓝月亮月球着陆器（MK 1）的模型［58］，载人版蓝月亮月球着陆器（MK 2）将在此基础上研制。

图7 蓝月亮月球载人着陆器［57］Fig.7 Blue Moon manned lunar lander［57］

美政府问责局2023 年11 月发布《NASA 阿尔忒弥斯计划：载人登月面临多重挑战》报告称［59］，星舰月球载人着陆系统的13 个关键环节中有8 个延迟6 个月，2 个延迟至2025 年，且存在轨道转移和存储火箭燃料、一次任务等技术难题；公理航天公司设计的月球航天服还有诸多设计问题尚未解决，例如，NASA 要求增加紧急生命维持系统功能，这些都将进一步延迟载人登月目标的实现。

6 深空探测

为推进未来的载人登月与月球基地开发，美国发布多项战略文件，加强对未来月球科学任务进行规划和指导；各国积极开展登月探测活动，以为未来的载人登月与月球开发提供帮助。

6.1 美国规划未来月球科学任务

随着载人登月任务的不断推进，NASA 规划未来的月球与火星科学任务。 2023 年4 月，NASA 发布《月球到火星架构定义文件》［60］。 该文件概述了最初的一系列阿尔忒弥斯登月任务，以及这些早期任务如何融入到60 多个长期目标中，以实现载人登陆月球和火星的长期计划。 配合该架构文件，NASA 还同时发布了6 份白皮书来解释架构的各个领域［61］，例如，绕月近直线晕轨道的使用以及月球门户的运作等。 11 月，NASA 发布《阿尔忒弥斯时代NASA 综合月球科学战略实施计划》（草案）［62］，提出月球科学任务关注的五大目标，即南极－艾特肯盆地采样返回、月球物理网络、低温挥发性采样返回、月球年表、月球的形成和演化，以及实现五大目标具体步骤等。 通过上述文件，NASA 将科学任务与载人探测有机结合在一起，相互促进、相互融合，为实现从月球到火星的目标提供支持。

6.2 加速登月探测

2023 年，俄罗斯、印度、日本先后发射登月探测器，对月球进行更详细的探测，以为后续的月球任务提供支持。

2023 年8 月，俄罗斯首个月球探测器——月球－25 由于点火发动机计算错误、超时工作［63］，导致月球－25 坠毁月球。 尽管月球－25 探月任务失败，但俄罗斯仍将继续推进月球探测计划［64］，将在2025—2026 年再次执行登月探测任务。 同月，印度月船－3 任务的维克拉姆着陆器成功实现月球软着陆［65］，使印度成为继美国、俄罗斯和中国之后世界上第四个实现登月的国家。 该任务也是全球首个在月球南极附近着陆的任务。 9 月，日本发射小型月球探测着陆器［66］，将演示验证高精度月面软着陆。 如果任务成功，日本将成为第五个在月球实现软着陆的国家。

7 结语

展望2024 年，世界载人航天发展将迎来一个新的高潮，美国的阿尔忒弥斯－2 载人绕月任务将实施发射，可为阿尔忒弥斯－3 载人登月任务奠定基础；SpaceX 公司的超重－星舰还将进行迭代发射试验，以进一步验证发射与回收技术；蓝源公司的新格伦火箭、俄罗斯的联盟5 火箭、日本的H－3火箭和欧洲的阿里安6 火箭都将实现首飞，这将为载人航天发射提供更强大的发射工具。