2010年國外載人航天發(fā)展綜合分析

劉映國 宣 穎 慈元卓 張智慧 王楠楠

（中國國防科技信息中心）

2010年，美國從國家長遠戰(zhàn)略考慮，終止“星座”計劃，延長國際空間站運行時間，并將載人航天目的地確定為“月球以遠”。美國戰(zhàn)略調整在多個層面上深刻影響著各國載人航天發(fā)展，主要航天國家加快空間探索研究，積極推進載人航天國際合作，世界載人航天呈現快速發(fā)展態(tài)勢。

1 主要航天國家調整載人航天發(fā)展戰(zhàn)略

2010年，主要航天國家繼續(xù)從長遠發(fā)展戰(zhàn)略需要出發(fā)，對載人航天未來發(fā)展進行整體謀劃與調整。

1.1 美國明確“21世紀空間探索戰(zhàn)略”

2月，美國航空航天局（NASA）提出終止“星座計劃”、2011年退役航天飛機、延長國際空間站在軌運行時間等載人航天計劃調整方案。4月，奧巴馬總統(tǒng)發(fā)布“21世紀空間探索戰(zhàn)略”，將“月球以遠”確定為美國下一步載人探索目的地，具體規(guī)劃是：2025年實現小行星載人探索任務，在30年代中期將人送往火星軌道并安全返回，之后將實現載人登陸火星。6月28日，美國政府發(fā)布《國家空間政策》，以國家法律形式明確將“月球以遠”作為載人航天未來發(fā)展目標。

上述調整的主要意圖是，“星座”計劃下的項目仍采用現有技術，缺乏技術創(chuàng)新，難以實現美國航天技術領先其他國家1～2代的目標。美國認為，此前在近地軌道和月球開展的載人航天活動，確立了其世界航天強國的霸主地位，今后要在空間技術領域穩(wěn)固占領這一制高點，必須制定其他國家短期難以超越的戰(zhàn)略目標，以牽引航天技術跨越式發(fā)展。因此，美國將目光投向“月球以遠”的宇宙空間，符合新世紀戰(zhàn)略利益拓展的需要。

1.2 主要航天國家進一步細化載人航天發(fā)展規(guī)劃

在載人航天領域縮小與美國的技術差距，通過制定長遠發(fā)展目標牽引載人航天技術快速發(fā)展，是俄羅斯、歐洲國家和日本等謀求世界航天大國地位的戰(zhàn)略思考。此前，俄羅斯曾公布了2040年前載人航天發(fā)展規(guī)劃，提出2025年前實現載人登月，2035年以后進行載人探索火星等構想。2010年10月，俄羅斯計劃從2013年啟動相關工作，2015年以后在月球上建立自主航天器著陸基地。在繞月與機器人登月之后，俄將于2025年前進行載人登月。盡管歐洲與日本目前尚不具備獨立載人航天能力，但對載人探索月球仍有很大興趣。2010年，歐洲航天局計劃在2020年前向月球發(fā)射大型著陸器，其中包括用于研究人類永久居住地的機器人。3月，日本曾宣布因經費原因暫停載人探索月球計劃，但在12月相關咨詢機構又提出應繼續(xù)開展載人登月研發(fā)工作。印度也啟動了載人登月研發(fā)與論證工作，計劃在2013年使用國產低溫發(fā)動機發(fā)射“月球航行”2，為載人探索月球做準備。

1.3 世界載人航天呈現快速發(fā)展態(tài)勢

從2010年主要航天國家載人航天戰(zhàn)略調整來看，世界載人航天發(fā)展仍十分活躍，其主要特點：一是未來十年主要國家將圍繞國際空間站資源利用，大力開展近地軌道載人航天活動，空間科學研究和實驗將可能呈現大的跨越與突破。同時，無人探索月球將持續(xù)升溫。歐洲航天局、日本、印度將突破載人航天基本技術。二是美國私營公司載人航天運輸能力將逐步成熟并投入運行。預計，美國SpaceX公司的“獵鷹”9火箭與“龍”太空艙2011年將承擔部分國際空間站的運輸任務。三是載人探索月球與火星將是未來發(fā)展的熱點。2020年-2030年，主要航天國家將開展無人探測火星及其他行星，美俄可能實現載人登月，并建立月球基地；2030年-2040年，美俄兩國可能實現載人探索火星衛(wèi)星或拉格朗日點；2040年后，主要航天國家可能實現聯合載人探索火星。

2 國際空間站進入全面應用階段

2010年，美國航天飛機進行3次載人飛行，俄羅斯“聯盟”號載人飛船與“進步”號貨運飛船分別進行5次飛行，完成了國際空間站建造、人員輪換及物資補給工作?？臻g站的水生成系統(tǒng)、俄羅斯的補給艙和小型實驗艙、歐洲的備用機械臂先后“落戶”站上，標志主體建造任務基本完成，開始進入全面應用階段。

2.1 國際空間站在軌運行時間延長，地位作用將進一步凸顯

2月，NASA在2011財年預算草案中，首次提出將國際空間站運行時間延長到2020年或以后，并計劃未來5年投資153億美元，以充分利用和發(fā)揮空間站的研發(fā)能力。3月，國際空間站參與國的航天局局長發(fā)表“國際空間站未來發(fā)展”聯合聲明，就延長運行時間、提高利用效率等重大問題達成共識，認為延長國際空間站使用壽命至2020年無任何技術上的限制；其為在軌研究、操作和管理，以及推動科學技術進步提供了難得的機遇；將為所有合作伙伴乃至全人類帶來更大利益，研究成果不僅會造福人類，還會為載人深空探索做好技術準備。延長國際空間站運行時間，除提升參與國投資回報外，最主要的目的是挖掘其作為近地軌道空間實驗平臺的應用潛力。美國政府已決定將其作為國家實驗室，邀請NASA之外的政府部門、高校與研究機構，利用這一空間平臺開展科學研究與實驗。其目的一方面是為未來載人航天深空探索研發(fā)創(chuàng)新技術，另一方面是利用空間這一特殊資源研究開發(fā)新技術，以推進人類社會進步。

2.2 國際空間站資源分配模式逐步轉變，將大大提升世界載人航天發(fā)展活力

目前，國際空間站資源分配由多邊協調委員會協商，其實是由NASA主導按參與國經費投入與配置站上資源與能力。從美國與各參與國目前討論情況看，空間站資源利用將逐步引入商業(yè)化運營模式，并可能擴大使用國家與研究機構的范圍。主要基于三點考慮：一是提高站上設備使用效率。目前，國際空間站作為空間實驗室或技術試驗平臺的潛力并未得到充分發(fā)揮，部分設備和實驗柜架仍被閑置。隨著NASA對國際空間站實驗經費投入的減少，預計2015年以后站上資源使用率會進一步降低，站上外部實驗平臺只有62%被利用，內部實驗設施可能只有79%被利用。二是滿足美國空間發(fā)展策略的需要。2005年，美國會要求NASA通過商業(yè)方式，吸引其他聯邦機構以及私營部門，參與國際空間站資源開發(fā)利用，以實現成本共攤，并培育商業(yè)服務市場。2009年12月，美國政府發(fā)布的《國際空間站：巨大挑戰(zhàn)可能限制站上科研》報告也建議，NASA應設立一個對國際空間站實驗室集中管理的機構，負責拓展國際空間站實驗室的服務，積極吸引潛在客戶參與。三是順應世界載人航天發(fā)展趨勢。俄羅斯曾表示，如果國際空間站推遲退役，將可以吸納更多用戶來推動國際空間站的使用，或為國際空間站提供運輸服務。2009年10月，韓國和印度表示，若國際空間站延長運行時間，會考慮加入國際空間站資源利用。3月，國際空間站參與國航天局長會議聲明，若中國和印度等提出申請參與國際空間站的項目，成員國將認真考慮相關提議。可以肯定，國際空間站資源利用引入商業(yè)化運行模式，將吸納更多國家和研究機構參與近地軌道載人航天活動與科學研究，進一步提升世界載人航天發(fā)展活力，推動載人空間科學研究與技術水平的發(fā)展。

2.3 國際空間站應用向空間探索轉變，其潛在價值將進一步顯現

截止2010年底，累計有196人次進站工作，完成600多項科學與技術實驗項目，其研究范圍涉及物理、生物、人體、地球與天體科學等眾多學科與技術領域。隨著站上實驗設備增加與航天員工作時間的延長，國際空間站開展科學實驗的規(guī)模將擴大，開展科學研究的能力進一步增強，從而為空間科學研究與實驗奠定了良好的基礎。作為近地軌道空間試驗平臺，國際空間站在人類科學發(fā)展、技術進步以及載人空間探索中具有里程碑的意義。6月，美國政府發(fā)布的《國家空間政策》，將“實現載人空間探索未來目標”作為國際空間站未來的重點任務之一。隨著美國載人航天發(fā)展戰(zhàn)略的調整，NASA計劃將研發(fā)和演示可降低未來載人空間探索成本與增強探索活動能力的技術。

3 載人航天技術探索取得重大進展

2010年，主要航天國家圍繞新一代載人航天器、運載器及空間探索等任務需要，紛紛加強創(chuàng)新概念與技術研發(fā)和試驗，載人航天技術探索研究取得一系列重要進展。

3.1 新型載人航天系統(tǒng)研發(fā)取得重要進展

2010年，NASA將“獵戶座”乘員探索飛行器（CEV）調整為國際空間站的緊急救生飛船，以減少對其他國家載人航天能力的依賴。10月，俄羅斯公布新一代載人飛船技術研發(fā)細節(jié)，其返回艙最大直徑為4.4m，可容納6人，將使用“格洛納斯”衛(wèi)星導航系統(tǒng)接收器與高精度陀螺儀和光學傳感器，使著陸精度提升到2km。印度開始建造容納3名航天員的載人飛船，計劃2017年搭載2名航天員進行首次載人飛行。

5月，美國航空噴氣公司（Aerojet）完成推力為2.5t的液氧/液態(tài)甲烷火箭發(fā)動機的高空試車。該發(fā)動機具有高比沖、可在空間長期存儲等優(yōu)點，能適應未來深空探測任務需要。10月，NASA開始進行重型運載火箭的系統(tǒng)分析和行業(yè)研究，以評估重型運載火箭系統(tǒng)方案、推進技術和經濟可承受性。7月，歐洲航天局啟動“未來運載器準備計劃”（FLPP）中一次性運載火箭研究工作，目標是在2013年確定歐洲下一代運載火箭的研制方案和最終任務要求。

3.2 載人空間探索概念與技術研究步伐加快

2010年，NASA對未來載人航天技術研發(fā)做出全面部署，將重點投資探索技術與演示、重型運載火箭與推進技術、先期無人探索任務和人體健康研究等4類項目。5月，NASA啟動深空探索“使能技術研究與演示”（Enabling Technology Development and Demonstration）計劃，征求“本地資源”利用、大功率電推進系統(tǒng)、自主精確著陸、遙控機器人探索、核裂變發(fā)電系統(tǒng)技術等5個關鍵領域的創(chuàng)新研究方案。同時，NASA還發(fā)布了6項旗艦技術演示計劃意見征詢信息，并在9月確定了太陽能電推進試驗飛行、推進劑在軌存儲、充氣式太空艙與大載荷著陸技術等4項演示計劃。NASA探索技術與演示項目的目標是全面提升載人航天技術水平，拓展載人探索領域、降低未來任務成本。

此外，NASA還明確通過早期創(chuàng)新、變革性技術研發(fā)、跨領域能力演示等計劃，對不同“技術成熟度”的技術進行概念創(chuàng)新研究。11月，美國“可變比沖磁等離子體火箭”（VASIMR）原型系統(tǒng)通過全功率里程碑驗證，該系統(tǒng)可以在“高推力、低比沖”與“低推力、高比沖”之間自由轉換，增強推進能力。日本“伊卡洛斯”號太陽帆飛船7月10日開始在空間飛行演示，以驗證光子加速推進技術的有效性。11月，俄羅斯宣布了一系列基于核動力的空間計劃，包括2011年啟動核動力空間發(fā)動機研發(fā)工作，設計天基核動力站，開展核動力太空拖船概念研究等。

3.3 空間科學探索取得系列成果

對太陽系天體水存在的探測，始終是人類規(guī)劃載人航天飛行目的地的一個重要內容。2010年，美國在月球北極附近發(fā)現了冰狀沉積物，初步估計可能至少有60億噸水冰。這一發(fā)現將給未來載人探索月球和建立月球基地任務提供支持。NASA紅外望遠鏡測量“司理星”反射的紅外光，發(fā)現了水冰的光譜，據此確定“司理星”上有一層薄膜狀的水冰。6月，日本“隼鳥”號小行星探測器經過7年飛行后返回地球，研究人員希望通過對返回艙內沙粒樣品進行分析，以了解這顆距離地球3億千米的小行星“絲川”。

4 載人航天國際合作向深層次發(fā)展

國際合作在促進載人航天活動開展與技術發(fā)展方面發(fā)揮著積極作用，成為各國謀求載人航天事業(yè)發(fā)展的一個途徑。2010年，美國突出強調要加強航天領域國際合作，以確保其世界航天領導地位。同時，在國際航天學術機構積極推動下，世界載人航天國際合作向深層次發(fā)展。

4.1 多國聯合開展模擬火星載人航天飛行試驗

6月3日，由俄羅斯主導，多國科研機構共同參加的模擬火星載人航天飛行試驗（MARS500）啟動第三階段（520天）的地面實驗。來自俄、中、意、法的6名志愿者進入密閉實驗艙，進行長期密閉環(huán)境對人體健康狀態(tài)和工作能力影響等開展一系列驗證與科學研究。

“MARS500”實驗是繼國際空間站聯合建造工程之后，又一個由多國參與的聯合實驗項目。該實驗不僅為載人深空探索和登陸火星提供技術支持，而且為未來載人航天國際合作積累經驗。

4.2 國際學術機構在推動載人航天國際合作中發(fā)揮積極作用

5月，國際宇航聯合會在中國舉辦“世界月球會議”，有26個國家和地區(qū)代表參加。期間，主要航天國家報告了各自月球探測與深空探索的戰(zhàn)略、政策與規(guī)劃，并圍繞月球探測技術發(fā)展與國際合作等學術問題展開深入研討。6月，國際空間探索協調組織（ISECG）發(fā)布《載人登月參考框架》，與會12個國家及航天機構代表認為，空間探索國際合作已取得重大進展，應協調各國制定一個長期、可持續(xù)、負擔得起的空間探索計劃。11月，國際宇航學會（IAA）在其50年慶典峰會上發(fā)布《未來載人航天需要國際合作》報告，呼吁吸納中國與印度等加入國際空間站、載人登月、探索火星等計劃。

國際航天學術機構利用其有利身份，加強與各國航天管理和學術機構聯系，圍繞載人航天與深空探索不斷拓展研究與探討領域，在推進載人航天國際合作中發(fā)揮著橋梁與紐帶作用。目前，在國際戰(zhàn)略格局快速變化，大國戰(zhàn)略較量日益加劇背景下，國際航天學術機構利用學術研討平臺促進技術交流與合作的地位和作用有進一步增強的趨勢。

4.3 地緣優(yōu)勢在推進載人航天合作方面的作用進一步凸顯

近年來，印度對掌握載人航天基本技術的需求越來越迫切，并積極尋求與發(fā)達國家合作，以提升本國獨立開展載人航天活動能力。9月，美國波音公司表示，將為印度提供技術幫助，內容涉及合作研發(fā)載人飛船、飛行控制與再入技術等。11月，美、印簽署聯合聲明，同意在月球飛行、國際空間站、載人航天飛行和數據共享等方面展開更廣泛合作討論。白宮表示，將印度空間研究組織管轄的四個主要航天部門從美國出口管制企業(yè)名單中刪除，消除兩國在航天領域開展合作的障礙。12月，俄、印兩國就載人航天器生保系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)研發(fā)達成合作協議。

事實表明，由于受國際戰(zhàn)略環(huán)境變化的影響，政治因素在載人航天國際合作中的支配地位明顯增強。繼美國與日本、歐洲國家廣泛合作外，印度利用其地緣政治優(yōu)勢積極尋求與美國和俄羅斯的雙邊合作。但需要注意的是，地緣政治背景下的載人航天合作，必然帶來載人航天技術的畸形發(fā)展。從印度2010年兩次航天事故看，合作在一定程度上限制了本國航天工業(yè)基礎的發(fā)展。