2012年的美國航天活動

2012年，美國航天活動精彩不斷，不僅發(fā)射次數(shù)居世界第三，達13次，而且把“核區(qū)分光望遠鏡陣列”（NuSTAR）、輻射帶風(fēng)暴探測器－A、B（RBSP－A、B）等新型衛(wèi)星送上太空，還發(fā)射了一些先進的軍用衛(wèi)星，如首顆新一代窄帶通信衛(wèi)星“移動用戶目標系統(tǒng)”（MUOS－1）、第2顆“先進極高頻”（AEHF－2）、第4顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS－4)等軍用通信衛(wèi)星，第3顆全球定位系統(tǒng)－2F－3（GPS－2F－3）導(dǎo)航衛(wèi)星，以及多顆美國國家偵察局的衛(wèi)星。在2012年影響最大的美國航天活動有兩個，一是2次發(fā)射“龍”飛船（Dragon capsule）與“國際空間站”（ISS）對接，它標志著商業(yè)航天運輸業(yè)務(wù)正式展開；二是好奇號（Curiosity）火星車在火星表面著陸。

1 人造衛(wèi)星

1月20日，美國用德爾他－4火箭成功發(fā)射了第4顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”軍用通信衛(wèi)星。它采用X和Ka頻段，能通過雙向、點對點、多重播放及廣播通信的方式，向作戰(zhàn)人員快速分發(fā)大量數(shù)據(jù)，用于替換國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)－3（DSCS－3），具有向全球美軍及盟軍提供網(wǎng)絡(luò)通信的功能，獲得完全的作戰(zhàn)力。該衛(wèi)星由波音公司建造，采用波音衛(wèi)星系統(tǒng)－702（BSS－702）衛(wèi)星平臺，設(shè)計壽命10～15年，數(shù)據(jù)傳輸速率2.5～3.3Gbit/s，能提供4.875GHz的瞬時轉(zhuǎn)換帶寬，傳輸容量是國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)－3的10倍多，帶寬是國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)－3的12倍。與前3顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”有所不同，第4顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”增加了無線電旁路能力，以便支持需要額外帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率最高達到311Mbit/s的機載情報、監(jiān)視與偵察平臺，還可能裝載了激光通信系統(tǒng)，用于驗證每顆在軌衛(wèi)星彼此間直接連通的能力。該衛(wèi)星不僅容量大大增加，能以更高數(shù)據(jù)率向作戰(zhàn)人員提供更快、更有效率的交換信息，而且運行十分靈活，可提供其他軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)所不能提供的許多重要作戰(zhàn)特征。該系統(tǒng)現(xiàn)已成為美軍在X頻段和Ka頻段范圍的大容量通信衛(wèi)星系統(tǒng)，通過該衛(wèi)星，美軍能夠向地球幾乎每個角落快速發(fā)送大容量的信息，為軍隊提供前所未有的寬帶密集型應(yīng)用，例如：視頻流、遠程會議、實時數(shù)據(jù)傳輸和高分辨率成像。

2月24日，美國用宇宙神－5火箭成功發(fā)射了首顆新一代窄帶通信衛(wèi)星“移動用戶目標系統(tǒng)”。該衛(wèi)星質(zhì)量6.8t，是“宇宙神”系列火箭迄今發(fā)射的質(zhì)量最大的衛(wèi)星，在進行6個月的測試后用于替代美國海軍現(xiàn)役的“特高頻后繼星”（UFO），能提高美軍移動中的通信能力，使用戶不必在靜止狀態(tài)下將天線指向衛(wèi)星，而可在通信過程中移動到戰(zhàn)場任何一個地方?！耙苿佑脩裟繕讼到y(tǒng)”由洛馬公司制造，計劃一共制造5顆星，其中1顆為備用，全部投入運行后將首次為手持用戶終端提供超高頻衛(wèi)星通信，并為移動中的軍方用戶提供實時話音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)，極大地增強了作戰(zhàn)人員動中通的能力。它既兼容原有的“特高頻后繼星”終端，又可向軍隊用戶提供升級的商用第三代移動通信技術(shù)（3G）靜止衛(wèi)星寬帶碼分多址（WCDMA）服務(wù)，且不受天氣和環(huán)境限制，為艦艇、飛機和地面部隊提供更可靠的通信能力。其信道可用率大于97%，總數(shù)據(jù)率比“特高頻后繼星”提高了10倍，約達40Mbit/s，能最大限度地滿足未來聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）的所有特性。第2顆“移動用戶目標系統(tǒng)”計劃于2013年7月發(fā)射，此后，利用3G移動通信技術(shù)，“移動用戶目標系統(tǒng)”將提供軍用話音、視頻和數(shù)據(jù)同步傳送能力。此系列衛(wèi)星預(yù)計于2015年具備完整的作戰(zhàn)能力，2025年后實現(xiàn)窄帶通信的最佳覆蓋。這個項目由美國海軍項目執(zhí)行辦公室和位于圣迭戈的通信衛(wèi)星項目辦公室聯(lián)合管理。

打造美國首顆新一代窄帶通信衛(wèi)星—“移動用戶目標系統(tǒng)”

4月2日，美國用德爾他－4火箭成功發(fā)射了美國國家偵察局（NRO）的未來成像體系－雷達－02（FIA－Rad ar－02）。據(jù)悉，該星原本名為“牽牛星”（Altair），是美國“未來成像體系項目”的第2顆新型雷達成像偵察衛(wèi)星。該系列的首顆新型雷達成像偵察衛(wèi)星于2010年9月發(fā)射，用于替換1998－2005年間發(fā)射的“長曲棍球”（Lacrosse）衛(wèi)星或“縞瑪瑙”（Onyx）衛(wèi)星，具有功能多、體積小、質(zhì)量輕等特點。

6月20日，美國用宇宙神－5火箭成功發(fā)射了美國國家偵察局衛(wèi)星數(shù)據(jù)系統(tǒng)－3～7（SDS－3～7）。6月29日，美國用德爾他－4火箭成功發(fā)射了美國國家偵察局的顧問－06（Mentor－06）。前者為中繼衛(wèi)星，主要為美國偵察衛(wèi)星提供中繼服務(wù)；后者為電子偵察衛(wèi)星，主要為美國空軍獲取通信傳輸信號，尤其是微波鏈路和導(dǎo)彈遙測攔截信號。發(fā)射顧問—06衛(wèi)星的德爾他－4是目前世界上運載能力最大的火箭，可把24t有效載荷運送至低地球軌道，把11t有效載荷運送至地球靜止軌道。其第一級采用了3臺新型的RS－68A發(fā)動機，它是目前運載能力最大的液氫/液氧發(fā)動機，由普惠公司建造，每臺發(fā)動機能產(chǎn)生3.11×106N推力。

5月4日，美國用宇宙神－5火箭成功發(fā)射了第2顆“先進極高頻”軍用通信衛(wèi)星。該衛(wèi)星由洛馬公司研制，用于取代“軍事星”（Milstar），具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率，可向高級軍官和政府高層官員提供安全、抗干擾的通信，甚至能在核戰(zhàn)爭期間提供通信。單顆“先進極高頻”衛(wèi)星比目前在軌的整個“軍事星”星座的容量還高，對獨立用戶的數(shù)據(jù)傳輸率提高5倍，可用于戰(zhàn)術(shù)軍用通信傳輸服務(wù)，如實時視頻、戰(zhàn)場地圖和目標數(shù)據(jù)。8月27日，先進極高頻－2衛(wèi)星進入地球靜止軌道定點。接著，美國空軍第4太空運行中隊開始對衛(wèi)星進行試驗。此次試驗不僅對先進極高頻－2衛(wèi)星非常重要，對“軍事星”/“先進極高頻”星座整體也很重要。2011年以來，先進極高頻－1、2衛(wèi)星先后與“軍事星”星座交叉互聯(lián)。2012年11月14日，洛馬公司宣布，在成功完成在軌試驗之后，該公司與美國空軍已經(jīng)將先進極高頻－2衛(wèi)星運行控制權(quán)轉(zhuǎn)交給范登堡空軍基地。先進極高頻－2衛(wèi)星全面運行后，顯著提升了軍用衛(wèi)星通信的抗毀和抗干擾能力。按照目前計劃，“先進極高頻”星座將由4顆衛(wèi)星組成，第3顆“先進極高頻”衛(wèi)星暫定于2013年發(fā)射。

6月13日，美國用飛馬座－XL空射火箭成功發(fā)射了“核區(qū)分光望遠鏡陣列”天文衛(wèi)星。該衛(wèi)星造價約1.7億美元，是美國低成本“小型探測器項目”（Small Exp lorer mission）的一部分，設(shè)計壽命2年，軌道高度550km，由美國加州理工學(xué)院和噴氣推進實驗室合作開展。該望遠鏡類型近似錐形沃爾特一型望遠鏡（掠射望遠鏡），觀測的波段是來自天體的5～80keV的高能X射線，尤其是核光譜。它是能量超過其他X射線空間望遠鏡所觀測波段中的第1個采用直接攝影的X射線空間望遠鏡，具備前所未有的高空間和高光譜分辨率，能大大加深對宇宙的了解，并對現(xiàn)有的大型空間望遠鏡，如“費米”（Fermi）、“錢德拉”（Chand ra）、“哈勃”（Hubble）和“斯皮策”（Sp itzer）空間望遠鏡等所獲數(shù)據(jù)提供重要補充。其主要科學(xué)目標是深度探索質(zhì)量超過太陽10億倍的黑洞，并了解粒子在活動星系核中是如何被加速到光速的百分之幾，以及研究超新星殘骸，以了解重元素如何在超新星中形成。

“核區(qū)分光望遠鏡陣列”衛(wèi)星使用獨特的技術(shù)對宇宙中最高能級的X射線進行觀測。它包括一個10m長的桅桿，在發(fā)射時呈折疊狀態(tài)安放，入軌后大約7天內(nèi)逐漸展開，以幫助探測裝置準確聚焦。其探測裝置能穿透塵埃氣體云，揭示銀河系內(nèi)及遙遠銀河系內(nèi)隱藏的黑洞。除了觀測黑洞和其他強大的噴流現(xiàn)象外，“核區(qū)分光望遠鏡陣列”衛(wèi)星還用于對宇宙中其他許多高能天體展開觀測，包括超新星遺跡、致密恒星體（如白矮星，中子星）以及星系群等其他X射線源，也對太陽大氣開展觀測，嘗試解答太陽的大氣加熱模式問題。此前發(fā)射的“錢德拉”X射線空間望遠鏡主要工作在低能X射線領(lǐng)域，而“核區(qū)分光望遠鏡陣列”衛(wèi)星主要工作在高能X射線領(lǐng)域，是第1顆專注于高能X射線的空間望遠鏡，其影像清晰度比觀測同光譜區(qū)的其他任何望遠鏡都要高至少10倍，敏感度提高至少100倍。這樣的強強聯(lián)合有助于回答有關(guān)宇宙的一些最基本問題。

7月5日，美國成功發(fā)射了一枚“黑雁”（Black Brant）探空火箭。它執(zhí)行了一項名為“太陽紫外線磁力記錄計調(diào)查”的項目，用于研究太陽色球?qū)哟艌?。太陽大氣從里向外分為光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰?，色球?qū)悠骄穸燃s為2000km。盡管目前地面和太空中均部署有儀器觀測太陽磁場，但它們對觀測色球?qū)硬糠謪^(qū)域的磁場無能為力。在總計8min的飛行中，“黑雁”探空火箭攜帶的儀器觀測了太陽發(fā)出的紫外線，根據(jù)紫外線通過太陽磁場環(huán)境的扭曲程度，科學(xué)家可以推斷出色球?qū)哟艌龅膹姸群头较?，并繪制色球?qū)尤S磁場圖。探空火箭是在近地空間進行探測和科學(xué)試驗的火箭，比探空氣球飛得高，比低軌道衛(wèi)星飛得低，有效載荷不大，總飛行時間較短，但卻是30～200km高空的有效探測工具。

美國“核區(qū)分光望遠鏡陣列”X射線高能天文衛(wèi)星

7月23日，美國用黑雁－11火箭成功發(fā)射了充氣式可再入試驗飛行器－3（IRVE－3）。它被送入451km高的太空，20min后落入北卡羅來納州附近的大西洋中。充氣式可再入試驗飛行器－3是可充氣式再入大氣層系列設(shè)備試驗的第三代產(chǎn)品，也是該系列中載荷最大的設(shè)備，用于演示以高超聲速再入大氣的太空艙，可以使用一種可充氣展開的外部防熱屏來降速，并同時對太空艙提供熱防護。與此前的充氣式可再入試驗飛行器－1、2一樣，充氣式可再入試驗飛行器－3有一個可充氣式外殼，能夠在它以高超音速再入大氣層時為其減速并提供保護。為了測試是否有可能攜帶質(zhì)量更大的載荷穿越行星大氣層，其載荷是充氣式可再入試驗飛行器－1、2的2倍多，同時還安裝了隔熱板，以此來測試它能否成功經(jīng)受住重新進入大氣層的考驗。研究小組還對它的重心作了微調(diào)，以測試這樣能否使它的動作比前幾次試驗更加精準。它飛出了地球大氣層后，質(zhì)量達308kg的可充氣式隔熱板與運載裝置頭錐分離，接著隔熱板充滿氮氣變成蘑菇狀，最終穿越地球大氣層落下。充氣式可再入試驗飛行器－3設(shè)計之初是為了探測火星上的高海拔地貌，研究小組現(xiàn)在還期望它能將地面和“國際空間站”聯(lián)系起來，從而可以運輸垃圾和其他貨物。

8月30日，美國用宇宙神－5火箭成功發(fā)射了輻射帶風(fēng)暴探測器－A、B。這2顆衛(wèi)星由約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室研制，耗資5.3億美元，質(zhì)量均不到680kg，設(shè)計壽命2年，配備了相同的一套磁譜儀、等離子和粒子探測器以及電場傳感器，可在范艾倫輻射帶中開展探測活動，研究該輻射帶如何形成及演化，以及當太陽風(fēng)暴爆發(fā)并在太空中傳播時，是什么引起了地球周圍的輻射帶擴大和收縮。它們運行在橢圓形軌道，穿越范艾倫輻射帶的內(nèi)帶和外帶，可在輻射帶的不同地點同時采樣，并使衛(wèi)星更加經(jīng)常地通過空間天氣風(fēng)暴地區(qū)，觀測所有被束縛在那里的粒子群。衛(wèi)星上的科學(xué)儀器在60天內(nèi)陸續(xù)啟動，用于研究范艾倫輻射帶內(nèi)的粒子如何產(chǎn)生、這些粒子在太空氣候事件中的活動以及促使它們加速的機制，這有助于研究并最終預(yù)測范艾倫輻射帶如何應(yīng)對太陽噴發(fā)物質(zhì)，保護地球上空的衛(wèi)星，了解太空氣候如何影響地球的通信情況。輻射帶風(fēng)暴探測器－A、B不僅可以發(fā)現(xiàn)輻射帶為什么對每一次太陽風(fēng)暴的反應(yīng)不同，而且所收集的數(shù)據(jù)可為輻射流將于何時在地球周圍成長提供預(yù)報，并在潛在的危險來臨之前向衛(wèi)星操作者和航天員發(fā)出警告。范艾倫輻射帶是科學(xué)家詹姆斯·范艾倫于1958年發(fā)現(xiàn)的由高能粒子組成的輻射帶，其內(nèi)帶位于地球上空650～6300km，外帶位于地球上空10000～65000km。范艾倫輻射帶內(nèi)的高能粒子對載人航天器、衛(wèi)星等都有一定危害，其內(nèi)外層之間的縫隙則是輻射較少的安全地帶。

美國輻射帶風(fēng)暴探測器－A、B在軌飛行示意圖

9月13日，美國用宇宙神－5火箭成功發(fā)射了美國國家偵察局的海軍海洋監(jiān)視系統(tǒng)－3－6A、6B（NOSS－3－6A、6B）衛(wèi)星。除這2顆NROL－36衛(wèi)星之外，此次還發(fā)射了11顆作為二級有效載荷的“立方體星”（Cube Sat），它們運行在近地點490km、遠地點765km、傾角66.28°的軌道。目前，美國現(xiàn)役的第三代海洋監(jiān)視衛(wèi)星一般是成對發(fā)射和運行的，此前的兩代海洋監(jiān)視衛(wèi)星采用3顆為1組運行。這次發(fā)射是美國第三代“海洋監(jiān)視衛(wèi)星”的第6次發(fā)射。

10月4日，美國用德爾他－4火箭成功發(fā)射了第3顆GPS－2F。第1顆GPS－2F于2010年5月發(fā)射，第2顆GPS－2F于2011年7月發(fā)射。美國計劃一共發(fā)射12顆GPS－2F。GPS－2F采用了改進的原子鐘技術(shù)和更安全且抗干擾的軍用信號。不算第3顆GPS－2F，GPS星座目前正在運行的衛(wèi)星共計有31顆，其中包括10顆GPS－2A（波音公司制造）、12顆GPS－2R（洛馬公司制造）、7顆GPS－2RM（洛馬公司制造）和2顆GPS－2F（波音公司制造）。第3顆GPS－2F在軌測試完成之后，用于替代1993年7月開始服役（1993年6月26日發(fā)射）的第21顆GPS－2A-21（國際編號1993042A）。

目前，第3顆GPS－2F已完成了在軌監(jiān)測，GPS星座為軍方和民用用戶提供增強的性能。該衛(wèi)星被命名為SVN－65，空軍用22天完成了對SVN－65的檢驗，順利進入運行階段，與第1顆和第2顆GPS－2F一同加強星座能力，改善抗干擾能力并提高導(dǎo)航精確度。3顆GPS－2F衛(wèi)星意味著運營商能更加全面地試驗新的第3個民用信道L5，該信道可為商業(yè)航線運行和搜救任務(wù)提供支持。除已發(fā)射的3顆GPS－2F衛(wèi)星以外，剩余的9顆GPS－2F即將交付，其中6顆已在2012年底前制造完成，剩余3顆在2013年交付。

美國波音公司裝配GPS－2F導(dǎo)航衛(wèi)星

10月4日，“國際空間站”上的航天員向艙外釋放了5顆“立方體衛(wèi)星”，這是首次使用“國際空間站”機械臂釋放小衛(wèi)星。在這5顆小衛(wèi)星中，有3顆由日本制造，另外2顆由美國制造。與直接由火箭發(fā)射相比，從“國際空間站”上釋放小衛(wèi)星振動動更小，有助于降低設(shè)計和生產(chǎn)成本。這5顆小衛(wèi)星被釋放入軌后執(zhí)行多項任務(wù)，包括對地成像和利用高功率發(fā)光二級管向地面發(fā)送摩斯密碼信號。

10月7日，美國太空探索技術(shù)公司（Sp ac e X）的獵鷹－9火箭在發(fā)射“龍”飛船和首顆第二代“軌道通信”（OG－2）試驗衛(wèi)星時，因火箭的一個發(fā)動機在升空后1min19s時突然關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致衛(wèi)星遠未達到750km高的預(yù)定軌道，最終在地球大氣層中完全燒毀。軌道通信－2衛(wèi)星墜毀前完成了一些試驗任務(wù)，包括展開衛(wèi)星太陽電池翼和通信天線。不過，獵鷹－9火箭最終還是完成了首要任務(wù)，將“龍”飛船送入預(yù)定軌道。軌道通信－2衛(wèi)星星座由18顆衛(wèi)星組成，在2013年中期，軌道通信公司（ORBCOMM）計劃使用獵鷹－9火箭發(fā)射8顆軌道通信－2衛(wèi)星，其余衛(wèi)星有望在2014年也搭乘獵鷹－9火箭升空。這些衛(wèi)星將被部署在最有利于增強軌道通信－2衛(wèi)星信息服務(wù)覆蓋的軌道位置。獵鷹－9火箭的第一級裝有9臺隼－1C液氧/煤油發(fā)動機。在10月7日的發(fā)射中，這9臺發(fā)動機設(shè)計工作時間為3min，但由于其中1臺發(fā)動機在飛行79s時關(guān)機，結(jié)果導(dǎo)致另外8臺發(fā)動機多工作了近30s以彌補推力損失。獵鷹－9的第二級采用1臺真空性能經(jīng)過優(yōu)化的“隼”發(fā)動機。由于第一級火箭發(fā)動機出現(xiàn)故障，所以第二級火箭發(fā)動機的工作時間也被延長了，耗費了更多推進劑，“龍”飛船的部署時間比計劃時間晚了38s，并影響了衛(wèi)星的施放。在發(fā)射歷史上，美國土星－5火箭曾2次在發(fā)動機出現(xiàn)故障時仍把“阿波羅”載人登月飛船送入預(yù)定軌道，航天飛機在1985年的一次飛行中發(fā)動機提前關(guān)機，但仍然安全入軌并完成了任務(wù)。

10月8日，太空探索技術(shù)公司發(fā)表聲明稱，出故障的發(fā)動機本身并未發(fā)生爆炸，因為仍能收到該發(fā)動機的有關(guān)數(shù)據(jù)，但由于發(fā)動機壓力釋放，結(jié)果導(dǎo)致其保護罩破裂，但其他8臺發(fā)動機沒有因此受到影響。據(jù)美國航天新聞網(wǎng)2012年12月12日報道，太空探索技術(shù)公司宣布，在與美國航空航天局的密切合作下，已查明10月7日獵鷹－9火箭發(fā)動機發(fā)生故障的原因，不過公司在與客戶充分溝通和達成一致前，將不會公布調(diào)查結(jié)果。目前，太空探索技術(shù)公司已簽訂了40億美元的發(fā)射合同，其中60%為商業(yè)有效載荷，40%為政府有效載荷。2013年，太空探索技術(shù)公司將至少進行7次發(fā)射。在未來的發(fā)射中，獵鷹－9火箭將使用功率更大的隼－1D發(fā)動機，同時也將根據(jù)任務(wù)需要采用更大直徑的整流罩（5.2m，獵鷹－9火箭目前使用的整流罩直徑為3.6m）。

10月底，美國航空航天局（NASA）與歐洲航天局（ESA）用空間站上的設(shè)備測試了一個行星際互聯(lián)網(wǎng)信道，它可能在未來某一天能實現(xiàn)從軌道控制行星表面的設(shè)備。“國際空間站”第33長期考察組女航天員威廉斯利用美國實驗性中斷容錯網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（DTN），遠程控制了一個位于德國的歐洲太空操作中心的一個小型“樂高”（LEGO）機器人。這項實驗還模擬控制了另一顆星球表面上運行的機械漫游車，顯示了使用一個新通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)從地球軌道航天器向另一顆星球表面機器人發(fā)送指令，并接受圖像和數(shù)據(jù)返回至機器人的可行性。美國航空航天局副局長表示，DTN今后有望使航天員在火星軌道器上操控火星表面的機器人，或者從地球上使用軌道衛(wèi)星作為中繼站進行操控。DTN是一項新技術(shù)，其設(shè)計可確保遠程標準通信。該協(xié)議結(jié)構(gòu)內(nèi)核是包協(xié)議（BP），類似于地球上因特網(wǎng)的內(nèi)核IP協(xié)議。DTN提供了類似于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的標準化通信，它不同于全球互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的TCP/IP協(xié)議，旨在處理行星際通信期間可能突發(fā)的信號斷開、錯誤和延遲。在DTN中，數(shù)據(jù)通過“跳到跳”（hop-by-hop）進行傳輸。在等待下個聯(lián)接接通時，聚束層數(shù)據(jù)包（bund le）得到緩存，然后在聯(lián)接接通后轉(zhuǎn)到下一個節(jié)點。DTN首次成功的實驗是2008年11月進行的，美國成功地向“深度撞擊”（Deep Impact）探測器傳輸了約12張圖像，探測器當時距地3.2×107km。

美國第二代“軌道通信”試驗通信衛(wèi)星

2 載人航天

3月24日，為躲避空間碎片可能造成的威脅，“國際空間站”上6名航天員進入“聯(lián)盟”系列飛船進行了30min的緊急避險。3月23日上午，美國休斯頓飛行控制中心發(fā)布報告，編號為“空間目標36546”的碎片將在3月24日02：38到達距離“國際空間站”最近的位置。由于距離最接近時刻（TCA，即碎片最接近空間站的時刻）只有14h，因此“國際空間站”不足以執(zhí)行軌道碎片規(guī)避機動程序（DMA）。當時，由于缺乏足夠的跟蹤數(shù)據(jù)，預(yù)警級別只達到了黃色，尚未到達“任務(wù)控制中心要求航天員進入聯(lián)盟飛船避難”的紅色預(yù)警級別。為防備萬一，美國航空航天局飛行部主任還是決定要求空間站航天員進入“聯(lián)盟” 系列飛船避險。3月23日23：30，航天員們被叫醒開始準備。24日02：00，6名航天員分別躲進聯(lián)盟TMA－22、03M飛船。約30min后，碎片從距離“國際空間站”11～14km處飛過，并未對“國際空間站”產(chǎn)生影響。隨后，航天員安全離開“聯(lián)盟”系列飛船，進入正常工作狀態(tài)。這是“國際空間站”歷史上第3次航天員為躲避空間碎片而進入“聯(lián)盟”系列飛船，前2次分別發(fā)生在2009年3月12日和2011年6月28日。據(jù)報道，此次威脅“國際空間站”的碎片產(chǎn)生于2009年2月10日美俄衛(wèi)星相撞事故。在那次事故中，產(chǎn)生了2000個可編目追蹤的空間碎片。

5月15日，美俄3名航天員搭乘聯(lián)盟 TMA－04M載人飛船前往“國際空間站”。他們于5月17日與“國際空間站”對接。接著，飛船里的3名航天員—美國的約瑟夫·阿卡巴（Josep h Ac aba）和俄羅斯的根納季·帕達爾卡（Gennady Padalka）、謝爾蓋·列溫（Sergei Revin），與2011年登天的美國航天員唐納德·佩蒂特（Don Pettit）、荷蘭航天員安德烈·凱珀斯（Andre Kuipers）和俄羅斯航天員奧列格·科諾年科（Oleg Kononenko）在站內(nèi)會合。他們計劃在太空完成近40項實驗，其中包括8項新實驗。

5月22日，美國用獵鷹－9火箭成功發(fā)射了“龍”飛船，向“國際空間站”運送約500kg貨物，并運回約660kg貨物。由于此次飛行是“龍”飛船一次試驗性飛行，所以飛船上沒有特別重要的設(shè)備。在飛行中，“龍”飛船執(zhí)行了一系列的系統(tǒng)校驗檢測程序，其中包括對與“國際空間站”交會對接的相關(guān)系統(tǒng)進行檢驗。5月25日，在航天員佩蒂特和凱珀斯的操控下，“國際空間站”伸出了17m長的加拿大機械臂－2（Canad arm－2）抓住“龍”飛船，大約2h后，“龍”飛船與“國際空間站”和諧號（Harmony）節(jié)點艙對接在一起。這是商業(yè)飛船首次與空間站對接。5月26日，美俄各1名航天員佩戴防護面具和護目鏡進入體積約有10m3的“龍”飛船內(nèi)，感覺該飛船“聞起來就像一輛新車”，比俄羅斯飛船寬敞，有足夠的空間運送航天員往返太空。在空間站和飛船內(nèi)的空氣自然混合后，這2位航天員隨即卸下防護裝備。5月28日，航天員開始卸載“龍”飛船上的貨物，包括衣物、食品以及15項科學(xué)實驗所用設(shè)備和物品，大部分作業(yè)由空間站上的6名航天員中的3人完成。

5月15日上天的美國航天員阿卡巴

5月31日，“國際空間站”航天員操縱機械臂，讓“龍”飛船脫離空間站，然后通過3次點火返回地面，并把空間站內(nèi)不再需要的實驗設(shè)備運回來?！褒垺憋w船墜入到預(yù)定的太平洋海域后，由已在那里等待的3艘美國海軍陸戰(zhàn)隊船只回收送至洛杉磯港。這標志著首次由私營商業(yè)公司為“國際空間站”運送補給的任務(wù)成功結(jié)束，預(yù)示著美國商業(yè)航天運輸新時代的到來?；厥蘸?，“龍”飛船被運往太空探索技術(shù)公司位于得克薩斯州的工廠進行檢測并卸貨，其中一些高價值試驗載荷在48h內(nèi)送交美國航空航天局?！褒垺憋w船未來將放棄在水上濺落返回技術(shù)，而通過推進器進行地面著陸。此次任務(wù)成功后，美國航空航天局認可了“龍”飛船的可靠性，與太空探索技術(shù)公司簽署了價值16億美元的合同，即向“國際空間站”發(fā)射12艘“龍”貨運飛船。

“龍”飛船的名字來自于美國民謠歌曲《神龍帕夫》。美國政府問責(zé)局的一項分析表明，類似的計劃如果按美國航空航天局的傳統(tǒng)模式進行采購，成本將比現(xiàn)在高出4～10倍。研制“龍”飛船是美國航空航天局“商業(yè)軌道運輸服務(wù)”（COTS）計劃的一部分，旨在鼓勵私營企業(yè)參與航天任務(wù)，提供更加經(jīng)濟合理的發(fā)射解決方案?！褒垺憋w船的發(fā)射成本要比政府主導(dǎo)的低得多，發(fā)射“龍”飛船的獵鷹－9火箭售價僅6000萬美元，是傳統(tǒng)政府承包商要價的1/3。

7月15日，俄羅斯用聯(lián)盟－FG火箭成功發(fā)射了聯(lián)盟 TMA－05M載人飛船。該飛船載有美國女航天員蘇尼特·威廉斯（Sunita Williams）、俄羅斯航天員尤里·馬連琴科（Yuri Malenchenk）和日本航天員星出彰彥（Akihiko Hoshid e）。7月17日，聯(lián)盟TMA－05M與“國際空間站”成功對接。

8月30日，美國女航天員威廉斯和日本航天員星出彰彥出艙作業(yè)。此前，威廉斯進行過4次太空行走，而彰彥則是首次出艙。他們的主要任務(wù)是更換空間站外在2011年秋出現(xiàn)故障的“總線切換裝置”（MBSU）和運行電纜。威廉斯先成功連接了2條電纜線，為未來俄羅斯新實驗艙的到來做準備。接著，他們順利卸下了效率降低的“總線切換裝置”，但在將新的“總線切換裝置”安裝在桁架上時遇到了困難，終未成功。此后，原定更換加拿大機械臂－2上攝像機的任務(wù)也沒有時間完成了。

美國女航天員威廉斯出艙作業(yè)

9月5日，美國航天員威廉斯和日本航天員星出彰彥再次出艙作業(yè)。他們先用壓縮氮氣吹走了固定孔內(nèi)的金屬屑，再用“牙刷”把固定孔刷干凈，接著又用浸透潤滑油的布擦拭，隨后安裝上了新的“總線切換裝置”。威廉斯和星出彰彥還為空間站加拿大機械臂－2更換了一臺攝像機。當天出艙作業(yè)總計6h28min，這不僅是威廉斯第6次太空行走，也使她因而成為累計太空行走時間最長的女航天員。世界上單次太空行走時間最長的紀錄是由美國女航天員蘇珊·赫爾姆斯（Susan J. Helms）和男航天員詹姆斯·沃斯（James S.Voss）在2001年共同創(chuàng)造的，時間是8h56min。

10月7日，美國用獵鷹－9火箭成功發(fā)射了“龍”飛船。它向“國際空間站”運送了454kg貨物，包括第33長期考察組執(zhí)守期間實施166項計劃科研項目的設(shè)備和補給，以及一個裝有冰激凌的冰箱。其中的63項為新的科研項目，23項微重力學(xué)生實驗是從7000名學(xué)生提出的近2000項實驗申請中脫穎而出的，通過這些實驗可以研究微重力對物理、化學(xué)以及生理系統(tǒng)的影響。

雖然在發(fā)射過程中，火箭第一級的1臺發(fā)動機因故障產(chǎn)生了停機，但其他8臺發(fā)動機補償了這臺發(fā)動機停機所造成的推力損失，把“龍”飛船精準地送到了預(yù)定的軌道上。該飛船于10月10日與“國際空間站”成功對接，成為首艘向“國際空間站”正式運送補給物資的商業(yè)飛船。

10月14日，美國航空航天局“國際空間站”項目經(jīng)理向美國航空航天局咨詢委員會的載人探索與運行委員會報告了“龍”飛船發(fā)射時遇到的故障情況。報告顯示，除了獵鷹－9發(fā)動機出現(xiàn)故障外，“龍”飛船運行中還有其他故障存在。與“國際空間站”對接后，“龍”飛船上3臺計算機中的1臺出現(xiàn)故障。出故障的計算機可能受到一種可疑射線影響，未能與其他2臺建立同步，盡管可以重啟，但無法實現(xiàn)再同步。受輻射影響，“龍”飛船還出現(xiàn)了其他一些異常，但均通過電循環(huán)進行了恢復(fù)。研制“龍”飛船的太空探索技術(shù)公司正在考慮是否用“防輻射部件”代替，但是防輻射計算機盡管價格并不昂貴，但運算速度慢。除非成本過高，太空探索技術(shù)公司將可能采用防輻射計算機。

10月23日，俄羅斯用聯(lián)盟－FG火箭成功發(fā)射了聯(lián)盟 TMA－06M載人飛船。該飛船載有“國際空間站”第33期長期考察組的美國航天員凱文·福特（Kevin A. Ford）和俄羅斯航天員奧列格·諾維茨基（Oleg Novitskiy）、葉夫根尼·塔列爾金（Evgeny Tarelkin），他們將在空間站工作5個多月。

10月28日，“龍”飛船與“國際空間站”分離，并把“國際空間站”上的393kg科學(xué)物資，包括人體健康、生物技術(shù)、材料科學(xué)研究以及教育研究的研究樣本和大約235kg空間站硬件設(shè)備帶回地球，其中有500份航天員的血液和尿液標本，有些已在空間站的冰箱內(nèi)儲存了1年多。俄羅斯、歐洲和日本的貨運飛船，以及2013年首次試射的“天鵝座”飛船都在返回大氣層時燒毀，而“龍”飛船是目前唯一能從空間站安全返回地球的貨運飛船。

美國航空航天局認為，盡管再補給很重要，但對于研究機構(gòu)來說，將科學(xué)樣本帶回的能力也很重要。返回能力的提高可極大地增加科學(xué)研究項目的數(shù)量，能把科學(xué)樣本及時地帶回地面進行分析。通?？臻g站產(chǎn)生的科學(xué)樣本都被儲存在冷藏設(shè)備中等待飛船將之運回，“龍”飛船增加返回攜帶能力之后，能騰出更多的在軌空間存儲新的樣本并繼續(xù)進行研究。

“營養(yǎng)”（Nutrition）、Pro-K、長效藥物（Repository）和雙磷酸鹽類（Biosphosphonates）的研究樣本隨“龍”飛船返回后，為相關(guān)研究人員提供了更多的數(shù)據(jù)。這4項研究涵蓋了對長期微重力環(huán)境暴露下人體改變的研究，其中包括骨骼健康、血液化學(xué)和激素變化，以及氧化損害和人體生理學(xué)改變和調(diào)節(jié)。來自這些研究的信息有助于確定對抗這些改變的方法，同時可以為未來探索任務(wù)確定營養(yǎng)學(xué)需求、開發(fā)食品系統(tǒng)。以前類似的研究和從中得到的數(shù)據(jù)，加上這些研究前期階段獲得的新信息，可以使長期的飛行航天員和處于相同健康狀況的地球人群受益。

美國商用“龍”飛船墜入到預(yù)定的太平洋海域

返回樣本中另一項研究是“植物信號”（Plant Signaling），研究內(nèi)容涉及到微重力如何影響植物生長。其目的是理解植物用來感知環(huán)境并做出反應(yīng)的分子機制，該研究對于具有受控生態(tài)系統(tǒng)的未來任務(wù)非常重要；另一個益處是通過對植物生長更好的理解，改善地球上農(nóng)作物的種植。

“能量”（ENERGY）項目是對航天員長期航天飛行的能量需求進行研究，測量乘組成員在長期飛行之后能量平衡的改變。從幾位被試者得到的返回樣本將有助于研究微重力環(huán)境下的能量消耗，從而更好地了解長期太空停留的營養(yǎng)需求。

“龍”飛船帶回的還包括青少年研究項目，視頻網(wǎng)站（You Tube）“空間實驗室競賽”的獲勝者可得到他們帶入太空的研究樣本。這些年輕的科學(xué)家設(shè)計的實驗內(nèi)容是了解微重力如何影響跳蛛的食肉習(xí)性，以及微重力對枯草芽孢桿菌抗真菌屬性的影響。

由全美多所高校學(xué)生參與的23項研究，也隨“龍”飛船運送到太空并帶回地面。這些學(xué)生的研究項目是“學(xué)生航天飛行實驗計劃”（SSEP）的一部分。該計劃給學(xué)生提供了機會，可設(shè)計微重力下物理、化學(xué)和生物學(xué)方面的研究項目。隨“龍”飛船進入空間站的其他新的研究項目還包括白色假絲酵母研究Mirco－6等。

隨著“龍”飛船增加的貨運能力，美國航空航天局及其國際伙伴以及私人企業(yè)、高校及研究所的研究人員能夠及時地得到更多的科學(xué)樣本，完成其分析研究。這并不僅僅能夠增加在軌實驗室的科學(xué)實驗數(shù)量，還可以更快地得到實驗結(jié)果，并可能會獲得更重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

降落到太平洋后，“龍”飛船上的1臺發(fā)動機和3臺冷卻泵都出現(xiàn)了故障；降落后3h，儲存樣品的冰柜內(nèi)部溫度回升至－65℃（標準應(yīng)為－95℃），從而導(dǎo)致攜帶返回的實驗樣品損壞。研制“龍”飛船的太空探索技術(shù)公司表示，將在3年內(nèi)完成對“龍”飛船的升級改造，以使其具有載7人的能力?！褒垺憋w船高6.1m，直徑3.6m，容積44m3，載貨6t。

10月31日，美國命令“國際空間站”改變位置，躲避3年前因一顆通信衛(wèi)星被毀后留下的碎片。俄羅斯貨運飛船本應(yīng)該點火幫助空間站變軌，但因計算機錯誤導(dǎo)致推進器發(fā)生故障，結(jié)果空間站沒能達到預(yù)定位置。但美國稱，空間站沒有與太空垃圾發(fā)生碰撞，上面的6名航天員都很安全。

隨后不久，“國際空間站”美國女航天員威廉斯與日本航天員星出彰彥第3次出艙，目的是拆除一個可能損壞的散熱器，以確認它是否是液態(tài)氨泄漏的源頭，并安裝上新的散熱器。工程師們認為，曾有空間碎片刺穿了散熱器或其他冷卻設(shè)備導(dǎo)致液態(tài)氨泄漏；另一種可能是工作了12年的設(shè)備已經(jīng)老化破裂。散熱器用于排放空間站內(nèi)電子設(shè)備散發(fā)的熱量。

11月，“國際空間站”實施了2次機器人燃料加注任務(wù)（RRM）：11月14日－16日首次嘗試機器人再加燃料任務(wù)；11月28日－29日又進行了1次機器人再加燃料任務(wù)操作。此前的3月，“國際空間站”曾執(zhí)行首次機器人再加燃料任務(wù)演示驗證，切開了固定在空間站外部的模擬衛(wèi)星的安全導(dǎo)線，并對模擬衛(wèi)星進行晝夜在軌拍照，以便觀察。6月，機器人執(zhí)行了燃氣設(shè)備拆除任務(wù)，美國約翰遜航天中心遙控“德克斯特”（Dextre）機器人，利用機器人燃料加注任務(wù)多功能工具執(zhí)行維修任務(wù)，拆除了相關(guān)設(shè)備。這種燃氣設(shè)備的功能是在航天器發(fā)射前，為其加注各種液體和氣體燃料。

12月16日，“國際空間站”進行了一次軌道調(diào)整，軌道高度提升了2.5km。目的是對一項新的空間碎片規(guī)避機動系統(tǒng)進行驗證，同時為12月19日發(fā)射升空的聯(lián)盟 TMA－07M載人飛船對接創(chuàng)造條件。新的規(guī)避機動系統(tǒng)被稱為“前定碎片規(guī)避機動”（PDAM），用于處理當探測到的危險碎片預(yù)警時間很少、短至只有3h就到達空間站的情況。此前，“國際空間站”一直采用的是“確定碎片規(guī)避機動”（DAM），該系統(tǒng)只能在碎片與空間站最接近時刻（TCA）前23.5h發(fā)揮作用。“前定碎片規(guī)避機動”能在碎片與空間站最接近時刻到來前3h發(fā)揮作用，將極大增強“國際空間站”的空間碎片規(guī)避能力。此次軌道緊急避險機動由?？吭趪H空間站上的“進步”系列貨運飛船執(zhí)行。使用“前定碎片規(guī)避機動”，“進步”系列貨運飛船發(fā)動機能夠至少在遭遇空間碎片近距離威脅前140min啟動點火，進行規(guī)避。此次規(guī)避機動的目標是編號為26417的一片“阿里安”火箭的碎片。美國航空航天局表示，盡管此次“前定碎片規(guī)避機動”試驗非常成功，但在接收正式指令前，仍會沿用標準的“確定碎片規(guī)避機動”程序。為了確保安全，在聯(lián)盟 TMA－07M發(fā)射前12h，空間站再執(zhí)行一次“確定碎片規(guī)避機動”點火機動，并加強對該碎片的監(jiān)控，以確保與聯(lián)盟 TMA－07M載人飛船的順利對接。

12月19日，俄羅斯用聯(lián)盟－FG火箭成功發(fā)射了聯(lián)盟 TMA－07M載人飛船。該飛船載有“國際空間站”第34期長期考察組的美國航天員托馬斯·馬什伯恩（Thomas Marshburn）、俄羅斯航天員羅曼·羅曼年科（Roman Romanenko）、加拿大航天員克里斯·哈德菲爾德（Chris Had field）。他們將在空間站工作147個晝夜。

2012年，美國載人航天也有2個巨大損失：7月23日，美國首名女航天員薩利·賴德（Sally Rid e）病世，終年61歲；8月25日，世界首位登月的美國航天員美國人尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）病逝世，享年82歲。

3 空間探測

1月1日，美國圣杯－A、B[GRAIL－A、B，后改名為“潮起”（Flow）和“潮落”（Ebb），這是2012年1月在一個命名競賽中獲得的名字]抵達月球上方既定軌道。接下來，美國對這2個月球探測器的軌道進行了調(diào)整，使其達到最佳位置。它們能通過傳輸無線電信號精確確定彼此間的距離。當它們飛越不同的月球重力場時，兩者之間的距離會產(chǎn)生細微的變化?？茖W(xué)家將依據(jù)這些信息繪制高分辨率的月球重力場分布圖。3月，這對姊妹月球探測器開始合作探測月球重力，使科學(xué)家對月球內(nèi)部構(gòu)造就會有一個初步的了解。這次任務(wù)可回答曾經(jīng)是否有第二個月球、現(xiàn)在的月球為什么有如此奇怪的形狀等問題，使人類對月球有更多的了解，同時幫人類進一步掌握地球的演變史?！笆ケ笔鞘状芜M行月心之旅的探測器，可幫助研究人員更好地了解月球的不對稱現(xiàn)象以及月球形成的原因。

圣杯－A、B在距離月球表面大約55km的位置繞行，偶爾“下降”至23km處對月球進行觀察?！笆ケ笔鞘讉€專門研究月球重力的探測項目。根據(jù)這2個探測器的數(shù)據(jù)，科學(xué)家繪制了迄今最精確的月球重力場圖，它使科研人員更詳細地研究了月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其成分。

12月17日，圣杯－A、B在受控狀態(tài)下撞擊了月球表面，這是由于這2個月球軌道器的燃料即將耗盡。撞擊點被命名為薩莉·賴德，以此紀念美國首名女性航天員。12月14日，圣杯－A、B收到指令，下降至一個較低軌道，準備對月球北極戈爾德施密特環(huán)形山附近進行撞擊。它們編隊飛行，分別在太平洋標準時間02：28和02：29，先后以1.7km/s的速度撞擊了月球表面，其科學(xué)探索任務(wù)就此終結(jié)。撞擊前55min，探測器發(fā)動機點火，直至燃料耗盡。地面科學(xué)家精確計算出了它們墜毀前貯箱內(nèi)剩余的燃料容量，進而修正燃料消耗計算模型，為未來的探月任務(wù)做準備。由于該地背光處于陰影地帶，所以從地球上無法拍攝到它們撞擊過程的視頻圖像。撞擊坑的尺寸需要美國“月球勘測軌道器”傳回圖片后才能確定。

“國際空間站”上的“德克斯特”機器人執(zhí)行燃料加注任務(wù)

美國夢神號試驗性月球登陸器從空中墜落并起火發(fā)生爆炸

圣杯－A、B于2011年9月11日發(fā)射，隨后它們就各自朝著目的地獨立飛行。一些學(xué)校組織學(xué)生密切關(guān)注了這次總造價4.96億美元的月球探測任務(wù)，因為通過美國首位女航天員賴德的不懈努力，美國中學(xué)生能挑選該探測器拍攝的月面圖像。每個“圣杯”能拍攝115000多張月表照片，這些照片可用于學(xué)生學(xué)習(xí)和研究。這也是美國航空航天局攜帶專用相機執(zhí)行全面的教育和公共服務(wù)的首個行星任務(wù)。（詳情請看本刊2011年第10期）

8月9日，美國發(fā)射夢神號（Morpheus）試驗性月球登陸器。不過，發(fā)射不久，夢神號就從空中墜落并起火發(fā)生爆炸，索性沒有造成人員傷亡。事故可能由油箱出現(xiàn)裂縫所致。夢神號質(zhì)量794kg，采用液氧和甲烷提供動力，因為這種燃料被認為更安全、更便宜，在太空存儲的時間也更長。不過，夢神號墜毀似乎證明事實并非如此，為此，美國需要對這種混合氣體進行再次評估了。

夢神號是美國航空航天局與犰狳宇航公司的一項合作計劃，犰狳宇航公司致力于研發(fā)可以重復(fù)使用和垂直起降的亞軌道飛行器。在過去的兩年半時間里，美國航空航天局已為夢神號耗資700萬美元，它是“家得寶型工程”的一個典范。所謂“家得寶型工程”是指利用現(xiàn)有資源進行研發(fā)，同時與非傳統(tǒng)宇航公司合作，以降低整個項目的成本。夢神號由約翰遜航天中心研制，大小與SUV汽車差不多，外形好似昆蟲，可以向月球表面運送500kg貨物，也能向其他太陽系星體運送貨物。對該著陸器進行改裝后，其精確著陸系統(tǒng)還能用于幫助探測器與深空小行星交會。夢神號也將試驗自主著陸風(fēng)險規(guī)避技術(shù)，這種技術(shù)是要使用激光來聚焦行星表面危險的漂礫或環(huán)形山。它曾在2011年6月的一次試驗中引起了草地火災(zāi)，當時也沒有造成人員傷亡。

8月6日，美國“火星科學(xué)實驗室”（MSL）攜帶的好奇號火星車，在完成了充滿風(fēng)險的7min進入、下降與著陸（EDL）過程后，安全降落在火星表面的蓋爾（Gale）環(huán)形山附近。該環(huán)形山是在2011年6月從埃伯斯瓦爾德（Eberswald e）環(huán)形山、蓋爾（Gale）環(huán)形山、霍爾頓（Hold en）環(huán)形山與矛爾茲（Mawrth）山谷中被選出的，有水流痕跡，中心山丘高達4.8km。好奇號是在高丘側(cè)面的平坦處著陸，然后攀爬山丘，并將在行進途中停下來研究黏土層、硫黃及含氧礦物質(zhì)。科學(xué)家已繪出了攀爬至垂直高度1.6km處的穿行路徑樣圖，爬到該處時看到的景色將非常壯觀。好奇號火星車著陸不久，美國噴氣推力實驗室陸續(xù)收到了好奇號從火星表面?zhèn)骰氐氖着诎渍掌?。它是有史以來最具技術(shù)挑戰(zhàn)性的火星車，采用了“空中起重機”著陸系統(tǒng)和核電源等先進技術(shù)，質(zhì)量是勇氣和機遇號火星車的4倍，裝有10臺先進的科學(xué)儀器。其目標是調(diào)查火星是否存在或曾經(jīng)具有可支持生命的環(huán)境。

11月2日，美國噴氣推進實驗室表示，好奇號火星車首次分析了火星大氣的成分，未發(fā)現(xiàn)其中含有甲烷。地球大氣中90%以上的甲烷由有機生命制造，因此科學(xué)家很希望好奇號在火星上發(fā)現(xiàn)甲烷，從而為火星生命的存在提供線索。科學(xué)家此前通過地面和太空設(shè)備在火星大氣中發(fā)現(xiàn)過甲烷，但濃度非常低，約為億分之一至億分之五。研究人員說，好奇號沒有發(fā)現(xiàn)甲烷并不意味著之前的研究結(jié)果是錯誤的，甲烷的濃度可能隨著時間和地點的變化而不同。有關(guān)專家說：“雖然目前為止沒有檢測到甲烷，但是未來數(shù)月我們將繼續(xù)尋找，火星有可能給我們帶來驚喜?！焙闷嫣柣鹦擒囉糜跈z測火星大氣成分的設(shè)備是火星樣品分析儀（SAM），它由質(zhì)譜儀、色譜儀和光譜儀3個獨立的儀器構(gòu)成，最多能夠探測到幾萬億分之一單位濃度的甲烷。

好奇號把采集的第一個火星土壤樣本放置在觀察托盤中

11月9日，好奇號首次分析火星土壤。其機械臂將一撮火星泥土放進火星樣品分析儀。隨后，它使用質(zhì)譜儀、色譜儀和光譜儀對土壤進行了分析。

“火星科學(xué)實驗室”是美國旗艦級行星探測項目，2011年11月26日升空，總投資25億美元。（詳情請看本刊2011年第11期）

9月5日，美國黎明號（Dawn）小行星探測器離開灶神星軌道，向谷神星飛去，預(yù)計在2015年抵達目的地。若一切順利，黎明號有望成為第一個環(huán)繞2顆不同天體運行的無人探測器。這個探測器于2007年9月發(fā)射升空，并在2011年7月進入灶神星軌道。搜尋小行星帶中這2個標志性天體的信息，有助揭開太陽系早期歷史的奧秘。在過去1年多的任務(wù)中，黎明號拍攝了多角度圖片，幫助科學(xué)家繪制灶神星地形圖并開展相關(guān)研究。太陽系的小行星帶是位于火星和木星軌道間的小行星密集區(qū)域，天文學(xué)家估計這里有大約50萬顆種類各異的小行星。灶神星是與地球類似的巖狀天體，谷神星則是典型的冰狀天體，這2個極不相同的天體竟可同處一個小行星帶上，其原因也是黎明號需要揭示的奧秘之一。根據(jù)2006年8月國際天文學(xué)聯(lián)合會提出的新定義，谷神星已從小行星升格為矮行星。

9月，美國1977年發(fā)射的旅行者－1（Voyager－1）探測器已接近太陽系邊緣，即將成為人類向星際空間派出的首個使者。旅行者－1每3年飛行約1.6×109km。在駛?cè)胪馓盏拈L途旅行中，它一直在拍攝地球和太陽系其他行星的影像。美國行星協(xié)會聯(lián)合創(chuàng)始人路易斯·費得曼博士說，太陽系邊緣不存在一刀切的界面，而是延伸式的和不規(guī)則的，原因是太陽粒子和太陽系外的宇宙粒子是互相影響的。決定其是在太陽系之內(nèi)還是太陽系之外，主要是看占主導(dǎo)地位的粒子源自哪里。目前，旅行者－1接收到的宇宙射線數(shù)量急劇增加，且源自太陽的高能粒子數(shù)量有所下降，這表明該探測器已接近太陽系邊緣。當旅行者－1最終穿越太陽系范圍時，科學(xué)家期望觀測到一系列標志性跡象，包括磁場方向和“風(fēng)”類型的變化。相比太陽風(fēng)，星際風(fēng)應(yīng)該更慢、更冷并且更為密集。它飛出太陽系后的主要任務(wù)是測量宇宙光束粒子。如今，旅行者－1距離太陽約1.77×1011km，比它早升空16天的旅行者－2也正朝著太陽系邊緣孤獨地飛行。為了降低能耗、節(jié)省電力，旅行者－1在1989年飛經(jīng)海王星時曾關(guān)閉了所載相機，2020年還將關(guān)閉更多的器載設(shè)備，只留下少數(shù)科學(xué)儀器繼續(xù)工作，這樣其能量預(yù)計于2025年完全耗盡。

已接近太陽系邊緣的美國旅行者－1探測器示意圖

4 其他活動

3月27日，美國在5min的時間內(nèi)接連發(fā)射了5枚亞軌道探空火箭，用于研究地球上空的高空急流。此次任務(wù)名為“異常運輸火箭實驗”（ATREX）。5枚火箭都被發(fā)射到地球上空97km，并在這一高度釋放了三甲基鋁化學(xué)示蹤劑，這種化學(xué)物質(zhì)會和大氣中的水汽和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成奶白色的云霧，以便更加容易被地面觀測識別?？茖W(xué)家們利用它產(chǎn)生的明亮煙霧來追蹤并研究大氣中高空噴流的運行模式。對于“異常運輸火箭實驗”項目產(chǎn)生云霧的照片觀測將幫助科學(xué)家們更好地理解高空高速噴流的生成機制，這是一種存在于距離地面96～105km高空的超高速風(fēng)。每枚探空火箭發(fā)射間隔為80s，其中的2枚火箭還攜帶了專門設(shè)備，用于測量大氣溫度和氣壓數(shù)據(jù)。這次任務(wù)旨在了解超快速噴射氣流（最大速度達483km/s）和高海拔噴射氣流，耗資400萬美元。為了完成“異常運輸火箭實驗”，美國航空航天局使用了能達到亞軌道高度的小型探空火箭，位于沃勒普斯島的觀測站記錄了實驗結(jié)果。

6月16日，美國第2架X－37B“軌道試驗飛行器”（OTV－2）在美國加利福尼亞州范登堡空軍基地成功著陸。該飛行器于2011年3月5日從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空執(zhí)行保密任務(wù)，在軌飛行了469天（約15個月）。其飛行時長最初設(shè)計為270天，但此次試飛任務(wù)的持續(xù)時間遠遠超出了原定時長。2010年4月22日，首架X－37B首次升空，在軌飛行了225天，2010年12月3日降落在范登堡空軍基地。

12月11日，美國用宇宙神－5火箭第3次成功發(fā)射了X－37B。這是首架X－37B的第2次升空，即X－37B的首次重復(fù)使用。在前兩次飛行任務(wù)完成后，X－37B都在范登堡空軍基地著陸，這次有可能在肯尼迪航天中心5km跑道上著陸。美國軍方?jīng)]有披露與此次秘密任務(wù)有關(guān)的更多信息，只說這次發(fā)射是為空軍測試“穩(wěn)定、可重復(fù)使用的無人駕駛空天測試平臺”而進行的。美國空軍新聞發(fā)言人特蕾西·邦克的話說，與前兩次飛行任務(wù)相似，本次飛行的任務(wù)詳細信息是秘密的，但重點仍是測試X－37B的可重復(fù)使用性、功能和成本效益。