飛向2021
——聚焦國(guó)外重大航天活動(dòng)

王瑞（北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所）

2020年，世界航天發(fā)射次數(shù)達(dá)114次，相比于 2019年102次有所增加，與2018年持平。至此，世界航天發(fā)射次數(shù)連續(xù)三年破百。2021年，國(guó)際航天領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)多個(gè)里程碑事件，邁入快速發(fā)展、能力轉(zhuǎn)型、變革創(chuàng)新的新階段。

1 空間探測(cè)領(lǐng)域熠熠生輝

“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”將再創(chuàng)紀(jì)錄

2021年將是NASA的“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”（Parker Solar Probe)創(chuàng)紀(jì)錄的一年，該探測(cè)器將4次到達(dá)近日點(diǎn)和2次飛越金星，將更加接近太陽(yáng)熾熱的大氣層，捕捉到前所未有的太陽(yáng)活動(dòng)數(shù)據(jù)，并在此過(guò)程中多次打破自己的速度和距離紀(jì)錄。2021年1月12－23日，“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”第7次到達(dá)近日點(diǎn)，繞著太陽(yáng)面向地球的一側(cè)飛行，為多個(gè)地面觀測(cè)站和太空任務(wù)進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)提供機(jī)會(huì)。該探測(cè)器是有史以來(lái)最接近太陽(yáng)的探測(cè)器。

“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”效果圖

“希望”火星探測(cè)器將進(jìn)入環(huán)火軌道

2021年2月9日，阿聯(lián)酋首個(gè)火星探測(cè)器——“希望”（Hope），將抵達(dá)火星。這將是2020年發(fā)射的火星探測(cè)器之中首個(gè)抵達(dá)火星的航天器，并有望成為人類(lèi)第一顆“火星氣象衛(wèi)星”?！跋Ｍ被鹦翘綔y(cè)器由阿聯(lián)酋和美國(guó)多所航天高校聯(lián)合研制，項(xiàng)目主管和近一半多的參與者都是阿聯(lián)酋工程師，主要進(jìn)行火星大氣層研究和監(jiān)測(cè)氣候變化。“希望”探測(cè)器不會(huì)在火星表面著陸，而是在距火星表面2萬(wàn)～4萬(wàn)千米的軌道上環(huán)繞火星運(yùn)行，探測(cè)器繞火星運(yùn)行一圈需要大約55小時(shí)，并將持續(xù)圍繞火星運(yùn)行至少兩年。

“毅力”火星車(chē)將在火星采樣

2021年2月18日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)射的“毅力”（Perseverance）火星車(chē)將在火星上的杰澤羅（Jezero）隕石坑著陸。該火星車(chē)基于“好奇”火星車(chē)研制，用于探索火星上古生命跡象，探索火星地質(zhì)與氣候特征，采集火星表面的巖層土壤樣本，并進(jìn)行儲(chǔ)存。這些樣本將暫留火星，日后擇機(jī)在執(zhí)行其他火星探測(cè)任務(wù)時(shí)帶回地球。探測(cè)器上還裝有一架名為“機(jī)智”（Ingenuity）的小型無(wú)人機(jī)，質(zhì)量為1.8千克，如果在火星上嘗試起飛成功，未來(lái)的火星探測(cè)任務(wù)將會(huì)使用無(wú)人機(jī)作為探測(cè)器或者航天員的“偵察兵”，給行星探索開(kāi)拓更廣闊的可能性。

“游隼”月球著陸器首次登月

2021年7月，美國(guó)宇宙機(jī)器人公司（Astrobotic）研制的“游隼”（Peregrine）著陸器將進(jìn)行首次發(fā)射，降落在月球“死亡湖”區(qū)域。該發(fā)射計(jì)劃由NASA“商業(yè)月球有效載荷服務(wù)”（CLPS）項(xiàng)目出資，此外，也獲得了谷歌月球X大獎(jiǎng)。“游隼”著陸器將搭載著日本的首輛月球車(chē)——“瑤姬”（Yaoki），該月球車(chē)是微型輪式機(jī)器人，裝有史上最小但是最高效的車(chē)輪。另外，該著陸器還將搭載英國(guó)的首個(gè)探月機(jī)器人，用四條腿“步行”探索月球表面，方便對(duì)陡峭的多巖石地形進(jìn)行探索。

“游隼”著陸器效果圖

新星－C商業(yè)月球著陸器首次登月

2021年夏季，美國(guó)直覺(jué)機(jī)器公司（Intuitive Machines）將使用獵鷹－9火箭發(fā)射新星－C（Nova－C）月球著陸器，該發(fā)射計(jì)劃也是由NASA“商業(yè)月球有效載荷服務(wù)”項(xiàng)目出資。新星－C著陸器將搭載5個(gè)有效載荷，在距離預(yù)定著陸點(diǎn)200米的范圍內(nèi)著陸。捕獲月球表面的原始光學(xué)圖像，將其轉(zhuǎn)換為地形相對(duì)導(dǎo)航測(cè)量數(shù)據(jù)，并將在13.5天的時(shí)間內(nèi)向地球回傳數(shù)據(jù)。

新星－C著陸器效果圖

“雙小行星重定向測(cè)試”探測(cè)器將發(fā)射

2021年7月，NASA將發(fā)射“雙小行星重定向測(cè)試”（DART）探測(cè)器，計(jì)劃在2022年9月撞向目標(biāo)小行星黛莫福斯（Dimorphos）。該小行星直徑160米，圍繞著體積更大的小行星迪德莫斯（Didimos）旋轉(zhuǎn)。撞擊行動(dòng)將把黛莫福斯小行星推向圍繞迪德莫斯更狹窄的軌道，地球上的望遠(yuǎn)鏡將追蹤撞擊結(jié)果。該任務(wù)的目的在于練習(xí)如何使小行星的軌道偏轉(zhuǎn)，研究避免小行星撞擊地球的方法。

“雙小行星重定向測(cè)試”探測(cè)器

“貝皮-科倫坡”水星探測(cè)器將接近金星

歐洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）聯(lián)合研制的“貝皮-科倫坡”（Bepi Colombo）水星探測(cè)器將在2021年8月10日接近金星。在引力幫助下，該探測(cè)器將達(dá)到距離金星552千米的范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)2025年下半年進(jìn)入水星軌道。該水星探測(cè)器于2018年10月19日發(fā)射升空，將需要完成順序復(fù)雜的9次行星飛越后最終到達(dá)水星，對(duì)水星的地形、重力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、礦物成分、磁層以及水星周?chē)母鞣N粒子環(huán)境進(jìn)行全方位探測(cè)。該探測(cè)器由“水星行星軌道器”（MPO）、“水星磁層軌道器”（MMO）和“水星轉(zhuǎn)移模塊”（MTM）等組成。

“露西”行星探測(cè)器將開(kāi)啟10多年的探測(cè)之旅

2021年10月16日開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)小行星探測(cè)的發(fā)射窗口。作為NASA雄心壯志的一項(xiàng)新任務(wù)，“露西”（LUCY）行星探測(cè)器將在10月底發(fā)射，開(kāi)始?xì)v時(shí)10多年的太陽(yáng)系穿行之旅。一路上，它將先在火星與木星之間的小行星主帶停留，然后再探訪(fǎng)與木星同處一條繞日運(yùn)行軌道的6顆特洛伊小行星，進(jìn)行小行星飛越探測(cè)。這也是人類(lèi)首次進(jìn)行遠(yuǎn)距離小行星探測(cè)。

“露西”行星探測(cè)器效果圖

俄羅斯月球－25探測(cè)器將首次登月

2021年10月，俄羅斯研制的月球－25（Luna－25）探測(cè)器將利用聯(lián)盟－2.1b/弗雷蓋特－M火箭發(fā)射升空，大約10天后，在月球南極附近的“博古斯拉夫斯基”隕石坑區(qū)域完成軟著陸，對(duì)月球極地土壤性質(zhì)和構(gòu)成進(jìn)行研究，并對(duì)月球大氣層進(jìn)行研究。這是俄羅斯首個(gè)在月球南極地區(qū)著陸的探測(cè)器，上面裝有8臺(tái)俄羅斯儀器，歐洲航天局也將為該任務(wù)提供視頻攝像機(jī)和地面支持團(tuán)隊(duì)。這也是“俄羅斯探月計(jì)劃”的首次發(fā)射。

印度月船－3探測(cè)器將在月球南極軟著陸

2021年底, 印度空間研究組織（ISRO）將發(fā)射月船－3（Chandrayaan－3) 探測(cè)器, 瞄準(zhǔn)在月球南極區(qū)域軟著陸。這也是2019年印度發(fā)射月船－2探測(cè)器著陸失敗后再次嘗試發(fā)射月球探測(cè)器。

印度阿迪亞－L1太陽(yáng)探測(cè)器將啟程探日

印度阿迪亞－L1（Aditya－L1）太陽(yáng)探測(cè)器將在2021年發(fā)射，這是印度第一個(gè)研究太陽(yáng)日冕的航天器，將用于觀察太陽(yáng)光球、色球和日冕，太陽(yáng)風(fēng)和太陽(yáng)磁暴的磁場(chǎng)，以及地球周?chē)恼w空間環(huán)境等現(xiàn)象。探測(cè)器將發(fā)射到拉格朗日L1點(diǎn)附近。

阿迪亞－L1太陽(yáng)探測(cè)器效果圖

2 載人航天持續(xù)推進(jìn)

SpaceX公司將進(jìn)行至少3次載人飛行任務(wù)

2021年春季，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）將首次發(fā)射復(fù)用“載人龍”飛船C206.2，執(zhí)行Crew－2任務(wù)；秋季將發(fā)射龍飛船C207.2，進(jìn)行首次私人航天發(fā)射任務(wù)AX－1；年底將采用“載人龍”飛船C209.1，執(zhí)行Crew－3任務(wù)。此外，公司還計(jì)劃在2021年底推出“私人太空旅游首秀”，實(shí)現(xiàn)4名游客搭乘“載人龍”飛船進(jìn)行3～5天的太空旅游，但不會(huì)?？繃?guó)際空間站，而是飛到800～1000千米的軌道上。這將打破多項(xiàng)記錄，并開(kāi)啟商業(yè)載人航天新時(shí)代。

美國(guó)波音公司的“星際飛船”復(fù)飛

2021年3月，美國(guó)波音公司（Boeing）的“星際飛船”（Starliner，CST－100）將使用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）的宇宙神－5（Altas－5）火箭進(jìn)行第二次無(wú)人飛行試驗(yàn)（OFT－2）。如果一切順利，“星際客船”計(jì)劃不早于2021年6月進(jìn)行首次載人飛行試驗(yàn)（CFT－1），首飛將搭載的3名NASA航天員是邁克·芬克、尼科爾·曼和巴里·威爾莫爾。2019年12月，“星際飛船”已完成首次無(wú)人飛行試驗(yàn)（OFT－1），但由于飛船軟件問(wèn)題，未能與國(guó)際空間站對(duì)接。

3 新型火箭強(qiáng)勢(shì)來(lái)襲

“火神/半人馬座”火箭首飛

2021年7月，美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）研制的下一代主力運(yùn)載火箭—“火神/半人馬座”（Vulcan Centaur 522）將從卡納維拉爾角41號(hào)發(fā)射工位進(jìn)行首飛，該火箭旨在以較低的成本逐步取代宇宙神－5（Atlas－5）和德?tīng)査?（Delta－4）重型火箭。“火神”火箭首飛成功后，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟還將逐步在該火箭上發(fā)展一子級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)使用技術(shù)和二子級(jí)太空駐留技術(shù)。

“火神/半人馬座”火箭效果圖

運(yùn)載能力最大的“航天發(fā)射系統(tǒng)”重型火箭將首飛

2021年11月，NASA的首次阿爾忒彌斯－1（ARTEMIS－1）任務(wù)將啟動(dòng)，開(kāi)展一次繞月飛行。作為該計(jì)劃中的主角，備受關(guān)注的“航天發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）重型運(yùn)載火箭將首飛，它是當(dāng)今運(yùn)載能力最大的火箭，其近地軌道的運(yùn)載能力達(dá)到130噸。NASA“獵戶(hù)座”飛船將第二次飛行，2014年“獵戶(hù)座”飛船曾成功進(jìn)行首次不載人試飛。2019年，NASA發(fā)布了“阿爾忒彌斯”登月計(jì)劃，SLS重型火箭作為美國(guó)重返月球計(jì)劃的主要運(yùn)載火箭，歷經(jīng)10年研制，將用于執(zhí)行包括重返月球及火星登陸在內(nèi)的載人航天探索任務(wù)。

“超重-星艦”將進(jìn)行首次無(wú)人飛行試驗(yàn)

2021年底，SpaceX公司的“超重-星艦”（Super Heavy-Starship）將進(jìn)行首次無(wú)人飛行試驗(yàn)。“超重-星艦”是一枚大型可重復(fù)使用的載人火箭，是進(jìn)行深空探索、移民火星計(jì)劃的重要運(yùn)載工具，能搭乘100名乘客，通體采用鋼材料制成?！俺?星艦”分為上、下兩個(gè)部分：上部分名為“星艦”，用于載人；下部分名為“超重”，可重復(fù)使用，用于提供大推力。

SLS重型運(yùn)載火箭

“超重-星艦”載人火箭

可重復(fù)使用一子級(jí)的“新格倫”火箭首飛

2021年底，美國(guó)藍(lán)色起源公司（Blue Origin）研制的“新格倫”（New Glenn）大型運(yùn)載火箭將進(jìn)行首飛，未來(lái)該火箭將被納入NASA商業(yè)火箭編隊(duì)。新格倫火箭一子級(jí)使用7臺(tái)BE－4液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，二子級(jí)使用2臺(tái)BE－3U液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)。該火箭的一子級(jí)設(shè)計(jì)可重復(fù)使用25次。BE－4發(fā)動(dòng)機(jī)除用于“新格倫”火箭一子級(jí)外，還用于美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“火神/半人馬座”火箭的一子級(jí)。

日本H－3火箭首飛

2021年年底，日本三菱重工研制的大型H－3火箭將首飛，搭載著日本的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星（ALOS－3）。此前，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)曾計(jì)劃在2020年年底進(jìn)行H－3火箭首飛，但由于火箭一子級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)LE－9在測(cè)試中出現(xiàn)了技術(shù)問(wèn)題，發(fā)射推遲。H－3火箭是日本在研的新一代大推力火箭，是兩級(jí)液氫/液氧運(yùn)載火箭，其運(yùn)載能力更強(qiáng)，發(fā)射費(fèi)用更低，可以靈活發(fā)射多種中/大型衛(wèi)星，預(yù)計(jì)將在2023年后替代日本現(xiàn)役H－2A和2B火箭，為“國(guó)際空間站”運(yùn)送貨物，并為NASA的“阿爾忒彌斯”計(jì)劃下的“月球門(mén)戶(hù)”（Gateway）提供貨運(yùn)補(bǔ)給。

H－3運(yùn)載火箭

4 商業(yè)小運(yùn)載火箭家族愈發(fā)繁榮

韓國(guó)“小型衛(wèi)星運(yùn)載火箭”將首飛

2021年2月，韓國(guó)小型衛(wèi)星運(yùn)載火箭－2（KSLV－2）將首飛。該火箭是三級(jí)液氧/煤油運(yùn)載火箭，600～800千米低地球軌道（LEO）運(yùn)載能力1.5噸?；鸺蛔蛹?jí)采用4臺(tái)液氧/煤油KRE-75發(fā)動(dòng)機(jī)；二子級(jí)采用單臺(tái)KRE－75發(fā)動(dòng)機(jī)；三子級(jí)采用單臺(tái)KRE－7（7噸級(jí)）發(fā)動(dòng)機(jī)。KRE－75發(fā)動(dòng)機(jī)是韓國(guó)自主研發(fā)的75噸級(jí)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。至此，韓國(guó)成為第七個(gè)掌握75噸級(jí)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的國(guó)家。

織女星－C火箭將首飛

2021年6月，歐洲航天局的織女星－C（Vega－C）火箭將首飛，搭載著意大利航天局（ASI）的拉列斯－2（LARES－2）衛(wèi)星。該火箭是基于“織女星”火箭進(jìn)行研制,目的是為了適應(yīng)市場(chǎng)變化，提升運(yùn)載能力，控制發(fā)射和運(yùn)營(yíng)成本。織女星－C火箭是四級(jí)火箭，一、二、三子級(jí)使用固體推進(jìn)劑，四子級(jí)使用液體推進(jìn)劑。

織女星－C火箭效果圖

拉文X空射系統(tǒng)將首飛

2021年第三季度，美國(guó)航天時(shí)代公司（Aevum Space）研制的兩級(jí)空射小型火箭——拉文X（Ravn X）空射系統(tǒng)將進(jìn)行首飛。載機(jī)使用超音速無(wú)人機(jī)，能夠自主完成起飛-發(fā)射火箭-著陸，太陽(yáng)同步軌道（SSO）運(yùn)載能力為100千克。

拉文 X空射系統(tǒng)

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡

5 新款空間望遠(yuǎn)鏡閃亮登場(chǎng)

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡

2021年10月，受全世界的天文愛(ài)好者期待已久的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）將使用阿里安－5（Ariane－5）火箭升空，到達(dá)太陽(yáng)-地球L2點(diǎn),距離地球近160萬(wàn)千米。在這一有利位置工作，韋伯望遠(yuǎn)鏡將凝視早期的宇宙，研究星系和超大質(zhì)量黑洞，并提供對(duì)系外行星的新見(jiàn)解，包括系外行星的大氣成分，甚至包括系外行星的可居住性。該空間望遠(yuǎn)鏡是迄今為止建造的最大的空間望遠(yuǎn)鏡，是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（Hubble Space Telescope）的繼承者，造價(jià)高達(dá)88億美元。韋伯望遠(yuǎn)鏡的口徑約為6.5米,將覆蓋比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡更多的波長(zhǎng)，因此可以看見(jiàn)更遠(yuǎn)、更深的宇宙。

6 小結(jié)

2021年全球航天領(lǐng)域精彩紛呈。商業(yè)巨頭SpaceX公司將執(zhí)行48次發(fā)射任務(wù)，包含15次“星鏈”發(fā)射任務(wù)，足以凸顯其商業(yè)巨頭的野心?？臻g探測(cè)超越想象，引人矚目；載人航天任務(wù)依舊是航天活動(dòng)的熱點(diǎn)，多款載人飛船閃亮登場(chǎng)；詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將為人類(lèi)了解太空打開(kāi)新的視野，揭開(kāi)更多的宇宙奧秘；新型火箭家族愈發(fā)繁榮，必將增強(qiáng)航天的力量；小運(yùn)載市場(chǎng)新秀登場(chǎng)，發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)不可擋……2021年，航天領(lǐng)域必定是大放光彩的一年，值得我們期待！