2024 年國(guó)外重大航天活動(dòng)展望

王瑞 陳允宗（北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所）

2023 年，全球共進(jìn)行了223 次航天發(fā)射，相比于2022 年的186 次，增加了37 次（增長(zhǎng)率約19.89%）。2024 年，全球航天發(fā)射熱潮還將持續(xù)，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)阿爾忒彌斯-2(Artemis-2)、波音CST-100星際客船首次載人試飛等重量級(jí)航天任務(wù)引人期待，“新格倫”(New Glenn)、阿里安-6(Ariane-6)等新型火箭首飛也將在世界航天發(fā)射市場(chǎng)上激起新的變化。

1 載人航天活動(dòng)態(tài)勢(shì)活躍

美國(guó)啟動(dòng)阿爾忒彌斯-2 載人任務(wù)

2024 年11 月，NASA 將利用空間發(fā)射系統(tǒng)-1（SLS-1）重型運(yùn)載火箭和“獵戶座”（Orion）飛船搭載4 名航天員執(zhí)行約10 天的阿爾忒彌斯-2 載人繞月飛行任務(wù)，測(cè)試飛船各系統(tǒng)在包括緊急和非標(biāo)稱條件下的運(yùn)行情況。執(zhí)行阿爾忒彌斯-2 任務(wù)的航天員如圖1 所示。按照計(jì)劃，NASA 將在2025 年進(jìn)行阿爾忒彌斯-3 載人登陸任務(wù)，這也是自“阿波羅”（Apollo）登月之后人類首次登月，登陸點(diǎn)為月球南極。NASA 計(jì)劃在2028 年9 月首次采用SLS Block-1B重型運(yùn)載火箭執(zhí)行阿爾忒彌斯-4 載人登月任務(wù)（第二次登月）。相較SLS-1 火箭，SLS Block-1B 重型運(yùn)載將使用更大的探索上面級(jí)（EUS）。

圖1 執(zhí)行阿爾忒彌斯-2 任務(wù)的航天員

SpaceX 將執(zhí)行3 次載人發(fā)射任務(wù)

2024 年，太空探索技術(shù)公司（SpaceX）將執(zhí)行3次載人任務(wù)。1月17日，將執(zhí)行公理空間公司（Axiom Space）的公理任務(wù)-3（Ax-3），把4 名航天員送往“國(guó)際空間站”（ISS），任務(wù)為期13 天。本次任務(wù)也是有史以來(lái)第一次全部搭載歐洲航天員前往“國(guó)際空間站”，也是歐洲航天局（ESA）贊助的首次商業(yè)航天任務(wù)，其中，任務(wù)專家阿爾珀·格澤拉吾哲是土耳其首位航天員。2 月，SpaceX 將執(zhí)行NASA 的載人-8（Crew-8）任務(wù)，將把4 名航天員送往“國(guó)際空間站”。10 月，SpaceX 將執(zhí)行公理空間公司的公理任務(wù)-4 任務(wù)，任務(wù)為期14 天。

“星際飛船”首次載人飛行試驗(yàn)

2024 年4 月，美國(guó)波音公司（Boeing）的“星際飛船”（Starliner）將進(jìn)行首次載人飛行測(cè)試（Boe CFT），這也是該飛船進(jìn)行的第三次軌道發(fā)射測(cè)試。本次發(fā)射將把2 名NASA 航天員送往“國(guó)際空間站”，任務(wù)為期7 天，將使用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）的宇宙神-5（Altas-5）火箭進(jìn)行發(fā)射。此前，“星際飛船”曾在2019 年和 2022 年進(jìn)行了兩次無(wú)人飛行測(cè)試。“星際飛船”示意圖如圖2 所示。

圖2 “星際飛船”示意圖

印度“天空飛船”無(wú)人首飛測(cè)試

2024 年第一季度，印度將進(jìn)行“天空飛船”（Gaganyaan）亞軌道試驗(yàn)。若首飛順利完成，第二季度將進(jìn)行第二次飛行測(cè)試，屆時(shí)將搭載“太空朋友”（Vyommitra）模擬機(jī)器人（見(jiàn)圖3）。2023 年10月22 日，印度空間研究組織（ISRO）成功進(jìn)行了“天空飛船”TV-D1 指令艙的測(cè)試飛行，乘員逃生系統(tǒng)按預(yù)期運(yùn)行，載人逃生系統(tǒng)得以驗(yàn)證。

圖3 “太空朋友”模擬機(jī)器人

2 多國(guó)執(zhí)行探月任務(wù)

SpaceX 通過(guò)“星艦-載人登陸系統(tǒng)”進(jìn)行無(wú)人登月演示

2024 年底，SpaceX 公司的“星艦-載人登陸系統(tǒng)”（Starship-HLS）月球著陸器將進(jìn)行首次無(wú)人登月演示（見(jiàn)圖4）。該著陸器將用于執(zhí)行阿爾忒彌斯-3 首次載人登月任務(wù)。2021 年4 月，SpaceX公司與NASA 簽訂“載人登陸系統(tǒng)”專屬合同，合同價(jià)值28.9 億美元。按照計(jì)劃，NASA 的SLS 火箭和“獵戶座”飛船將搭載4 名航天員進(jìn)行為期多天的月球之旅。2 名航天員將搭乘“星艦-載人登陸系統(tǒng)”著陸器完成登月。在登月大約一周后，他們將再次登上該著陸器返回，與在“獵戶座”飛船上的2 名航天員會(huì)合后，共同返回地球?！靶桥?載人登陸系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)源自星艦，經(jīng)過(guò)修改可以用作月球著陸器。

圖4 “星艦-載人登陸系統(tǒng)”月球著陸器示意圖

美國(guó)發(fā)射新星-C 月球著陸器

2024 年上半年，美國(guó)直覺(jué)機(jī)器公司（Intuitive Machines）將使用獵鷹-9（Falcon-9）火箭發(fā)射3個(gè)新星-C（Nova-C）月球著陸器，用于向月球表面運(yùn)送小型商業(yè)有效載荷。新星-C 月球著陸器高為3m，直徑為2m，凈質(zhì)量為1900kg，運(yùn)載能力為100kg，采用一臺(tái)名為VR900 的液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。

“毒蛇”月球車將勘探月球南極

2024年11月，NASA將執(zhí)行格里芬-1（Griffin-1）任務(wù)，使用獵鷹-重型（Falcon Heavy）火箭發(fā)射“揮發(fā)物調(diào)查極地探索月球車”（VIPER，又稱“毒蛇”）到月球南極附近的諾比爾隕石坑進(jìn)行勘探。該月球車裝載在太空機(jī)器人技術(shù)公司（Astrobotic Technology）研制的格里芬-1 月球著陸器上?！岸旧摺痹虑蜍嚨拈L(zhǎng)和寬都是1.53m，高為2.45m，凈質(zhì)量為430kg，用于勘探月球資源，特別是水冰，將繪制其分布圖并測(cè)量其深度和純度。

3 深空探測(cè)任務(wù)的拓展

美國(guó)發(fā)射“歐羅巴快船”探測(cè)器

2024 年10 月，NASA 計(jì)劃發(fā)射“歐羅巴快船”（Europa Clipper）探測(cè)器（見(jiàn)圖5）,探測(cè)器高為6m，質(zhì)量為2616kg，起飛質(zhì)量為6065kg。探測(cè)器攜帶科學(xué)儀器和雷達(dá)，近距離飛越木衛(wèi)二進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)，收集大氣、表面和內(nèi)部的數(shù)據(jù)。由于木星強(qiáng)大的磁場(chǎng)影響，探測(cè)器若直接環(huán)繞飛行會(huì)非常危險(xiǎn)，因此它將采取橢圓軌道飛行。該木星探測(cè)項(xiàng)目是NASA未來(lái)深空探測(cè)的重要項(xiàng)目之一。

圖5 “歐羅巴快船”探測(cè)器

印度發(fā)射首個(gè)金星軌道探測(cè)器

2024 年12 月，印度空間研究組織將發(fā)射印度首個(gè)金星軌道探測(cè)器——舒克拉雅-1（Shukrayaan-1），用于研究金星的大氣層和表面。該航天器將在2000km×600km 的橢圓軌道進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，探測(cè)器配備高分辨率合成孔徑雷達(dá)（SAR）和探地雷達(dá)，能夠生成高分辨率圖像，并可以在極端天氣下晝夜收集數(shù)據(jù)。任務(wù)的主要目標(biāo)是繪制金星表面和次表面圖像，同時(shí)研究金星大氣的化學(xué)成分，以及與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用。

NASA 發(fā)射雙胞胎火星探測(cè)器

2024 年8 月6-15 日，NASA 將發(fā)射雙胞胎探測(cè)器，該任務(wù)名稱為“逃逸和等離子加速與動(dòng)力學(xué)探索者”（ESCAPADE）。兩個(gè)探測(cè)器將沿橢圓軌道繞火星運(yùn)行并對(duì)火星磁層進(jìn)行研究，目的是了解火星磁層與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用。每個(gè)探測(cè)器的凈質(zhì)量約為200kg，基于火箭實(shí)驗(yàn)室（Rocket Lab）的光子衛(wèi)星平臺(tái)改造而成，尺寸約為60cm×70cm×90cm，由兩個(gè)480cm×70cm 的太陽(yáng)翼提供動(dòng)力。兩個(gè)探測(cè)器將于 2025 年9 月到達(dá)火星橢圓軌道，任務(wù)預(yù)計(jì)于2027 年3 月上旬結(jié)束。

ESA 發(fā)射“赫拉”小行星探測(cè)器

2024 年10 月，ESA 計(jì)劃發(fā)射“赫拉”（Hera）探測(cè)器，對(duì)“迪莫弗斯”（Dimorphos）和“迪蒂莫斯”（Didymos）雙小行星系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)（見(jiàn)圖6）。2022 年9 月26 日，NASA 成功使用“雙小行星重定向測(cè)試”（DART）探測(cè)器對(duì)“迪莫弗斯”進(jìn)行撞擊，使其偏離原運(yùn)行軌道?！昂绽碧綔y(cè)器將近距離勘測(cè)“迪莫弗斯”受到撞擊后留下的巨大撞擊坑，還將對(duì)“迪蒂莫斯”的質(zhì)量和構(gòu)成進(jìn)行研究，為地球面對(duì)隕石災(zāi)害的行星防御能力提供更多驗(yàn)證和技術(shù)支持。“赫拉”探測(cè)器將攜帶兩顆6U 立方體衛(wèi)星——“朱文塔斯”（Juventas）和“米拉尼”（Milani）?！爸煳乃埂睂?duì)小行星進(jìn)行低頻雷達(dá)探測(cè)，“米拉尼”將對(duì)目標(biāo)天體成像，探索單個(gè)小行星巨石的礦物成分。

圖6 “赫拉”探測(cè)器和“朱文塔斯”“米拉尼”衛(wèi)星

4 新型運(yùn)載火箭相繼首飛

藍(lán)色起源公司發(fā)射“新格倫”火箭

2024 年，藍(lán)色起源公司（Blue Origin）的“新格倫”火箭將在卡納維拉爾角范登堡空軍基地首飛。該火箭于2012 年開(kāi)始設(shè)計(jì)研制，為兩級(jí)可重復(fù)使用重型運(yùn)載火箭，全箭高為98m，直徑為7m，低地球軌道（LEO）運(yùn)載能力為45000kg。一子級(jí)由7 臺(tái)BE-4 液氧/ 甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，可產(chǎn)生17000kN 的起飛推力。二子級(jí)由2 臺(tái)液氫/液氧BE-3U 發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

ULA 公司“火神”火箭首飛

2024 年1 月8 日，美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）的“火神”（Vulcan）火箭將搭載太空機(jī)器人技術(shù)公司（Astrobotic Technology）的“游隼”（Peregrine）月球著陸器進(jìn)行首飛，任務(wù)代號(hào)：驗(yàn)證-1（Cert-1）。首飛原計(jì)劃于2023 年底進(jìn)行，但由于“濕彩排”的推進(jìn)劑貯箱測(cè)試未能全部完成，推遲到2024 年?！坝析馈敝懫鲗⒃? 月23 日登陸月面的“粘性灣”區(qū)域（Sinus Viscositatis)，探測(cè)硬化熔巖流。

ESA 阿里安-6 火箭首飛

2024 年6 月，ESA 研制的阿里安-6 兩級(jí)液氫/液氧運(yùn)載火箭將首飛。火箭一子級(jí)采用火神-2.1（Vulcain-2.1）發(fā)動(dòng)機(jī)，二子級(jí)采用了新設(shè)計(jì)的“芬奇”（Vinci）可重啟發(fā)動(dòng)機(jī)。阿里安-6 有兩個(gè)型號(hào)：阿里安-62 和阿里安-64。阿里安-62 配有2個(gè)P120 固體助推器，主要用于政府和科學(xué)任務(wù)；阿里安-64 配有4 個(gè)P120 固體助推器，主要針對(duì)商業(yè)市場(chǎng)。首飛任務(wù)將搭載11 個(gè)有效載荷（包括7 顆衛(wèi)星和4 個(gè)試驗(yàn)儀器）。

俄羅斯安加拉-A5M 首飛

2024 年第四季度，俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)公司（ROSCOSMOS）的安加拉-A5M（Angara-A5M）將從俄羅斯東方發(fā)射場(chǎng)新建發(fā)射臺(tái)上首飛，它是安加拉-A5 火箭的改進(jìn)型?；鸺?、二子級(jí)采用改進(jìn)型RD-191M 發(fā)動(dòng)機(jī)，與現(xiàn)有的RD-191 發(fā)動(dòng)機(jī)相比，推力能夠增加 10%，可將27.1t 的有效載荷送入近地軌道。箭體結(jié)構(gòu)使用復(fù)合材料制成，采用俄制新型飛行控制系統(tǒng)，通用火箭模塊（URM）還配備了備用氣動(dòng)和液壓硬件，以提高推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

火箭實(shí)驗(yàn)室發(fā)射“中子”中型運(yùn)載火箭

2024 年，火箭實(shí)驗(yàn)室研制的“中子”（Neutron）中型運(yùn)載火箭將從美國(guó)弗吉尼亞州的中大西洋區(qū)域航天港首飛（見(jiàn)圖7）。該火箭基于“電子”（Electron）小型運(yùn)載火箭研制，全箭高為43m，直徑為7m，起飛質(zhì)量為480t，LEO 軌道運(yùn)載能力為13t，一、二子級(jí)都采用“阿基米德”（Archimedes）液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，推力更大，可用于執(zhí)行巨型星座部署和探月、探火、金星探測(cè)任務(wù)。該火箭的亮點(diǎn)是擁有一個(gè)超長(zhǎng)的整流罩，一子級(jí)與整流罩直接相連，二子級(jí)和有效載荷則被整流罩完全包裹在內(nèi)。在級(jí)間分離后，整流罩和一子級(jí)可以整體回收。

圖7 “中子”火箭

美國(guó)發(fā)射拉文-X 空射系統(tǒng)

2024 年上半年，美國(guó)航天時(shí)代公司的拉文-X（Ravn-X）空射系統(tǒng)將首飛，執(zhí)行美國(guó)天軍（USSF）的“敏捷小型發(fā)射操作標(biāo)準(zhǔn)化”（ASLON-45）任務(wù)。拉文 X 空射系統(tǒng)長(zhǎng)為24m，高為5.5m，翼展為18m，起飛質(zhì)量為24947kg。在專有軟件的驅(qū)動(dòng)下，拉文-X 會(huì)自行飛到預(yù)定高度并發(fā)射火箭，并能自主著陸，該空射系統(tǒng)可重復(fù)使用率為70%。

韓國(guó)兩款新型號(hào)小型運(yùn)載火箭首飛

2024 年，韓國(guó)兩款小型運(yùn)載火箭將首飛。12月，韓國(guó)伊諾航天公司（Innospace）的韓光-Nano（Hanbit-Nano）兩級(jí)小型運(yùn)載火箭將從巴西阿爾坎塔拉發(fā)射場(chǎng)首飛。韓光-Nano 運(yùn)載火箭采用帶有電動(dòng)泵推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，推進(jìn)劑為液氧/石蠟，太陽(yáng)同步軌道（SSO）運(yùn)載能力為50kg，一子級(jí)推力為150kN，二子級(jí)推力為30kN。

此外，韓國(guó)近地點(diǎn)宇航公司(Perigee Aerospace)的可重復(fù)使用小型火箭——藍(lán)鯨-1（Blue Whale-1）將從澳大利亞艾爾半島的“捕鯨者之路”發(fā)射場(chǎng)進(jìn)行飛行測(cè)試。藍(lán)鯨-1 火箭是在三星集團(tuán)（SAMSUNG）的支持下進(jìn)行研制開(kāi)發(fā)的，采用液化天然氣/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)。

德國(guó)發(fā)射奧格斯堡-1 小型運(yùn)載火箭

2024 年，德國(guó)奧格斯堡火箭工廠（RFA）的奧格斯堡-1（RFA-1）火箭將從蘇格蘭薩克斯沃德太空港首飛。RFA One 是三級(jí)運(yùn)載火箭，高為30m，直徑為2m，LEO 軌道運(yùn)載能力1600kg。一子級(jí)采用9 臺(tái)“螺旋線”（Helix）液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力為100kN，二子級(jí)采用單臺(tái)真空“螺旋線”液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，前兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件將采用3D 打印技術(shù)。三子級(jí)將作為軌道轉(zhuǎn)移飛行器，使用綠色推進(jìn)劑。

英國(guó)發(fā)射天空曙光-XL 火箭

2024 年，英國(guó)天空曙光公司（Skyrora）的天空曙光-XL（Skyrora XL）火箭將首飛。天空曙光-XL 火箭是一款三級(jí)小型運(yùn)載火箭，采用9 臺(tái)3D 打印的氧化氫/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料從廢塑料中提取，推力約為7t。全箭高為22.7m，直徑為2.2m，500km SSO 軌道運(yùn)載能力為315kg。該火箭的一、二子級(jí)都可以通過(guò)傘降回收方式重復(fù)使用。

5 其他重要航天活動(dòng)

美國(guó)“追夢(mèng)者”航天飛機(jī)首次貨運(yùn)任務(wù)

2024 年4 月30 日，美國(guó)“追夢(mèng)者”(Dream Chaser)航天飛機(jī)計(jì)劃使用“火神/半人馬座”(Vulcan Centaur VC4L)火箭執(zhí)行首次NASA“國(guó)際空間站”貨運(yùn)任務(wù)（見(jiàn)圖8）?！白穳?mèng)者”航天飛機(jī)是內(nèi)華達(dá)山脈公司（SNC）研制的多用途、可重復(fù)使用升力式軌道飛行器，長(zhǎng)為9m，高為2m，翼展為7m，起飛質(zhì)量為9t，采用火箭頂推發(fā)射方式，水平滑行返回著陸。其貨運(yùn)版采用折疊機(jī)翼，尾部?jī)蓚?cè)為兩組推力器噴口，未設(shè)置主發(fā)動(dòng)機(jī)；載人版采用不可折疊機(jī)翼，尾部?jī)蓚?cè)為主發(fā)動(dòng)機(jī)，尾部中心位置設(shè)有與“國(guó)際空間站”對(duì)接的艙門。

圖8 貨運(yùn)版“追夢(mèng)者”航天飛機(jī)

歐洲“尼克斯”可重復(fù)使用太空艙首次演示驗(yàn)證

2024 年，歐洲勘探公司(Exploration Company)研制的“尼克斯”（Nyx）可重復(fù)使用太空艙將搭載阿里安-6 火箭發(fā)射，進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，該太空艙預(yù)計(jì)將在2026 年正式投入使用。本次進(jìn)行驗(yàn)證的模擬艙直徑為60cm，質(zhì)量約為40kg，公司希望通過(guò)這次任務(wù)收集熱保護(hù)裝置數(shù)據(jù)并對(duì)太空艙的形狀進(jìn)行驗(yàn)證。全尺寸“尼克斯”太空艙直徑為4m，質(zhì)量為8000kg，使用綠色推進(jìn)劑，可以將貨物（或人員）送到“國(guó)際空間站”，并返回地球。

土耳其發(fā)射首顆國(guó)產(chǎn)土耳其-6A 通信衛(wèi)星

2024 年6 月，土耳其首顆通信衛(wèi)星—土耳其-6A（Türksat-6A）將使用獵鷹-9 火箭發(fā)射。該衛(wèi)星由土耳其科學(xué)技術(shù)研究所（TUBITAK）研制，將在東經(jīng)42°、距地球35786km 的地球靜止軌道上提供服務(wù)。衛(wèi)星還將服務(wù)東南亞地區(qū)，使土耳其成為世界上首批有能力生產(chǎn)通信衛(wèi)星的11 個(gè)國(guó)家之一。

澳大利亞執(zhí)行首次衛(wèi)星拼單發(fā)射任務(wù)

2024 年底，澳大利亞吉爾摩航天技術(shù)公司（Gilmour）的鬩神星-2（Eris Block-2）火箭將執(zhí)行首次大篷車-1（Caravan-1）拼單發(fā)射任務(wù)?！棒]神星”火箭是澳大利亞吉爾摩公司自主研制的三級(jí)火箭，一、二子級(jí)采用“天狼星”（Sirius）發(fā)動(dòng)機(jī)，三子級(jí)采用3D 打印的“鳳凰”（Phoenix）液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。LEO 軌道運(yùn)載能力為1t。

NASA 執(zhí)行PREFIRE 發(fā)射任務(wù)

2024 年5 月，火箭實(shí)驗(yàn)室將執(zhí)行NASA 的“遠(yuǎn)紅外實(shí)驗(yàn)中的極輻射能”（PREFIRE）任務(wù)，為其提供2 次“電子”發(fā)射。將把2 顆6U 立方體衛(wèi)星發(fā)送到不同的軌道（高度470km 和650km；近極82°和98°傾角軌道），每顆立方體衛(wèi)星都攜帶一個(gè)小型紅外光譜儀，覆蓋范圍為0～45μm，光譜分辨率為0.84μm，運(yùn)行一個(gè)季節(jié)周期（一年）。該任務(wù)旨在讓研究人員更準(zhǔn)確地了解地球能量流失情況（特別是從北極和南極洲流失情況），以應(yīng)對(duì)全球變暖氣候影響。

6 結(jié)語(yǔ)

2024 年，世界航天活動(dòng)即將開(kāi)啟，商業(yè)載人領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)行多次發(fā)射，深空探測(cè)器將探索更多遙遠(yuǎn)的行星，多款新型運(yùn)載火箭將陸續(xù)首飛，更有多顆新型衛(wèi)星相繼發(fā)射部署，世界航天發(fā)射活動(dòng)值得期待。