國際空間探索協(xié)調(diào)小組《全球探索路線圖》（第三版）概述

2018年2月2日，國際空間探索協(xié)調(diào)小組（ISECG）發(fā)布了《全球探索路線圖》（第三版）（GER）。新版路線圖重申了來自不同國家和地區(qū)的14家航天機構(gòu)的共同愿景，即以火星探索作為共同目標，拓展人類在太陽系的活動范圍。

人類對于空間探索的興趣與日俱增，因此通過合作的方式來實現(xiàn)各機構(gòu)的共同目標顯得尤為重要。新版路線圖強調(diào)了月球探索對于火星探索的重要性，建議各國航天機構(gòu)在取得本國及共同進展的同時，不斷完善探索路線的具體步驟。

新版路線圖的主要內(nèi)容包括四章，分別為第一章人類為什么要進行探索活動、第二章任務方案、第三章準備活動和第四章結(jié)論，全面論證了在全球范圍的共同開發(fā)或研究下，如何實現(xiàn)載人與無人太空探索的可持續(xù)發(fā)展。新版路線圖反映了全球各國通過協(xié)調(diào)努力，以“國際空間站”（ISS）為起點，為前往地月空間、登陸月球及后續(xù)火星探索任務做準備。

相較上版路線圖，新版路線圖的修訂內(nèi)容包括以下幾點：

1）概括太空探索帶來的益處。太空探索將帶來許多益處，因此在規(guī)劃太空探索任務時需對其進行優(yōu)先考慮。

2）闡述獲取科學知識的重要作用。與國際科學界的開放互動，有助于明確人類及其基礎設施在探索太陽系時所提供的特殊科學機遇。具體互動細節(jié)可參看《低地球軌道以遠載人探索所帶來的科學機遇》補充白皮書。

3）引入國際“深空之門”（DSG）概念。“深空之門”是一個小型有人照料的月球軌道空間站，將在可持續(xù)載人太空探索中發(fā)揮重要作用，初期用于支持載人與機器人月球探測，為多領(lǐng)域推進關(guān)鍵目標創(chuàng)造機遇。

4）重視私營企業(yè)對太空探索不斷增長的興趣。私營企業(yè)對太空探索的興趣正在改變低地球軌道的未來，為各國航天機構(gòu)所渴望的、將人類活動擴展至太陽系的事業(yè)創(chuàng)造著新的機遇。隨著私營企業(yè)能力的不斷提升，以及對太空探索興趣的日益濃厚，未來合作將不局限于航天機構(gòu)之間，還將擴展至追求自身利益與目標的私營實體。

國際空間探索協(xié)調(diào)小組希望未來可以擴大合作伙伴關(guān)系，納入更多參與者，作為實現(xiàn)可持續(xù)地將載人與機器人太空探索疆域擴展至整個太陽系的手段。

第一章 人類為什么要進行探索活動—將人類活動范圍擴展至太陽系，激勵全球公民共同創(chuàng)造更美好的未來

第一章主要闡述了人類探索太空的目的，載人與無人太空探索可以回答人類追溯已久的關(guān)于宇宙生命起源的問題，拓展人類的認知范圍。太空探索為社會帶來直接和間接的益處，主要體現(xiàn)在幾個基本方面：創(chuàng)新和經(jīng)濟增長、知識獲取、國際合作、文化與靈感。

自2000年起，“國際空間站”持續(xù)開展載人探索活動，凸顯出低地球軌道人類活動的益處和潛力?！皣H空間站”正在持續(xù)開展由政府和非政府機構(gòu)發(fā)起的科學研究，通過國際合作，已完成2100余項活動，還有更多活動正在持續(xù)推進中。對于未來的載人深空任務，“國際空間站”的價值不可估量，作為可長期飛行載人航天器，“國際空間站”不僅能夠用于研究活動，研究人類健康問題、處理性能風險，還可作為關(guān)鍵技術(shù)試驗臺，此外還可用于教育和宣傳活動，每年在世界范圍內(nèi)吸引了數(shù)百萬感興趣的公眾。“國際空間站”推動了低地球軌道活動的經(jīng)濟發(fā)展，而該軌道仍將作為開展人類活動和太空研究的重要目的地。

根據(jù)國際空間探索協(xié)調(diào)小組成員國的設想，到21世紀20年代中期，當人類將載人探索和商業(yè)航天活動擴展至深空時，月球附近的“深空之門”將成為載人月球探索、火星及小行星探索的太空前沿?！吧羁罩T”將支持月球及其周邊的探索活動，同時作為技術(shù)和操作測試平臺，幫助航天員應對深空探索的挑戰(zhàn)和風險，并對太陽系開展科學研究。

計劃利用“深空之門”及部分可重復使用的月球著陸器，該月球探測器由日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）、歐洲航天局（ESA）和俄羅斯航天國家集團（ROSCOSMOS）研制，在月球表面開展載人任務，這些任務可推進火星探索所需能力和技術(shù)的發(fā)展。航天員可以推進機器人任務籌備工作，評估月球表面資源及其利用技術(shù)潛力，實現(xiàn)可持續(xù)探索。

新版路線圖緊密圍繞全球航天國家的政府和私營企業(yè)將人類活動從低地球軌道擴展至月球及火星的戰(zhàn)略部署。政府對于太空探索能力和任務的投入，對于推進技術(shù)發(fā)展、降低風險和開拓新型市場具有重要作用，這些市場可以激勵創(chuàng)新，從而創(chuàng)造更多收益。

第二章 任務方案—從近地軌道，到月球，再到火星

目前，國際空間探索協(xié)調(diào)小組的多家航天機構(gòu)正在發(fā)展合作前往近地軌道以遠所需要的載人空間探索能力。

對于美國國家航空航天局（NASA）來說，最基礎的探索能力包括重型運載火箭——“航天發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）、載人探索工具——“獵戶座”（Orion）飛船以及不斷升級的地面發(fā)射系統(tǒng)?！昂教彀l(fā)射系統(tǒng)”可提供強大的運載能力，能將人員和貨物送往月球及以遠的目的地，還為火星、木星及更遠天體的無人探測任務提供了新的可能性?！昂教彀l(fā)射系統(tǒng)”可大幅縮短到達深空目的地的飛行時間，該系統(tǒng)設計靈活、可演變，可滿足多種乘員和貨物運輸任務需求。

“獵戶座”將搭載航天員前往人類從未到達過的深空。作為探索工具，“獵戶座”將運送航天員進入近地軌道以遠的空間，并以深空任務所需的高返回速度安全再入?！矮C戶座”的服務艙在歐洲制造，該艙段能夠提供空間推進能力、姿態(tài)控制、電力以及居住環(huán)境所需的水和氧氣。

俄羅斯計劃在21世紀20年代初對其新一代載人飛船進行測試。新飛船將先飛往“國際空間站”以驗證新系統(tǒng)，隨后將被用于月球任務。到21世紀20年代末，俄羅斯的超重型運載火箭和新一代載人飛船將為人類飛往月球做好充分準備。俄羅斯的無人月球計劃是，在超重型運載火箭和新一代載人飛船執(zhí)行任務之前，先執(zhí)行幾次月球表面機器人先驅(qū)任務和技術(shù)測試任務。

新版路線圖的任務方案是一項循序漸進的探索方案，簡單地說就是從近地球軌道，到月球，再到火星。該任務方案中擴展人類探索疆域的關(guān)鍵步驟如下：

1）近地軌道：驗證所需的深空技術(shù)和能力，保證在近地軌道開展研究的可持續(xù)性。

2）機器人任務：載人任務相關(guān)技術(shù)的演示驗證；開展科學勘察或采樣返回研究，以及資源和環(huán)境進行評估。

3）地月空間：建造平臺（“深空之門”），了解更多關(guān)于在太空中生活的信息；在月球表面開展機器人操作任務；在月球表面分階段開展載人探索任務（載人月球著陸器）；加強月球和太陽系的科學研究工作；組裝和測試飛往火星的運輸工具。

4）月球表面任務：實現(xiàn)月球表面能力，支持對月球開展科學研究；為人類后續(xù)火星探測和/或長期月面駐留活動做準備，并執(zhí)行測試任務；了解月球商業(yè)開發(fā)和/或探測潛在的經(jīng)濟影響。

5）載人火星探測：執(zhí)行持續(xù)的載人火星探測任務，即實現(xiàn)進入火星軌道，登陸火星。

目前，人類的太空探索活動主要在低地球軌道進行，即“國際空間站”任務和中國的空間站任務?！皣H空間站”提供各種設備和系統(tǒng)來支持先進的研究和開發(fā)活動。站上有支持生命科學、物理科學和材料科學研究的設備。例如，可在軌研究嚙齒動物、蛋白質(zhì)晶體生長、DNA測序，并部署立方體衛(wèi)星和小衛(wèi)星。此外，站上還設有增材制造設備。向“國際空間站”持續(xù)定期地發(fā)射貨運飛船，并帶回調(diào)查樣品，以便研究人員及時研究和分析實驗結(jié)果。此外，本章還簡要介紹了中國空間站的情況，并提出了可能的合作方向。

持續(xù)推進和實現(xiàn)人類空間探索目標的下一個步驟是地月空間的探索，月球軌道和月球表面在可持續(xù)的人類空間探索活動中扮演著重要角色。在地月空間放置一個小型的有人照料的空間設施，可以實現(xiàn)載人和無人月球探測，為多方用戶創(chuàng)造機會來推進關(guān)鍵目標，并促進人類在深空中的探索和研究。

此外，新版路線圖還提出了通往月球和火星的“深空之門”概念，其首個部件是一個使用大功率太陽電推進系統(tǒng)的艙段，并為平臺的其他部分提供電力、指令和數(shù)據(jù)服務。“深空之門”將包括一個居住艙、一個科學氣閘艙和一個機械臂，并具備航天員執(zhí)行太空行走任務的能力?！吧羁罩T”可提供到地和到月球表面的通信服務，為備受關(guān)注的月球背面和極區(qū)的無人探索提供了新的機遇。

“獵戶座”飛船和“航天發(fā)射系統(tǒng)”以及其他空間運輸系統(tǒng)將為“深空之門”的組裝和建造提供支持。初期，一組4人乘員的任務組將到訪“深空之門”，執(zhí)行一次至少30天的任務。隨著“深空之門”的不斷發(fā)展以及其他空間運輸系統(tǒng)的支持，最初的30天任務頻率和時長將會增加。

“深空之門”還包括對接口，用來安裝先進的閉環(huán)生命保障系統(tǒng)，從而進行新系統(tǒng)的測試，實現(xiàn)乘員在軌道站上的長期駐留?！吧羁罩T”乘組人員將開展科學研究，評估未來執(zhí)行任務時的居住功能，研究和測試深空環(huán)境下的探索技術(shù)。私營企業(yè)也可以通過公私合作伙伴關(guān)系利用軌道站。當站上無人員時，可以在地面運營管理軌道站，以繼續(xù)開展科學研究和其他活動。

日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)、歐洲航天局、加拿大航天局（CSA）以及俄羅斯航天國家集團都將利用地月空間站來支持可重復使用載人登月器以及無人月球探測任務。“深空之門”及站上的工作人員可為未來火星運輸系統(tǒng)提供服務和支持。

新版路線圖的再下一步驟是月球表面探測，4名航天員將執(zhí)行月球表面的一系列探索任務，這是太陽系探索的基石，并可為將來的火星探索做準備。

新版路線圖的最終目標是火星載人探測，將推動對行星進行詳細的原位科學探測，并促進空間探索技術(shù)的發(fā)展。

第三章 準備活動—私營部門的創(chuàng)新是人類空間探索可持續(xù)發(fā)展的必要組成部分，有助于開拓新市場和發(fā)展經(jīng)濟

第三章提出了實施新版路線圖的一些準備活動，包括一些私營部門的倡議和合作機會、原位資源利用和月球極區(qū)探索、空間探索過程中對人員健康和表現(xiàn)風險的管理等。

重點闡述了商業(yè)航天的重要性，提出私營部門的創(chuàng)新是人類空間探索可持續(xù)發(fā)展的必要組成部分，有助于開拓新市場和發(fā)展經(jīng)濟。過去5年里，私人空間探索活動發(fā)展迅速。隨著人類在太空中不斷拓展疆域，新興企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)、中小型企業(yè)以及大型航空航天企業(yè)對航天產(chǎn)生的興趣和從中而來的商業(yè)潛力日益劇增，且這些發(fā)展并不局限于低地球軌道。早期的諸多航天活動都由私人資金推動技術(shù)和系統(tǒng)理念的發(fā)展，這有助于推動月球、小行星和火星的探索并促進經(jīng)濟的發(fā)展，既可負擔又可行。例如，在“谷歌月球X大獎賽”的推動下，幾個團隊開發(fā)了小型月球著陸器和月球車，說明了空間探索能力是可以實現(xiàn)的，是符合商業(yè)公司或航天機構(gòu)的目標的。小行星采礦概念闡明了小行星的資源潛力，政府視其為未來勘探規(guī)劃的重要要素。這為公私伙伴關(guān)系提供了機會，將有助于更有成本效益地實現(xiàn)政府雄心勃勃的空間探索目標，并有助于全球空間探索行動的可負擔性。

此外，本章還提出了新版路線圖所需的關(guān)鍵技術(shù)，并與目前技術(shù)進行比較和分析，包括推進、著陸與返回、生命支持、自動系統(tǒng)、乘員健康和表現(xiàn)等幾方面。

第四章 結(jié)論—全球合作推進可持續(xù)的太空探索活動，將載人與無人探索活動擴展至太陽系

第四章結(jié)論總結(jié)了新版路線圖的宗旨，該路線圖反映了國際社會為制定一條以火星為目的地的、可持續(xù)的太陽系載人探索路徑所付出的努力。國際合作不僅使這些具有挑戰(zhàn)性的任務成為可能，還提高了任務成功的可能性。隨著時間的推移，該路線圖還將不斷更新，以反映各航天機構(gòu)為合作開發(fā)空間探索任務方案所做的工作，并對準備工作進行協(xié)調(diào)。新版路線圖及后續(xù)版本，將為各機構(gòu)間的規(guī)劃討論提供技術(shù)依據(jù)。參與國際空間探索協(xié)調(diào)小組的航天機構(gòu)將繼續(xù)開展對話與合作，以協(xié)調(diào)和推進可持續(xù)的太空探索活動，將載人與無人探索活動擴展至整個太陽系。