2019國外航天活動大盤點

文/ 楊宇光

同2018年一樣，2019年是全球航天活動相對比較平靜的一年，雖然發(fā)射次數(shù)并不少，但大多是集中在近地軌道和地球同步軌道的商業(yè)航天或民用航天活動，只有印度和以色列向月球發(fā)射了著陸器，但均以失敗告終。全年除了已經(jīng)在軌的深空探測器開展各種變軌和空間探測活動外，沒有新的深空探測器發(fā)射。

國際空間站任務(wù) 持續(xù)推進(jìn)

在載人航天領(lǐng)域，國際空間站依然是整個人類唯一持續(xù)有人駐留的前哨基地。這個重量超過400噸的龐然大物，始終保持3～6名航天員在軌值守，并持續(xù)開展各方面的科學(xué)研究。2019年，分別由俄羅斯的進(jìn)步MS-11、MS-12、MS-13，日本的HTV-8、美國的天鵝座NG-11、NG-12等為國際空間站提供補給，載人版龍飛船首次無人測試飛行也為國際空間站運送了部分物資。俄羅斯的“聯(lián)盟號”依然是唯一能夠為國際空間站提供乘組天地往返運輸服務(wù)的飛船。聯(lián)盟MS-12、MS-13和MS-15分別將第59～61批乘組送往國際空間站。而聯(lián)盟MS-15號是俄羅斯最后一次使用聯(lián)盟FG運載火箭發(fā)射聯(lián)盟號載人飛船，今后的發(fā)射都將更換為聯(lián)盟2.1a運載火箭。為確?？煽?，俄羅斯還專門進(jìn)行了聯(lián)盟MS-14號無人發(fā)射測試，預(yù)計2020年4月第一次進(jìn)行有人發(fā)射。

自2011年美國阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)執(zhí)行最后一次任務(wù)以來，美國已經(jīng)連續(xù)8年喪失乘組天地往返運輸能力，而只能依靠俄羅斯的聯(lián)盟號實現(xiàn)乘組天地往返。美國目前開發(fā)的三型載人飛船—— 獵戶座、載人龍飛船和星際線飛船都遲遲無法投入使用，導(dǎo)致美國宇航局不得不繼續(xù)高價購買俄羅斯聯(lián)盟號的座位，在經(jīng)費難以維持的情況下，美國甚至考慮減少駐站航天員的數(shù)量來節(jié)約經(jīng)費。

2019年美國宇航局的一項重要舉措是將國際空間站向商業(yè)公司開放，可以預(yù)見這座以科學(xué)實驗為主的大型空間站將會出現(xiàn)更多的商業(yè)活動，包括太空旅游等。這也是美國宇航局為了節(jié)約資金，以便將重點目標(biāo)轉(zhuǎn)移到月球門戶等項目的重要舉措。而商業(yè)公司的加入也為國際空間站的持續(xù)運行提供了新的希望，在各參與國宇航局同意將國際空間站運營到2024年的基礎(chǔ)上，后續(xù)有望使國際空間站一直運行到2030年甚至更久。

繼2018年國際空間站發(fā)生漏氣事故，最后發(fā)現(xiàn)聯(lián)盟號飛船的軌道艙被人為鉆了小孔之后，2019年在國際空間站又發(fā)生一起驚人的事件——第58/59批乘組成員，美國航天員安妮·麥克萊恩在駐站期間利用國際空間站能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的通信鏈路，采用黑客手段進(jìn)入已經(jīng)與其分開的前同性戀伴侶、美國前空軍情報官員薩默爾·沃登的銀行賬戶，并挪動了資金。安妮·麥克萊恩在返回地球后進(jìn)行的調(diào)查中辯稱自己是在打理兩人離婚前的共同財產(chǎn)。這被認(rèn)為有可能是人類歷史上第一起太空犯罪案件，因為從來沒有先例，這一事件引起了國際空間領(lǐng)域，特別是國際空間法學(xué)界的熱議。但在另一方面，這一事件也說明了人類的載人航天活動趨于成熟—— 駐扎在國際空間站的航天員可以像在日常生活中一樣訪問互聯(lián)網(wǎng)，管理銀行賬號或進(jìn)行網(wǎng)上交易。而這一過程中，跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星起到了不可替代的作用。

▲ 安妮·麥克萊恩在執(zhí)行第58次空間站飛行任務(wù)時使用電腦與地面聯(lián)絡(luò)

此外，2019年國際空間站的亮點活動還包括人類首次完全由女航天員進(jìn)行的多人太空行走，阿聯(lián)酋首位航天員，以及對國際空間站最大的科學(xué)儀器—— 曾經(jīng)有中國參與的阿爾法磁譜儀的維修等。其中全女性太空行走本來計劃在3月進(jìn)行，但因為兩位女航天員缺少合適尺寸的艙外航天服而導(dǎo)致計劃推遲。在美國宇航局看來，這次太空行走具有極為重大的意義，表明女性在載人航天活動中扮演了越來越重要的角色。

2019年3月2日，載人版龍飛船從佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心39A發(fā)射臺升空，大約一天后與國際空間站對接，于2019年3月8日返回地球并成功在大西洋濺落。這次無人飛行測試本身堪稱完美。該飛船具備承載7名航天員往返國際空間站的能力。雖然本次飛行沒有載人，但承載了穿著太空探索技術(shù)公司新研航天服的假人，對未來載人飛行的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了充分的測試。由于載人版的龍飛船要求能夠在空間站無人值守的情況下也能自動進(jìn)行對接，而不是靠空間站內(nèi)的航天員利用機(jī)械臂“抓捕”飛船并靠泊在空間站上，因此本次飛行還對龍飛船上的低沖擊交會對接機(jī)構(gòu)以及對接過程進(jìn)行了測試。雖然空間站在正常情況下一直保持有人值守，但若在緊急狀態(tài)下出現(xiàn)發(fā)射乘組全部撤離的情況，這樣的設(shè)計就能夠為后續(xù)乘組再次進(jìn)入空間站或?qū)嵤I救任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

▲ 載人型龍飛船返回艙漂浮于海面

太空探索技術(shù)公司的目標(biāo)是使這款載人飛船具備可重復(fù)使用的能力。它原來的設(shè)計相當(dāng)激進(jìn)，準(zhǔn)備采用發(fā)動機(jī)在地面反推著陸而不是依靠降落傘著陸（雖然仍具有降落傘作為備份手段），這樣做的好處是最后著陸用的發(fā)動機(jī)和發(fā)射過程中緊急逃逸系統(tǒng)可以統(tǒng)一考慮設(shè)計，節(jié)約資源。太空探索技術(shù)公司也充分考慮了冗余備份措施，8臺超級天龍座發(fā)動機(jī)在飛船側(cè)面安裝，每兩臺發(fā)動機(jī)形成相互備份關(guān)系。這些發(fā)動機(jī)是利用3D打印技術(shù)制造的，具有非常優(yōu)異的性能。但美國宇航局為了安全考慮還是讓太空探索技術(shù)公司改回了傳統(tǒng)的傘降方式。太空探索技術(shù)公司也在2019年進(jìn)行了降落傘系統(tǒng)的多次測試，可以在4個主傘沒有全部都打開的情況下仍然確保安全濺落。

在2019年4月8日對已經(jīng)經(jīng)歷過一次飛行任務(wù)的載人版測試飛船進(jìn)行地面測試的過程中，由于超級天龍座發(fā)動機(jī)的故障，導(dǎo)致整個飛船被炸毀，雖然沒有人員傷亡，但現(xiàn)場極其慘烈。在這次地面試驗過程中，用于姿態(tài)控制，且推力較小的天龍座發(fā)動機(jī)的測試是正常的，爆炸發(fā)生在之后對超級天龍座發(fā)動機(jī)的測試。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)致故障的原因是飛船推進(jìn)系統(tǒng)使用的四氧化二氮氧化劑泄漏到了為儲箱提供增壓的氦氣管路中，這是在試驗前的準(zhǔn)備工作中發(fā)生的，進(jìn)而在點火時導(dǎo)致了整個飛船的爆炸。在2019年11月13日進(jìn)行的試驗中，成功復(fù)現(xiàn)了當(dāng)時的故障，太空探索技術(shù)公司對超級天龍座發(fā)動機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，更換了導(dǎo)致4月爆炸事故的閥門，并增加措施在飛船濺落前將發(fā)動機(jī)噴管重新封住，以避免濺落后海水倒灌的影響。2019年11月，太空探索技術(shù)公司成功完成了改進(jìn)后的整個推進(jìn)系統(tǒng)全過程地面靜態(tài)測試。預(yù)計用于該項測試的飛船也將用于發(fā)射中止逃逸測試，為2020年計劃進(jìn)行的載人飛行測試奠定基礎(chǔ)。此外，波音公司的星際線飛船已于12月20日首飛，但由于飛船內(nèi)部時鐘出現(xiàn)故障，沒有達(dá)到預(yù)定軌道，無法與國際空間站對接。

太空探索技術(shù)公司 引領(lǐng)航天基礎(chǔ)創(chuàng)新

雖然2019年度太空探索技術(shù)公司在載人龍飛船的測試中遇到挫折，但該公司作為航天領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)的引領(lǐng)者，在其它方面的航天活動開展得如火如荼。

太空探索技術(shù)公司為未來載人登陸火星任務(wù)研發(fā)的重型運載工具——“星艦”進(jìn)行了若干次原理性測試。與以往獵鷹火箭的設(shè)計不同，該運載器采用兩級完全可重復(fù)使用設(shè)計，低地球軌道運載能力在150噸以上。為了平衡成本、性能和可重復(fù)使用所必須的再入過程放熱難題，“星艦”沒有采用運載火箭傳統(tǒng)使用的鋁合金，也沒有采用在獵鷹火箭上大量使用的鋁鋰合金，而是采用了不銹鋼！并且完全放棄了之前采用復(fù)合材料的方案?！靶桥灐钡脑O(shè)計本身要面對巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，其在再入過程中對姿態(tài)控制的要求和對地面垂直著陸的要求在設(shè)計上存在沖突，并且發(fā)射過程中也缺乏緊急逃逸的手段。雖然太空探索技術(shù)公司對該火箭的可靠性信心十足，但可以預(yù)見將來要獲得美國聯(lián)邦航空管理局的載人發(fā)射許可并非易事。

▲ “星艦”MK1的三臺猛禽發(fā)動機(jī)

▲ 太空探索技術(shù)公司準(zhǔn)備把 1.2 萬顆 Ku、Ka 和 V 波段衛(wèi)星部署到不同高度的多個軌道

“星艦”的第一級，也就是大獵鷹火箭和第二級均采用以液氧/甲烷為推進(jìn)劑的猛禽發(fā)動機(jī)。采用這樣的組合也是考慮到目前的液氧/煤油發(fā)動機(jī)在燃燒后有可能產(chǎn)生碳燒結(jié)并堵塞發(fā)動機(jī)管路，不利于可重復(fù)使用。因此目前世界上有多家公司開發(fā)大推力液氧/甲烷發(fā)動機(jī)。太空探索技術(shù)公司對“星艦”的第二級進(jìn)行耐壓測試的過程中發(fā)生故障，儲箱的頂蓋被炸飛，但太空探索技術(shù)公司認(rèn)為這不是大問題，并將在新的測試階段進(jìn)行更全面的試驗。實際上，由于研發(fā)重型運載火箭固有的難度，可以預(yù)見“星艦”的第一級研制將遇到更大的困難。由于猛禽發(fā)動機(jī)的推力對于重型運載火箭來說仍然偏小，“星艦”的第一級將采用24到37臺猛禽發(fā)動機(jī)。同重型獵鷹火箭不同，它將面臨更加嚴(yán)重的動力學(xué)耦合問題，是否能夠解決仍然是未知數(shù)，再加上火箭高達(dá)9米的直徑，研制過程本身就具有極大難度。美國宇航局局長也對太空探索技術(shù)公司專注于該型火箭的開發(fā)，而對美國宇航局更為著急的載人版龍飛船的研發(fā)一拖再拖提出了批評。太空探索技術(shù)公司不可能在其計劃的2020年年底前將“星艦”發(fā)射入軌，具體拖延到什么時候還要看地面測試過程中是否會出現(xiàn)更多的故障。

2019年太空探索技術(shù)公司的獵鷹9號火箭一直保持不錯的飛行記錄。4月11日和6月25日，目前人類運載能力最強的現(xiàn)役運載火箭獵鷹重型實施了兩次商業(yè)發(fā)射，表明太空探索技術(shù)公司已經(jīng)基本解決了多達(dá)27臺梅林發(fā)動機(jī)并聯(lián)帶來的復(fù)雜問題。但由于獵鷹重型火箭起飛時是由3個相同的“獵鷹9號”一級提供動力，也即27臺發(fā)動機(jī)被分成了3組，因此在動力學(xué)耦合方面比未來的大獵鷹火箭要簡單得多，在獵鷹重型火箭上積累的經(jīng)驗是否適用于后續(xù)的大獵鷹火箭還很難說。

在2018年發(fā)射試驗衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，太空探索技術(shù)公司利用“獵鷹9號”分兩次將120顆星鏈衛(wèi)星送入軌道，這兩次發(fā)射有諸多亮點。

該公司首次實現(xiàn)獵鷹9號火箭一級的第4次復(fù)用，同時還使用了之前發(fā)射回收的整流罩，在通過多次重復(fù)使用降低成本的技術(shù)途徑上又邁進(jìn)了一步。比較有特色的是星鏈衛(wèi)星的設(shè)計與發(fā)射方式。該衛(wèi)星在節(jié)約成本上可以說和獵鷹火箭一樣做足了功夫。包括使用氪氣而不是昂貴的氙氣作為電推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)劑，盡管這樣做會在性能上有一定損失，但換來的是整體成本的大幅度降低。而星鏈衛(wèi)星的發(fā)射也體現(xiàn)了很大的創(chuàng)新點—— 其核心是將衛(wèi)星的主結(jié)構(gòu)與發(fā)射多顆衛(wèi)星的適配器一體化設(shè)計，也即衛(wèi)星本身的結(jié)構(gòu)就具備多星適配器的功能，這樣的設(shè)計使得星鏈衛(wèi)星在利用獵鷹9號火箭發(fā)射時，可以充分利用整流罩內(nèi)的空間，并且最大限度地利用運載能力。當(dāng)然，這也給入軌后衛(wèi)星的釋放帶來了一定難度。太空探索技術(shù)公司是通過末級火箭的自旋將衛(wèi)星逐個分離。

雖然太空探索技術(shù)公司實施星鏈衛(wèi)星發(fā)射有諸多技術(shù)創(chuàng)新和亮點，但也引起了巨大的爭議?，F(xiàn)在很少有人再質(zhì)疑太空探索技術(shù)公司能否將數(shù)萬顆低軌通信衛(wèi)星發(fā)射入軌，而是聚焦在這些衛(wèi)星入軌后帶來的頻率和軌位資源緊張問題。如此龐大數(shù)量的衛(wèi)星必然導(dǎo)致空間碰撞的風(fēng)險增加，歐空局希望與太空探索技術(shù)公司協(xié)調(diào)可能出現(xiàn)的碰撞事件，太空探索技術(shù)公司極不配合，最后歐空局被迫讓自己的衛(wèi)星主動變軌規(guī)避。除了占用資源和產(chǎn)生空間碎片的風(fēng)險，數(shù)量龐大的衛(wèi)星還會給天文觀測帶來嚴(yán)重的干擾，一旦真的在近地軌道部署數(shù)萬顆衛(wèi)星，很多天文觀測活動將無法進(jìn)行。雖然人類今后會有更多的空間望遠(yuǎn)鏡，但地面的天文觀測依然是無法替代的。如何解決這一矛盾，目前也看不到太好的方案。

重返月球和月球探測活動 如火如荼

2019年是阿波羅登月50周年，美國舉行了多場隆重的紀(jì)念活動。也就在這段時間，美國公布了2024年重返月球的計劃，該計劃以阿波羅的雙胞胎姐妹阿爾忒彌斯命名，如果該計劃進(jìn)展順利，將實現(xiàn)女性航天員第一次踏足月球的壯舉，而且是實現(xiàn)人類第一次在月球南極區(qū)域著陸。美國目前正在研發(fā)的獵戶座飛船和SLS重型運載火箭已經(jīng)為該計劃奠定了比較好的基礎(chǔ)，但這兩個項目均拖期嚴(yán)重。2019年7月2日，獵戶座飛船采用“和平衛(wèi)士”MX洲際彈道導(dǎo)彈第一級固體發(fā)動機(jī)改進(jìn)研制的助推器完成了飛行過程中的逃逸系統(tǒng)測試，比較可惜的是由于經(jīng)費和進(jìn)度緊張，本次飛行試驗只測試了逃逸系統(tǒng)本身，而沒有在逃逸系統(tǒng)完成工作后測試降落傘系統(tǒng)是否能正常工作，確保乘組安全濺落。本年度還進(jìn)行了獵戶座飛船指令艙與歐洲研制的服務(wù)艙的對接測試。

與獵戶座飛船相比較，SLS重型運載火箭的拖延更為嚴(yán)重，該型運載火箭繼承了大量航天飛機(jī)的技術(shù)，其芯級火箭直接采用了航天飛機(jī)使用的主發(fā)動機(jī)，只不過從3臺增加到4臺。美國目前已決定今后幾年的阿爾忒彌斯任務(wù)均采用該火箭發(fā)射，而其它商業(yè)公司只負(fù)責(zé)將貨物和補給運送到環(huán)月軌道或月球表面。

要實現(xiàn)在2024年重返月球，比較緊迫的是登月艙的方案。在2019年正式公布重返月球計劃后，美國各大公司均提出了自己的登月艙方案，美國宇航局目前還沒有確定最終選擇。不過，由藍(lán)色起源、洛克希德·馬丁、諾斯羅普格魯門和Draper實驗室等幾家公司強強聯(lián)合提出的方案，目前看來中標(biāo)的希望最大。其中藍(lán)色起源公司將作為主承包商負(fù)責(zé)登月艙的下降級研發(fā)，洛·馬公司負(fù)責(zé)登月艙上升級的研發(fā)，諾斯羅普格魯門公司將基于其天鵝座飛船的技術(shù)研發(fā)將登月艙從月球門戶轉(zhuǎn)移到低月球軌道的轉(zhuǎn)移級。整個登月艙將由藍(lán)色起源公司新研制的可重復(fù)使用新格倫火箭發(fā)射。

然而，美國宇航局所制定的阿爾忒彌斯計劃的核心是月球門戶軌道站。這是一個小型的載人空間站，將由美國、歐空局、日本、加拿大、俄羅斯等國聯(lián)合研制。它的推進(jìn)模塊采用了已經(jīng)被取消的“小行星重定向計劃”研制的50千瓦級大功率太陽能電池陣和高功率電推進(jìn)發(fā)動機(jī)。美國宇航局長稱該空間站將實現(xiàn)未來登月任務(wù)的低成本和高安全性，同時為未來的載人火星任務(wù)積攢經(jīng)驗。然而該計劃一直受到航天領(lǐng)域技術(shù)專家的質(zhì)疑。美國首次登月航天員奧爾德林也表示月球門戶軌道站對于2024年實現(xiàn)返回月球沒有用處。

除了美國的重返月球計劃外，俄羅斯也公布了其載人登月計劃，但在具體實現(xiàn)上并沒有看到實質(zhì)性已落實的步驟，缺乏資金是最重要的困難。而2019年月球探測的亮點是以色列和印度進(jìn)行的月面軟著陸嘗試。

以色列私人公司研制的“創(chuàng)世紀(jì)號”由以色列非營利機(jī)構(gòu)SpaceIL發(fā)起，以色列航空航天工業(yè)公司建造，該著陸器發(fā)射質(zhì)量585 千克，于2019年2月22日由獵鷹9號Block 5火箭發(fā)射，于2019年4月11日嘗試在月球表面的澄海軟著陸時墜毀。測控數(shù)據(jù)表明，探測器軟著陸接近最后階段時，發(fā)動機(jī)在離月球表面約10公里處停止工作，最后探測器以超過130米/秒的速度撞擊月面墜毀。雖然遭遇失敗，但該探測器實現(xiàn)了以色列首次進(jìn)入環(huán)月軌道，為以色列今后類似的嘗試積累了經(jīng)驗。

印度的“月船2號”是印度空間研究組織ISRO在“月船1號”基礎(chǔ)上研制的第二個月球探測器。該探測器總重3.85噸，由軌道器、著陸器和巡視器3部分組成。其中著陸器重量為1.471噸，攜帶有27千克重的微型巡視車。由于探測器過重，印度目前能力最強的GSLV運載火箭也不能將其直接送到奔月軌道，而是將它送至大橢圓軌道后，軌道器依靠自身的發(fā)動機(jī)不斷抬升遠(yuǎn)地點，最終進(jìn)入奔月軌道。該探測器于2019年7月22日發(fā)射，8月22日進(jìn)入環(huán)月軌道。該探測器的著陸點位于南緯70度，若著陸成功將是人類最靠近月球南極點的探測器。但可惜的是在9月7日嘗試進(jìn)行軟著陸時，探測器在距離月面2.1公里處與地面失聯(lián)。后續(xù)與探測器重新建立聯(lián)系的嘗試均告失敗。

▲ “月船2號”在月球上空飛行

以色列和印度的月球軟著陸嘗試失敗，再次證明了月球軟著陸技術(shù)的復(fù)雜性和難度。雖然月球的質(zhì)量僅為地球的1/80，但從整個太陽系來看，仍然屬于大質(zhì)量天體。環(huán)繞月球運行的人造衛(wèi)星的速度超過1600米/秒，要想實現(xiàn)軟著陸，必須將這個速度降為0，同時將高度也降為0。要想節(jié)約推進(jìn)劑，這個過程必須在很短的時間內(nèi)完成，因此從環(huán)繞月球的軌道出發(fā)，到完成整個軟著陸過程，探測器的速度改變能力要超過2000米/秒，也因此在月球著陸的探測器有超過一半的重量都給了推進(jìn)劑。更為重要的是，在月球軟著陸過程不同階段對于探測器推進(jìn)系統(tǒng)的加速能力要求也不一樣。如果探測器保持相同的推力，隨著推進(jìn)劑的消耗，其加速度會越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最后階段減速過程的要求，因此，大多數(shù)在月面實施軟著陸的飛行器都選擇了能夠大范圍調(diào)節(jié)其推力的發(fā)動機(jī)，這本身在工程上就是很大的挑戰(zhàn)。而印度采用多發(fā)動機(jī)并聯(lián)的方式解決該問題，又帶來了發(fā)動機(jī)開關(guān)控制復(fù)雜等新問題和風(fēng)險。

由于月球表面環(huán)境的復(fù)雜性，表面地形崎嶇不平，任何探測器都不可能在坡度很大的地方安全軟著陸，而且月球表面遍布隕石坑和各種大尺寸的巖石，再加上目前人類對月球表面環(huán)境勘察能力有限，還不能給出月面所有區(qū)域超高分辨率的圖像，因此，在降落前增加一個懸停階段有利于規(guī)避表面的不利地形，確保實現(xiàn)安全著陸，而懸停階段對于著陸區(qū)域表面的探測和狀態(tài)確認(rèn)本身就很難。

另外，由于地球到月球的距離達(dá)38萬公里，以光速進(jìn)行的測控通信過程的時間延遲就超過1秒，而著陸過程又是在極短的時間內(nèi)完成的，這就決定了著陸過程只能靠探測器自主完成，而不是在地面控制中心的操縱下完成。因此，探測器著陸過程對制導(dǎo)控制系統(tǒng)的性能與可靠性都提出了嚴(yán)格的要求。一般來說對于測量探測器本身位置、速度、姿態(tài)，以及到月面距離的傳感器都采用多種不同手段相互備份，以確保整個過程的高可靠。

對于從繞月軌道下降實施軟著陸這樣的關(guān)鍵過程，設(shè)計師都希望能夠監(jiān)視整個過程的進(jìn)行，但由于地月距離非常遙遠(yuǎn)，探測器要消耗很大的能量才能將信息傳輸?shù)降孛嬲?，為了?jié)約能源，一般都采用窄波束的遙測發(fā)射天線，以便集中能量向地球發(fā)射信息，但這樣也提出了天線對準(zhǔn)精度的要求，一旦天線的伺服機(jī)構(gòu)或探測器的姿態(tài)出現(xiàn)偏差，就有可能導(dǎo)致傳輸信息的波束不能對準(zhǔn)地面站而導(dǎo)致失聯(lián)。

深空探測任務(wù) 有序進(jìn)行

在深空探測領(lǐng)域，雖然2019年沒有新的探測器發(fā)射，但已經(jīng)在軌的幾個深空探測器都取得了不俗的成績。洞察號火星探測器在2018年實現(xiàn)軟著陸后，和好奇號火星車等繼續(xù)在火星表面堅守，為科學(xué)家提供更多的數(shù)據(jù)。朱諾號探測器在環(huán)繞木星運行的過程中也已經(jīng)完成了多個圈次的考察，每次在運行到近木點時都要經(jīng)受木星強大而危險的磁場和輻射的考驗。帕克號探測器2019年兩次通過近日點，并在飛掠金星的過程借力加速，最終將實現(xiàn)“觸摸太陽”的壯舉。

“新視野號”在造訪冥王星之后，在2019年1月飛越其在遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶的第二個目標(biāo)(486958)2014 MU69，該小行星于2014年由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，“新視野號”傳回的圖像表明這顆小行星是由一大一小兩個物體連接而成，直徑在30到45公里之間，其最初的中文譯名為“天涯海角”。“新視野號”完成探測后，美國宇航局宣布將其正式命名為Arrokoth，在美洲原住民部落波瓦坦語中這個名字有“天空”的意思。

在2018年穿過日球?qū)舆吘墸竭_(dá)星際空間的旅行者2號探測器，回傳了豐富的探測數(shù)據(jù)，任務(wù)團(tuán)隊在2019年公布了這些研究成果，為人類了解太陽系外圍區(qū)域的空間環(huán)境提供了更多的參考。除了已經(jīng)能源耗盡的“先驅(qū)者10號”“先驅(qū)者11號”之外，可以預(yù)見“旅行者1號”“旅行者2號”和“新視野號”在飛離太陽系的過程中將繼續(xù)為人類了解柯伊伯帶附近的星際空間努力工作。

2019年深空探測領(lǐng)域最令人矚目的事件是日本隼鳥2號探測器對龍宮小行星進(jìn)行的探測和采樣工作?！蚌励B2號”由日本NEC公司研制，設(shè)計是在“隼鳥1號”的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)完成。探測器重達(dá)609千克，其干重約為409千克，它配備了4臺離子電推進(jìn)發(fā)動機(jī)，其中3臺為主份，另外一臺為備份。三臺同時工作時推力達(dá)到28毫牛，發(fā)動機(jī)的比沖高達(dá)3000秒。離子電推進(jìn)系統(tǒng)的干重約66千克，攜帶了66千克的氙氣，雖然推進(jìn)劑加注量不多，但因為采用了先進(jìn)的電推進(jìn)系統(tǒng)，可以為飛行器提供2000米/秒的速度增量。整個飛行器的本體尺寸為1米×1.6米×1.25米，太陽能帆板尺寸達(dá)到6米×4.23米，當(dāng)“隼鳥2號”與太陽距離1個天文單位時，可以提供2.6千瓦的電力輸出，即使達(dá)到距離太陽最遠(yuǎn)處（約1.4個天文單位），其供電能力依然在1.4千瓦以上。飛行器攜帶的鋰離子蓄電池容量達(dá)到13.2安時。

▲ 旅行者 2 號飛行征途示意圖

“隼鳥2號”在進(jìn)入環(huán)繞龍宮小行星的軌道后，初始階段保持在與龍宮表面距離20公里的高度，對其表面進(jìn)行勘察和測繪。2018年6月16日，“隼鳥2號”開始降低軌道。2018年9月21日，“隼鳥2號”在55米高度彈射了巡視器1A和巡視器1B到龍宮表面。這兩個巡視器工作正常，并發(fā)回了探測數(shù)據(jù)。此后，“隼鳥2號”在2018年10月3日釋放了由德國宇航中心研制的MASCOT子探測器，它在龍宮表面按計劃運行了16小時。

最初，日本宇宙開發(fā)署計劃讓“隼鳥2號”進(jìn)行3次采樣?！蚌励B2號”原計劃在2018年10月進(jìn)行首次樣本收集，但由于巡視器發(fā)回的數(shù)據(jù)表明龍宮的表面地形過于復(fù)雜，且原計劃的采樣點有大小石塊，卻沒有可采的土壤，因此，采樣操作被推遲到2019年進(jìn)行，并由此增加了很多操作。2019年2月21日“隼鳥2號”完成了第一次采樣，7月11日完成了第二次采樣。

在完成科學(xué)探測活動后，“隼鳥2號”使用其離子電推進(jìn)發(fā)動機(jī)變軌，開始返回地球。探測器于2019年11月13日正式離開龍宮小行星。當(dāng)“隼鳥2號”在2020年年底飛經(jīng)地球時，它將以每3秒1轉(zhuǎn)的速度使返回艙起旋以保持再入過程中姿態(tài)穩(wěn)定。返回艙將以12公里/秒的速度進(jìn)入大氣層，并在距離地面10公里高度展開可反射雷達(dá)波的降落傘，拋掉防熱罩，并發(fā)射位置信標(biāo)信號。返回艙計劃在澳大利亞的烏美拉靶場著陸，“隼鳥2號”總飛行距離將為52.4億公里。

▲ 龍宮小行星外觀

▲ “隼鳥2號”的外形

▲ “隼鳥2號”的離子發(fā)動機(jī)

截至目前為止，“隼鳥2號”已經(jīng)在太空飛行5年，而整個任務(wù)周期長達(dá)6年。預(yù)計完成采樣返回任務(wù)后，“隼鳥2號”還將剩余30千克氙氣用于推進(jìn)，可拓展探測其它天體。目前一個可選的目標(biāo)是在2023年6月27日對2001 WR1小行星進(jìn)行飛掠探測。

除了上面提到的2019年國外航天領(lǐng)域的重大事件，歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障也引起了人們的廣泛關(guān)注。由于是整個系統(tǒng)出了問題，不可能是某顆或某幾顆衛(wèi)星出現(xiàn)的問題，最后定位是地面站故障導(dǎo)致。目前伽利略系統(tǒng)還未建設(shè)完成，這一故障必將對今后該系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣產(chǎn)生不利的影響。