2019年世界航天發(fā)展重要進(jìn)展

文|方勇 軍事科學(xué)院軍事科學(xué)信息研究中心

2019年，主要航天國家持續(xù)加強航天建設(shè)；低軌小衛(wèi)星星座蓬勃發(fā)展，引人關(guān)注；商業(yè)航天快速發(fā)展，將深刻影響未來航天發(fā)展格局；航天前沿技術(shù)不斷取得新突破，推動航天領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。

一、戰(zhàn)略謀劃與航天力量建設(shè)

1.美國正式組建獨立天軍

2019年12月20日，美國總統(tǒng)特朗普簽署《2020財年國防授權(quán)法案》，從而宣告作為美第六大軍種的美國天軍正式組建，作為空軍內(nèi)部一個獨立的軍事部門。天軍設(shè)立精簡化總部機構(gòu)，以最大限度利用資源建立太空作戰(zhàn)能力；在空軍內(nèi)增設(shè)一位文職天軍副部長，專門負(fù)責(zé)管理天軍；設(shè)立一名天軍參謀長，作為參聯(lián)會成員，同其他軍種一樣，可獨立發(fā)揮作用。除天軍總部外，天軍還包括作戰(zhàn)、采辦、系統(tǒng)開發(fā)、訓(xùn)練、教育以及其他職能。成立太空司令部，負(fù)責(zé)太空作戰(zhàn)力量運用，實現(xiàn)太空作戰(zhàn)的統(tǒng)一指揮控制，現(xiàn)任美空軍航天司令部司令約翰·雷蒙德將擔(dān)任首任司令。太空司令部職能包括為美軍地面部隊的衛(wèi)星導(dǎo)航和即時通信提供技術(shù)及安全保障，保護(hù)美國太空資產(chǎn)，防止他國對美國衛(wèi)星進(jìn)行破壞以及對他國導(dǎo)彈發(fā)射活動進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警。

2.印度成立軍事航天統(tǒng)管專研部門

2019年4月，印度政府安全委員會批準(zhǔn)成立國防航天局，負(fù)責(zé)管理、指揮和控制軍用航天裝備（包括反衛(wèi)能力），同時還肩負(fù)制定印度太空戰(zhàn)略、維護(hù)太空利益和應(yīng)對太空威脅等職能。國防航天局總部設(shè)在班加羅爾，由來自陸、海、空三軍約200人組成，負(fù)責(zé)人為空軍少將級官員。國防航天局將逐步接管三軍的太空資產(chǎn)，以及國防圖像處理與分析中心和國防衛(wèi)星控制中心等，實現(xiàn)印度軍用航天裝備的集中統(tǒng)一管理。6月，印度政府安全委員會批準(zhǔn)成立國防航天研究組織，負(fù)責(zé)研發(fā)太空作戰(zhàn)武器系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)，發(fā)展與國防應(yīng)用相關(guān)的太空能力，為國防航天局提供技術(shù)支撐。該機構(gòu)設(shè)在班加羅爾，2019年底投入運行，研究軍事航天相關(guān)的科技問題，包括太空態(tài)勢感知、太空情報監(jiān)視偵察，以及尖端的攻防武器系統(tǒng)和技術(shù)，如定向能武器、電子戰(zhàn)武器、殺手衛(wèi)星等。該機構(gòu)的成立標(biāo)志著印度軍用和民用航天項目研發(fā)實現(xiàn)分立，軍用航天裝備和技術(shù)項目將步入專管專研之路。

建設(shè)太空態(tài)勢感知控制中心。8月，印度正式在班加羅爾啟動建設(shè)太空態(tài)勢感知控制中心，用于監(jiān)視和保護(hù)高價值的太空資產(chǎn)免受太空碎片逼近與碰撞。印度當(dāng)前的太空態(tài)勢感知裝備規(guī)模較小、且性能較弱，目前具備的避撞、抵近分析以及太空碎片建模等能力主要依賴于美國北美空天防御司令部提供的衛(wèi)星軌道參數(shù)。新建的太空態(tài)勢感知控制中心將整合印度觀測設(shè)施跟蹤到的失效衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過分析生成有用信息，用于保護(hù)印度太空資產(chǎn)免受失效衛(wèi)星、軌道物體碎片、近地小行星和不利太空天氣條件的影響。

3.法國加強軍事航天力量建設(shè)

2019年，法國發(fā)布太空防御戰(zhàn)略，并成立太空司令部，積極推進(jìn)軍事航天力量建設(shè)。一是發(fā)布太空防御戰(zhàn)略。7月26日，法國發(fā)布《2030年太空防御戰(zhàn)略》，提出為確保戰(zhàn)略自主權(quán)，法國已將發(fā)展太空力量視為國防優(yōu)先事項。該戰(zhàn)略提出兩大目標(biāo)：保護(hù)本國衛(wèi)星，識別不友好或敵對行為，對其進(jìn)行分析；捍衛(wèi)包括軍事、商業(yè)、盟國和歐盟衛(wèi)星在內(nèi)的太空利益。主要措施包括：加強太空防御理論研究，組建空天軍，加強軍民航天協(xié)調(diào)，優(yōu)先發(fā)展太空態(tài)勢感知能力，維持天基信息支援能力，發(fā)展彈道導(dǎo)彈防御能力，加強航天知識培訓(xùn)等。二是成立太空司令部。2019年9月3日，法國國防部長佛羅倫薩·帕利簽署法令，在空軍內(nèi)部成立太空司令部，總部設(shè)在圖盧茲，人員編制為220人，將從聯(lián)合太空司令部 、太空作戰(zhàn)軍事監(jiān)視中心、軍事衛(wèi)星觀測中心等機構(gòu)抽調(diào)人員。

4.加拿大發(fā)布新版航天戰(zhàn)略

3月6日，加拿大發(fā)布《探索、想象和創(chuàng)新：加拿大新航天戰(zhàn)略》，主要內(nèi)容包括：一是通過加入月球“門廊”項目保持領(lǐng)先地位。加拿大將參與美國領(lǐng)導(dǎo)的月球“門廊”項目，目標(biāo)是成為全球下一階段載人航天活動的主要領(lǐng)導(dǎo)國家之一。該項目將為加拿大航天員首次訪問月球鋪平道路，并將成為加拿大航天戰(zhàn)略的重要支柱。加拿大將建造具有人工智能能力的下一代深空機器人系統(tǒng)；創(chuàng)造科學(xué)機遇和全球合作伙伴關(guān)系；保證加拿大未來的航天員項目。二是激勵下一代人探索太空。穩(wěn)定的高素質(zhì)人才隊伍對于創(chuàng)建和發(fā)展領(lǐng)先公司以維持加拿大在全球航天市場中的地位也至關(guān)重要。加拿大航天局將尋求更多機會讓學(xué)生參與太空項目；舉辦全國性比賽招募“初級航天員”；組織航天員和其他航天功勛人士訪問全國學(xué)校。三是利用太空解決日常難題。太空支撐著從國家安全到連接農(nóng)村和偏遠(yuǎn)社區(qū)等各種活動。加拿大將利用太空連接各地的加拿大人；鞏固安全和主權(quán)；改善遠(yuǎn)程醫(yī)療和衛(wèi)生保??；加強對有營養(yǎng)價值的糧食作物的培育；支持未來安全通信。四是利用商業(yè)航天促進(jìn)經(jīng)濟增長并創(chuàng)造就業(yè)崗位。為了使本國工業(yè)受益于全球快速增長的航天經(jīng)濟，加拿大將尋求監(jiān)管改革，建立現(xiàn)代監(jiān)管框架；建立市場準(zhǔn)入機制，促進(jìn)航天企業(yè)的誕生和發(fā)展；維持可以滿足未來太空需求的國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)；鞏固和擴大國際合作伙伴關(guān)系；與業(yè)界合作，在加拿大投資和創(chuàng)造就業(yè)機會。五是確保在獲取和使用天基數(shù)據(jù)方面的領(lǐng)先地位。從太空資產(chǎn)中收集的數(shù)據(jù)使加拿大政府能夠做出有理有據(jù)的決策，保護(hù)人民安全，監(jiān)測和保護(hù)環(huán)境，支持眾多相關(guān)經(jīng)濟部門，并使加拿大成為全球安全和國防網(wǎng)絡(luò)的重要合作伙伴。這些數(shù)據(jù)不僅對于將其轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新應(yīng)用的企業(yè)至關(guān)重要，而且是加拿大尖端科學(xué)的基礎(chǔ)。加拿大將收集氣候變化數(shù)據(jù)；重視發(fā)展對地觀測能力；支持?jǐn)?shù)據(jù)分析；推動對地球及其他太空區(qū)域的空間科學(xué)研究。

二、進(jìn)入空間

1.俄羅斯加快重型運載火箭發(fā)展

2019年1月3日，俄羅斯航天國家集團公司總經(jīng)理羅戈津簽署“葉尼塞”重型運載火箭研制日程計劃表，計劃2028年實現(xiàn)該火箭首飛。1月26日，羅戈津在能源火箭航天公司公布了重型火箭的設(shè)計方案。此外，俄羅斯還考慮研發(fā)后繼型“頓河”重型火箭，用于幫助俄羅斯建立月球基地。

根據(jù)俄羅斯相關(guān)規(guī)劃文件，“葉尼塞”重型火箭基本型的近地軌道運載能力至少為80t，極月軌道運輸能力至少為20t；升級型號分別將逐步增加到140t和27t；其主要任務(wù)是將俄下一代聯(lián)邦號載人飛船（20t）送入月球軌道進(jìn)行月球表面探索，也可為美國大橢圓軌道的“月球軌道平臺-門廊”提供運輸服務(wù)；2028年首飛后，每年發(fā)射兩次（同一發(fā)射臺）。后繼型“頓河”火箭將在“葉尼塞”的基礎(chǔ)上，再增加一級氫氧發(fā)動機火箭，使其近地運載能力達(dá)到130t，可用于發(fā)射俄羅斯的月球基地模塊?！邦D河”的首飛時間將在2023年之后。

2.德國研發(fā)下一代火箭回收技術(shù)

德國航空航天中心正在研發(fā)下一代火箭回收技術(shù)。該技術(shù)將實現(xiàn)在空中對火箭助推器進(jìn)行回收，其過程為：一種帶翼的一級助推器在高空與火箭主體分離，在降落過程中被飛機捕獲并拖回地面。德國航空航天中心計劃使用無人機借助“空氣動力學(xué)控制的捕獲裝置”，在距離火箭一級助推器上方2～8km位置與其對接。與獵鷹九號火箭相比，該回收方式具有3種優(yōu)勢：一是無需預(yù)留火箭返回推進(jìn)劑，大幅提升運載能力。美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）在回收獵鷹九號火箭一級助推器時，需要預(yù)留推進(jìn)劑，用于獵鷹九號火箭返回地球時減速著陸。德國航空航天中心研發(fā)的下一代火箭回收技術(shù)無需為返回預(yù)留推進(jìn)劑，使火箭運載能力大幅提升。二是可降低整個火箭推進(jìn)系統(tǒng)重量，為火箭提供額外的性能優(yōu)勢，如更強的機動性與靈活性。三是可以規(guī)避發(fā)動機輸出功率控制、著陸緩沖等技術(shù)難題。

三、利用空間

1.美國SpaceX公司啟動太空互聯(lián)網(wǎng)星座大規(guī)模部署

2019年5月，SpaceX公司利用獵鷹九號火箭將首批60顆“星鏈”太空互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星送入軌道，標(biāo)志著史上最大規(guī)模衛(wèi)星星座的組建正式啟動。11月11日，SpaceX公司再次利用獵鷹九號火箭將第二批次60顆“星鏈”衛(wèi)星送入軌道。太空互聯(lián)網(wǎng)星座一旦建成，不僅可能改變未來互聯(lián)網(wǎng)的接入方式，而且將具有極強軍事應(yīng)用潛力。

“星鏈”計劃的目標(biāo)是利用大量低軌運行的高通量衛(wèi)星，組成星座為全球提供太空互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。“星鏈”星座將由11927顆衛(wèi)星組成，分布于三個軌道面：首先在高度為550km的軌道部署1584顆Ka和Ku頻段衛(wèi)星，隨后在1150km軌道部署2825顆Ka和Ku頻段衛(wèi)星，在340km軌道部署7518顆V頻段衛(wèi)星。按照計劃，“星鏈”星座在軌衛(wèi)星將于2020年達(dá)到720顆，形成初步服務(wù)能力；整個星座預(yù)計2027年完成建設(shè)。“星鏈”星座的研制和部署費用預(yù)計需要100億美元，后期維護(hù)和升級費用預(yù)計需要300億美元。

“星鏈”星座具有全覆蓋、大帶寬、低延遲、自主防碰撞、自動離軌減少太空碎片的優(yōu)點，將對美未來太空能力建設(shè)產(chǎn)生重要影響：一是可能變革互聯(lián)網(wǎng)的接入方式。“星鏈”星座將使全球任何地點都能不受限制地接入互聯(lián)網(wǎng)，特別是目前無條件上網(wǎng)或無法正常上網(wǎng)的30億人口，真正實現(xiàn)“全球互聯(lián)”的地球村概念，遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、視頻會議、在線游戲等遠(yuǎn)程在線服務(wù)將更加普遍。二是軍事應(yīng)用潛力巨大?？蔀槊儡娞峁└咚傩l(wèi)星通信服務(wù)。美空軍2019年向SpaceX公司資助2800萬美元，專門研究“星鏈”計劃為軍用飛機提供通信服務(wù)；目前已在部分飛機上安裝天線，以驗證與“星鏈”星座的互聯(lián)。

2.美國防部太空發(fā)展局發(fā)展“下一代太空架構(gòu)”

2019年7月1日，美國防部太空發(fā)展局發(fā)布文件，闡述下一代太空架構(gòu)，將包括7層小型通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)：一是空間傳輸層，提供全天時的數(shù)據(jù)和通信的全球網(wǎng)絡(luò)；二是跟蹤層，提供導(dǎo)彈威脅跟蹤、定位和預(yù)警；三是監(jiān)管層，提供所有已識別的關(guān)鍵時敏目標(biāo)的全天候監(jiān)管；四是威懾層，提供空間態(tài)勢感知，探測和跟蹤太空中的物體，幫助衛(wèi)星避免碰撞；五是導(dǎo)航層，在GPS服務(wù)受限或不可用情況下，提供可替代的定位、導(dǎo)航與授時服務(wù)；六是戰(zhàn)斗管理層，包括人工智能增強的指揮、控制和通信網(wǎng)絡(luò)，提供任務(wù)優(yōu)化、星載處理和傳播能力；七是支撐層，地面指揮控制設(shè)施、用戶終端，以及快速響應(yīng)發(fā)射服務(wù)。

3.歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)中斷

2019年7月11日起，歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)歷了從服務(wù)降級到服務(wù)全面中斷，再到服務(wù)恢復(fù)的過程。這是迄今為止，全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域發(fā)生的最重大的事件之一，引發(fā)各界密切關(guān)注，將對全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域未來發(fā)展產(chǎn)生重要影響。7月11日9時起，“伽利略”系統(tǒng)全部衛(wèi)星的導(dǎo)航服務(wù)出現(xiàn)降級，信號無法滿足服務(wù)定義文件中的最低性能標(biāo)準(zhǔn)；7月12日9時開始系統(tǒng)停止服務(wù)、信號不可用。其間，歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)中心星座狀態(tài)頁面顯示，22顆“伽利略”衛(wèi)星為無法使用，原因是服務(wù)中斷。

此次故障原因，普遍分析是地面運行控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題。此次事故表現(xiàn)為整個系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)問題，根源應(yīng)該不是分散部署的衛(wèi)星，大概率是由地面系統(tǒng)誘發(fā)，具體是軟件還是硬件故障尚難明確。有消息稱是意大利的“精確授時設(shè)施”出現(xiàn)問題，該設(shè)施是配備若干銫原子鐘和一個氫原子鐘的地面站，負(fù)責(zé)生成“伽利略”系統(tǒng)時間，上傳到衛(wèi)星后幫助用戶進(jìn)行定位。類似環(huán)節(jié)的軟硬件故障，必然會造成全局性影響?！百だ浴毕到y(tǒng)此次故障與服務(wù)的全面中斷將對其用戶信心產(chǎn)生重要影響，對“伽利略”系統(tǒng)在全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場發(fā)展極為不利，輕則造成市場拓展難度增加，重則可能全面影響其生存和發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)安全威脅日益增長態(tài)勢下，衛(wèi)星導(dǎo)航地面運行控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，正在成為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能否安全、持續(xù)、穩(wěn)定運行的重要因素。因此，必須高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航地面運行控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全能力的研發(fā)與建設(shè)。

四、深空探測

1.NASA發(fā)布《月球探索戰(zhàn)略計劃》

5月23日，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布《飛向月球：NASA月球探索戰(zhàn)略計劃》。該文件詳細(xì)闡述了NASA最新的“阿爾忒彌斯”載人登月計劃，計劃2024年將首位女航天員送上月球，在2028年建立月球永久基地、在月球周圍開展持續(xù)性載人探索，為火星任務(wù)做準(zhǔn)備。NASA將“使用一切必要手段”，以確保重返月球任務(wù)成功。

該計劃將分兩階段實施：第一階段，2024年載人登陸月球南極。執(zhí)行三次由NASA主導(dǎo)的飛行任務(wù)：①阿爾忒彌斯1。2020-2021年用“航天發(fā)射系統(tǒng)”重型火箭發(fā)射“獵戶座”載人飛船，完成箭船集成的無人飛行探測任務(wù)。②阿爾忒彌斯2。2022年執(zhí)行“獵戶座”飛船載人繞月飛行測試任務(wù)。③阿爾忒彌斯3。2024年執(zhí)行載人登陸月球表面任務(wù)。

建設(shè)極簡版“門廊”。由NASA 負(fù)責(zé)，工業(yè)界和國際伙伴參與，2024年完成極簡版“門廊”建設(shè)。2024年航天員到達(dá)“門廊”后，利用商業(yè)火箭發(fā)射的載人月球著陸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移級，將航天員從“門廊”送到近月軌道，系統(tǒng)的下降級將攜帶航天員著陸月面；完成任務(wù)后，上升級將攜帶航天員返回“門廊”。

開發(fā)商業(yè)月球著陸器。根據(jù)NASA“商業(yè)月球有效載荷服務(wù)”計劃，開發(fā)無人商業(yè)月球著陸器，為NASA提供有效載荷運輸服務(wù)，發(fā)射著陸于月球極區(qū)和非極區(qū)的著陸器與巡視器，開展月球原位資源初步利用研究，增強月球科學(xué)探索能力；為NASA開發(fā)包括轉(zhuǎn)移級、下降級和上升級在內(nèi)的載人月球著陸系統(tǒng)，用于2024年載人登月。

第二階段：對月球及火星進(jìn)行可持續(xù)的載人探索。2025-2027年每年執(zhí)行1次、2028年執(zhí)行兩次載人登月任務(wù)，在月球表面部署基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)在月表長期探索。

2.日本規(guī)劃首版《空間科學(xué)技術(shù)發(fā)展路線圖》

5月7日，日本內(nèi)閣府宇宙政策委員會就首版《空間科學(xué)技術(shù)發(fā)展路線圖》組織研討，規(guī)劃確?？臻g科學(xué)探索可持續(xù)發(fā)展所需的技術(shù)發(fā)展路線：①太陽系科學(xué)探測：重點開展月球和火星著陸探測；逐漸向木星、土星等更遠(yuǎn)天體探測拓展；通過小型探測器編隊飛行開展太陽物理學(xué)探測。②空間運輸系統(tǒng)：重點開發(fā)以發(fā)射小型空間探測器為主的“艾普斯龍”系列運載火箭；開發(fā)低成本、可重復(fù)使用運載器，以實現(xiàn)高頻次的地球軌道和太陽系行星間運輸；開發(fā)微衛(wèi)星所需推進(jìn)系統(tǒng)、電力、通信和熱設(shè)計等技術(shù)。③天體物理學(xué)探測：以宇宙起源演化、太陽系行星形成過程及生命探索為目標(biāo)，重點突破高性能空間冷卻器技術(shù)、輕質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)、編隊飛行技術(shù)和干涉儀技術(shù)等。

3.日本隼鳥二號探測器成功實施小行星探測

2019年4月5日，日本隼鳥二號探測器發(fā)射“小型便攜式撞擊裝置”（SCI），對“龍宮”小行星表面進(jìn)行爆破沖擊，以獲取小行星內(nèi)部巖石樣品。這是SCI的首次太空試驗，不僅驗證了該裝置的有效性，而且初步展示了其作為空間對抗武器的潛力。隼鳥二號探測器于2014年發(fā)射，經(jīng)過長期自主導(dǎo)航，2018年6月進(jìn)入“龍宮”小行星軌道，實現(xiàn)與小行星的交會，完成一系列探測任務(wù)，將于2020年底返回地球。主要探測任務(wù)包括：小行星表面探測，發(fā)射金屬彈子撞擊小行星采集表面塵埃，釋放SCI爆破撞擊小行星采集地下巖石樣品等。

4.印度首次嘗試月球軟著陸失敗

2019年9月7日，印度月船二號探測器的“維克拉姆”著陸器按計劃下降到距月球表面2.1km高度時與地面失聯(lián)。印度首次進(jìn)行月面軟著陸的嘗試以失敗告終。

月船二號任務(wù)是印度深空探測領(lǐng)域有史以來最復(fù)雜的探測任務(wù)。月船二號由軌道器、著陸器和巡視器組成，計劃一次性執(zhí)行“繞、落、巡”等多項探測任務(wù)，探索人類從未探索過的月球南極地區(qū)。該任務(wù)的工程目標(biāo)是驗證月面軟著陸能力及相關(guān)技術(shù)；科學(xué)目標(biāo)是通過月面地形研究和礦物學(xué)分析、月球大氣組成分析等，加深對月球起源和演化的了解。

月船二號探測器于7月22日由“地球同步軌道衛(wèi)星運載火箭”（GSLV Mk-Ⅲ）成功發(fā)射升空；9月2日著陸器與軌道器成功分離；9月7日著陸器進(jìn)入動力下降階段，下降之初一切正常，但在離月面2.1km時與地面控制中心的通信中斷，失去聯(lián)系。根據(jù)實時接收數(shù)據(jù)與任務(wù)設(shè)計軌道的對比曲線，著陸器在通信失聯(lián)時同預(yù)定著陸點存在約1km的水平偏離。