2022 年國(guó)外載人航天發(fā)展綜述

宋國(guó)梁（北京空間科技信息研究所）

2022 年，國(guó)外載人航天領(lǐng)域共開展14 次發(fā)射任務(wù)，其中包括7 次載人飛船發(fā)射任務(wù)、7 次貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)。美國(guó)“載人龍”（Crew Dragon）飛船開展3 次載人任務(wù)，“貨運(yùn)龍”（Cargo Dragon）飛船開展2次貨運(yùn)任務(wù)，“天鵝座”（Cygnus）飛船開展2 次貨運(yùn)任務(wù)，“星際客船”（Starliner）開展1 次無人軌道飛行任務(wù)，“獵戶座”（Orion）飛船開展1 次無人繞月飛行任務(wù)；俄羅斯聯(lián)盟 MS（Soyuz MS）飛船執(zhí)行2 次載人任務(wù)，進(jìn)步 MS（Progress MS）飛船執(zhí)行3 次貨運(yùn)任務(wù)。另外，“新謝潑德”（New Shepard）系統(tǒng)在2022 年執(zhí)行亞軌道飛行任務(wù)4 次，失敗一次。

2022 年，載人航天繼續(xù)快速發(fā)展。美國(guó)“星際客船”第二次無人軌道飛行試驗(yàn)成功，“追夢(mèng)者”（Dream Chaser）太空飛機(jī)完成組裝，即將迎來首飛，美國(guó)載人和貨物運(yùn)輸能力有望進(jìn)一步提升；美國(guó)正式授權(quán)“國(guó)際空間站”（ISS）延壽至2030 年，對(duì)空間站后續(xù)退役離軌做出規(guī)劃；開展“國(guó)際空間站”首次私人航天員任務(wù)，持續(xù)推動(dòng)近地軌道商業(yè)化進(jìn)程；“阿爾忒彌斯”（Artemis）計(jì)劃取得突破性進(jìn)展，美國(guó)邁出重返月球第一步。俄羅斯宣布退出“國(guó)際空間站”項(xiàng)目，圍繞“國(guó)際空間站”的后續(xù)合作存在不確定性；新一代載人飛船和重型運(yùn)載火箭研發(fā)進(jìn)度滯后，2030 年前后完成載人登月存在風(fēng)險(xiǎn)。此外，聯(lián)盟 MS 載人飛船、“天鵝座”貨運(yùn)飛船和“新謝潑德”系統(tǒng)等成熟或表現(xiàn)優(yōu)異的運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障，再次凸顯載人航天事業(yè)的高風(fēng)險(xiǎn)屬性，以及安全性和可靠性在載人航天領(lǐng)域的重要地位。

1 近地軌道載人航天活動(dòng)

多型載人與貨運(yùn)飛船持續(xù)發(fā)展，近地軌道運(yùn)輸能力不斷增強(qiáng)

2022 年5 月20 日，波音公司（Boeing）研制的“星際客船”搭乘宇宙神-5 運(yùn)載火箭從卡納維拉爾角空軍基地第41發(fā)射臺(tái)成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定軌道。本次任務(wù)是“星際客船”第二次無人飛行試驗(yàn)，是在2019 年底首飛異常、經(jīng)過兩年半的整改后實(shí)施的首次任務(wù)。“星際客船”第二次無人飛行試驗(yàn)任務(wù)持續(xù)6 天，旨在通過全流程飛行，獲取火箭、飛船和地面系統(tǒng)以及在軌、對(duì)接和著陸操作等環(huán)節(jié)的性能參數(shù)，支持美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）對(duì)波音公司載人航天運(yùn)輸系統(tǒng)的認(rèn)證。

根據(jù)計(jì)劃，“星際客船”將于2023 年投入正式服務(wù)，每次正式任務(wù)可搭載攜帶4 ～5 名航天員，除4 名NASA 資助的航天員外，還可包括1 名太空游客。NASA 估算，刨除研發(fā)費(fèi)用后，“星際客船”每個(gè)座位的平均估價(jià)為9000 萬美元。美國(guó)商業(yè)乘員計(jì)劃目前支持了“載人龍”飛船和“星際客船”兩型飛船?！拜d人龍”飛船已開始提供正式服務(wù)，隨著“星際客船”開展第二次無人飛行試驗(yàn)，美國(guó)不久后將有兩型載人飛船提供“國(guó)際空間站”乘員運(yùn)輸服務(wù)?！靶请H客船”相比上一代載人飛船，采用了大量創(chuàng)新技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了更加強(qiáng)大的功能和能力，美國(guó)載人航天運(yùn)輸能力有望進(jìn)一步提升。

“星際客船”（來源：NASA）

此外， 由內(nèi)華達(dá)山脈航天公司（Sierra Nevada）負(fù)責(zé)研制的“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)在其科羅拉多州總部組裝完成，首艘“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)命名為“韌堅(jiān)”（Tenacity），后續(xù)將運(yùn)往NASA 阿姆斯特朗飛行研究中心進(jìn)行為期數(shù)月的熱真空試驗(yàn)，然后運(yùn)至肯尼迪航天中心進(jìn)行與“火神”（Vulcan Centaur）運(yùn)載火箭的對(duì)接組裝，開展相應(yīng)的系統(tǒng)測(cè)試。內(nèi)華達(dá)山脈公司計(jì)劃于2023 年將“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)發(fā)射至“國(guó)際空間站”，執(zhí)行約82 天無人軌道飛行任務(wù)?！白穳?mèng)者”太空飛機(jī)設(shè)計(jì)搭載5t 加壓和500kg 非加壓有效載荷，同時(shí)可下行1750kg 貨物。若本次任務(wù)成功，內(nèi)華達(dá)山脈公司將正式執(zhí)行NASA授予的第二輪“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”（CRS-2）合同，“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)將與美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）“貨運(yùn)龍”飛船、諾格公司（NG）“天鵝座”飛船共同開展業(yè)務(wù)化貨物運(yùn)輸服務(wù)，同時(shí)成為繼“貨運(yùn)龍”飛船后第二型可重復(fù)使用的貨運(yùn)系統(tǒng)。

“國(guó)際空間站”正式授權(quán)延壽，空間技術(shù)與應(yīng)用模式不斷創(chuàng)新

2022 年1 月11 日，拜登政府承諾將“國(guó)際空間站”延壽至2030 年，將使美國(guó)能夠在未來10 年持續(xù)利用空間站獲得益處。NASA 隨后發(fā)布報(bào)告詳細(xì)說明了未來10 年的空間站運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)向商業(yè)服務(wù)的平穩(wěn)過度。2022 年8 月9 日，拜登簽署一項(xiàng)總金額為2800 億美元的《2022 芯片與科學(xué)法案》（CHIPS and Science Act of 2022），其中包括了新版NASA 授權(quán)法案，同意將“國(guó)際空間站”的運(yùn)行時(shí)間從2024 年延長(zhǎng)至2030 年。除俄羅斯外的其他“國(guó)際空間站”參與國(guó)均表達(dá)了支持。

2022 年7 月26 日， 俄 羅 斯 航 天 國(guó) 家 集 團(tuán)（ROSKOSMOS）新任總經(jīng)理尤里·鮑里索夫在向總統(tǒng)普京匯報(bào)時(shí)宣布，俄羅斯將在2024 年后退出“國(guó)際空間站”項(xiàng)目。2022 年7 月28 日，俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)高級(jí)官員通知NASA，在本國(guó)獨(dú)立空間站開始運(yùn)行前，將繼續(xù)執(zhí)行“國(guó)際空間站”任務(wù)。根據(jù)最新計(jì)劃，俄羅斯軌道服務(wù)站首次載人任務(wù)將在2028 年實(shí)施。近年來，俄羅斯多次考慮退出“國(guó)際空間站”，以此作為籌碼威脅美國(guó)。俄烏沖突以來，“國(guó)際空間站”成為美俄角力的重要平臺(tái)，為應(yīng)對(duì)西方制裁，俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)前總經(jīng)理羅戈津曾于2022 年4 月發(fā)出警告，稱若西方不取消對(duì)俄制裁，將退出“國(guó)際空間站”。

國(guó)外均已著眼后“國(guó)際空間站”時(shí)代，開展提前研究和布局。除了俄羅斯提出軌道服務(wù)站（ROSS）外，NASA 也借鑒商業(yè)貨運(yùn)和商業(yè)載人服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，支持商業(yè)空間站開發(fā)，提出了商業(yè)低地球軌道開發(fā)（CLD）計(jì)劃，第一階段至2025 年，支持多家公司開展商業(yè)空間站的初步設(shè)計(jì)，第二階段預(yù)計(jì)于2026 年啟動(dòng)，包括對(duì)商業(yè)空間站認(rèn)證，以及通過采購服務(wù)的方式利用商業(yè)空間站資源。即使俄羅斯2024 年退出“國(guó)際空間站”，美國(guó)也主要受到短期影響，打亂近地軌道載人航天活動(dòng)計(jì)劃，但長(zhǎng)期影響有限。

近地軌道商業(yè)載人活動(dòng)將持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用模式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

2022 年4 月8 日，美國(guó)公理太空公司（Axiom Space）在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心39A 發(fā)射臺(tái)利用獵鷹-9（Falcon-9）運(yùn)載火箭成功發(fā)射“載人龍”飛船（Crew Dragon），執(zhí)行首次“國(guó)際空間站”私人航天員任務(wù)，此次參加任務(wù)的4 名航天員只有一人是前NASA 航天員，其余3 人都是企業(yè)家、投資者、慈善家等身份。

Ax-1 任務(wù)是首次由美國(guó)載人飛船執(zhí)行全私人航天員的“國(guó)際空間站”任務(wù)，此前該類型任務(wù)都至少有一名政府正式航天員參與。本次任務(wù)作為首次私人航天員任務(wù)，與之前的太空旅游任務(wù)主要存在三方面區(qū)別：一是參與本次“國(guó)際空間站”任務(wù)的航天員均為私人航天員而非政府在職航天員；二是本次私人航天員將開展時(shí)長(zhǎng)為750～1000h 的培訓(xùn)，長(zhǎng)于太空游客接受訓(xùn)練的時(shí)間；三是本次任務(wù)私人航天員將在“國(guó)際空間站”的考察時(shí)間內(nèi)完成超過25 個(gè)不同實(shí)驗(yàn)，包括100h 用于研究，與太空旅游任務(wù)在軌期間主要活動(dòng)存在區(qū)別。

NASA 于2019 年發(fā)布了《低地球軌道商業(yè)開發(fā)計(jì)劃》，每年允許兩次“國(guó)際空間站”私人航天員任務(wù)，每次任務(wù)在空間站停留不超過30 天。這些任務(wù)必須使用經(jīng)NASA 認(rèn)證的美國(guó)載人飛船，如SpaceX公司和波音公司根據(jù)NASA 商業(yè)乘員計(jì)劃（CCP）開發(fā)的“載人龍”飛船和“星際客船”。本次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了NASA 在《低地球軌道商業(yè)開發(fā)計(jì)劃》中明確提出的發(fā)展私人航天員任務(wù)目標(biāo)，驗(yàn)證了商業(yè)公司擁有運(yùn)輸私人航天員前往低軌空間站的能力，同時(shí)可以完成太空環(huán)境對(duì)人類的影響評(píng)估、飛行乘組測(cè)試等任務(wù)。在未來，私人航天員任務(wù)成為發(fā)展低地球軌道經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的一部分，而NASA 將成為低地球軌道上的眾多客戶之一，低地球軌道向商業(yè)化快速發(fā)展。

執(zhí)行首次私人航天員任務(wù)的航天員乘組（來源：Axiom Space）

2 載人月球探測(cè)計(jì)劃

“阿爾忒彌斯”計(jì)劃首次飛行任務(wù)成功，邁出重返月球第一步

2022 年11 月16 日，NASA 利用“空間發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）從肯尼迪航天中心第39B 發(fā)射臺(tái)將“獵戶座”飛船發(fā)射入軌，飛船在大幅值逆行軌道（DRO）繞月飛行半圈后，于2022 年12 月11 日返回地球，濺落在加利福尼亞州圣迭戈海岸。本次任務(wù)是美國(guó)“阿爾忒彌斯”計(jì)劃的首次試飛任務(wù)，本次任務(wù)規(guī)劃了三大主要任務(wù)目標(biāo)，分別為：①驗(yàn)證“獵戶座”飛船高速再入返回的熱防護(hù)能力；②驗(yàn)證任務(wù)全流程的運(yùn)行能力；③回收飛船并開展數(shù)據(jù)分析。此外，阿爾忒彌斯-1 任務(wù)還計(jì)劃完成盡可能多的額外目標(biāo)，對(duì)各系統(tǒng)、全流程進(jìn)行多方面驗(yàn)證，進(jìn)一步評(píng)估系統(tǒng)性能，降低未來載人任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)。

“阿爾忒彌斯”計(jì)劃目標(biāo)宏大，具有重要的戰(zhàn)略意義。“阿爾忒彌斯”計(jì)劃是美國(guó)鞏固航天領(lǐng)先地位、維持國(guó)家影響力的重大項(xiàng)目。在工程目標(biāo)方面，“阿爾忒彌斯”計(jì)劃從近地拓展到月球和火星，開展長(zhǎng)期載人月球探測(cè)活動(dòng)，未來十年規(guī)劃了超過30次政府和商業(yè)發(fā)射任務(wù)，逐步建設(shè)“門戶”（Gateway）地月空間站和月面基地，每次任務(wù)4 名航天員、總時(shí)長(zhǎng)1 ～2 個(gè)月、月面駐留1 ～2 周、開展月球南極探測(cè)；相較“阿波羅”（APOLLO）計(jì)劃單次探測(cè)方式，每次任務(wù)3 名航天員、總時(shí)長(zhǎng)2 周、月面著陸3 天、開展月球正面中低緯度探測(cè)，“阿爾忒彌斯”總體技術(shù)指標(biāo)大幅提升，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。在科學(xué)和技術(shù)目標(biāo)方面，以全面認(rèn)識(shí)和利用月球?yàn)橹匾康?，發(fā)展全月面到達(dá)能力，突破水冰資源開采、原位資源利用、再生燃料電池、核裂變能源、無線能源傳輸、低溫液體管理、月面建造等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)未來長(zhǎng)期地外生存。在標(biāo)志性成就方面，提出了領(lǐng)先中俄實(shí)施本世紀(jì)首次載人登月，將世界首位女航天員和首位有色人種航天員送往月球等重要象征性目標(biāo)?！鞍栠瘡浰埂庇?jì)劃已成為美國(guó)展示綜合國(guó)力、牽引科學(xué)發(fā)現(xiàn)、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志性工程，對(duì)于其強(qiáng)化全球領(lǐng)導(dǎo)、鞏固在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的有利地位、實(shí)現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。

“獵戶座”飛船拍攝的圖像（來源：NASA）

俄羅斯進(jìn)一步明確載人登月技術(shù)路線，登月計(jì)劃進(jìn)展緩慢

在載人登月領(lǐng)域，俄羅斯已經(jīng)制定了2030 年登月計(jì)劃，目前正在推進(jìn)載人月球探測(cè)系統(tǒng)研制。在登月火箭研制方面，由于經(jīng)費(fèi)和技術(shù)問題，俄羅斯進(jìn)步火箭與航天公司已宣布暫?！叭~尼塞”（Yenisei）火箭研制工作，正在重新設(shè)計(jì)新型重型運(yùn)載火箭。新的設(shè)計(jì)方案繼續(xù)沿用液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，但為了增加載荷能力，增加了火箭級(jí)數(shù)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量，改為二級(jí)火箭捆綁助推器模式。新設(shè)計(jì)將使近地軌道運(yùn)載能力大幅提升，同時(shí)還可以提高月球探索的經(jīng)濟(jì)性。在深空載人飛船研制方面，俄羅斯繼續(xù)推進(jìn)“雄鷹”（Orel）載人飛船開發(fā)，以取代現(xiàn)役的聯(lián)盟-MS 載人飛船。截至目前，“雄鷹”載人飛船正處于制作模型、對(duì)半比例模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段，飛行測(cè)試工作計(jì)劃于2024 年開始。2022 年11 月，俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)表示“雄鷹”載人飛船首次無人軌道試飛將從2023 年推遲到2025 年進(jìn)行。

總體而言，俄羅斯載人航天領(lǐng)域的重點(diǎn)更多集中在俄羅斯軌道服務(wù)站開發(fā)上，加之俄羅斯的載人登月計(jì)劃尚不完整，東方航天發(fā)射場(chǎng)地面基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善，登月計(jì)劃管理和資助資金尚不到位，俄羅斯月球探索計(jì)劃在未來面對(duì)巨大風(fēng)險(xiǎn)。

3 伴隨載人航天快速發(fā)展不斷出現(xiàn)的異常故障

聯(lián)盟 MS-22 飛船冷卻劑泄露，導(dǎo)致出艙活動(dòng)取消

2022 年12 月15 日，對(duì)接在“國(guó)際空間站”上的俄羅斯聯(lián)盟 MS-22 載人飛船發(fā)生冷卻劑泄漏事件，導(dǎo)致正在進(jìn)行的航天員出艙活動(dòng)取消。12 月16日，俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)確認(rèn)外部溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的散熱器冷卻回路是泄漏源，并表示聯(lián)盟 MS-22 飛船外殼受損可能是因?yàn)槭艿轿⒘餍求w撞擊，導(dǎo)致飛船大量冷卻劑泄露。此次冷卻劑泄漏事件盡管沒有對(duì)空間站和航天員造成危害，但聯(lián)盟 MS-22 飛船可能無法按照計(jì)劃于2023 年3 月返回地球。冷卻劑泄漏可能會(huì)導(dǎo)致飛船返回艙溫度升高，這不僅會(huì)在飛船返回地球期間影響航天員的狀況，還會(huì)影響飛船的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

如果俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)和NASA 判斷該飛船不具備搭載航天員返航能力，則意味著“國(guó)際空間站”?？康娘w船不能將“國(guó)際空間站”中駐留的7 名航天員全部帶回地球。目前僅有一艘美國(guó)“載人龍”飛船對(duì)接“國(guó)際空間站”，雖然“載人龍”飛船在設(shè)計(jì)上可以搭載7 名航天員，但NASA 沒有批準(zhǔn)過該型飛船執(zhí)行7 人載人航天任務(wù)。這將導(dǎo)致3 名計(jì)劃搭乘聯(lián)盟 MS-22 飛船返回地球的航天員必須在“國(guó)際空間站”上等待，直到俄羅斯發(fā)射新一艘載人飛船將3名航天員接回地球。

美國(guó)藍(lán)源公司“新謝潑德”系統(tǒng)發(fā)射失敗

2022 年9 月12 日， 美國(guó)藍(lán)源公司（Blue Origin）利用“新謝潑德”系統(tǒng)實(shí)施亞軌道飛行遭遇失敗。此次發(fā)射中，太空艙緊急逃逸，最終實(shí)現(xiàn)安全著陸，而助推器墜毀。

“新謝潑德”系統(tǒng)在發(fā)射1min 后出現(xiàn)故障，也就是火箭達(dá)到最大動(dòng)壓時(shí)，為助推器提供動(dòng)力的BE-3 發(fā)動(dòng)機(jī)底部噴出大片火焰，火箭姿態(tài)略微偏離垂直方向并發(fā)生擺動(dòng)。發(fā)射1min5s 后，太空艙的發(fā)射逃生發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，使太空艙脫離助推器。太空艙到達(dá)了大約11.4km 最高高度，然后下降，先是打開3 個(gè)小型阻力傘來穩(wěn)定太空艙并減緩下落速度，隨后3 個(gè)主降落傘順利打開。太空艙在發(fā)射后大約5.5min 在發(fā)射場(chǎng)附近安全著陸，火箭助推器撞擊地面后損毀。由于此次事故，“新謝潑德”系統(tǒng)將在一段時(shí)間內(nèi)停飛。

美國(guó)天鵝座-CRS-18 貨運(yùn)飛船太陽帆板展開異常

2022 年11 月7 日，美國(guó)諾格公司發(fā)射天鵝座-CRS-18 貨運(yùn)飛船成功進(jìn)入預(yù)定軌道，但飛船僅展開一個(gè)太陽帆板，另一個(gè)無法展開。諾格公司多次嘗試展開太陽帆板，但均未成功。最終NASA 和諾格公司決定繼續(xù)推進(jìn)任務(wù)，優(yōu)先確保貨運(yùn)飛船對(duì)接，暫時(shí)放棄了展開帆板的進(jìn)一步嘗試。同時(shí)，考慮到機(jī)械臂抓捕、飛船與空間站對(duì)接等操作均會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，可能導(dǎo)致帆板在操作期間展開，引發(fā)額外風(fēng)險(xiǎn)，空間站項(xiàng)目組在機(jī)械臂捕獲前對(duì)飛船狀態(tài)進(jìn)行了額外的安全性評(píng)估。

天鵝座-CRS-18 飛船于發(fā)射2 天后成功與空間站交會(huì)，在站上機(jī)械臂的操作下停泊至空間站。諾格公司于11 月9 日簡(jiǎn)要說明事件可能原因，在火箭級(jí)間分離過程中，火箭聲學(xué)覆蓋層（Acoustic Blanket）碎片卡在了飛船太陽帆板機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)致其無法展開。NASA 和諾格公司未公布更多詳細(xì)信息和調(diào)查結(jié)果。

4 結(jié)束語

2022 年，世界載人航天取得了快速發(fā)展。近地軌道方面，各國(guó)高度重視保持近地軌道長(zhǎng)期載人能力，美國(guó)利用“載人龍”“貨運(yùn)龍”和“天鵝座”飛船完成常規(guī)載人和貨運(yùn)任務(wù)，大力推進(jìn)“星際客船”“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)等新型運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展，擴(kuò)展私人航天員任務(wù)，持續(xù)推進(jìn)“國(guó)際空間站”商業(yè)化。俄羅斯繼續(xù)利用聯(lián)盟 MS、進(jìn)步 MS 飛船完成常規(guī)載人和貨運(yùn)任務(wù)，并提前研究布局本國(guó)獨(dú)立空間站。載人月球探測(cè)方面，美國(guó)完成“阿爾忒彌斯”計(jì)劃首次無人繞月試飛任務(wù)，打通從地球到月球軌道的運(yùn)輸能力，合作聯(lián)盟持續(xù)擴(kuò)大，《阿爾忒彌斯協(xié)定》簽署國(guó)家達(dá)23 個(gè)。整體而言，主要航天國(guó)家均積極謀劃，推動(dòng)載人航天活動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，并邁向更遠(yuǎn)的深空。