专题 | 2016年全球载人航天器发展综述(下)

(一)美国

1.持续投入资金,加紧摆脱对俄飞船的依赖

2016年2月,美国白宫发布2017财年预算申请,NASA为190.25亿美元,较2016财年批准的192.85亿美元减少了2.6亿美元。美国希望通过为NASA提供的190亿美元预算,推进国家级空间探索规划,并确保美国在未来几年内处于空间探索、航空研究和科学发现的世界领先地位。在NASA 2017财年预算申请中,“探索”和“空间运行”预算项分别为33.37亿美元和50.76亿美元,这两部分同属NASA载人探索与运行任务部,合计84.13亿美元,占总数的44.2%。

该预算案称,载人探索与运行部分资金将继续美国商业乘员运输系统的研制,确保在2017年底之前完成验证,彻底结束对俄罗斯载人飞船的依赖;继续研制“航天发射系统”系列火箭和“猎户座”载人飞船,用于今后的深空载人任务;推进先进探索系统研制,通过公司合作伙伴关系发展基础技术;继续为用户任务提供任务关键性空间通信和导航服务,包括载人、科学和商业载人、货运任务。

由NASA下一财年预算申请和综合拨款法案可以看出,美国依然将载人航天长远发展作为国家发展战略的关键组成部分,不仅在顶层上做好规划,而且在财政上持续投入,进一步提升国家载人航天能力。

2.持续推进技术转移,为未来深空任务做技术储备

NASA瞄准未来太阳系及以远探测任务,在“小企业技术转移”(STTR)项目第二阶段中,从美国41家企业和研究机构中筛选了21项研究和技术提议,签署了总价约1.58亿美元合同。这些技术大致可分为以下几个领域:(1)自主通信系统;(2)宇航服气体探测技术发展;(3)太空气象预测;(4)行星物质组成分析与测绘技术;(5)智能和自适应空间机器人相关的信息技术;(6)先进推进系统地面试验与发射技术。其中一项研究是利用气体颗粒(fuel grain)作为推进剂。该绿色推进系统的成本、安全性和效能较好,将在阶段1研究、设计和试验的基础上继续完善,未来有望专门用于小卫星商业发射。另一项研究是利用原位资源的新一代立方星。该提议结合了目前的立方星技术、3D打印技术和原位资源利用(ISRU)水提取系统。3D打印技术能够建造蒸汽推力器,原位资源利用模块将利用立方星电子系统产生的热量和太阳充电电池提供的电能,捕获并提取水资源。

NASA的“小企业技术转移”项目利用高度竞争、三阶段奖励的形式,为符合资质的小企业和研究机构提供合作机会,解决NASA的特定技术差距。

(二)俄罗斯

1. 俄罗斯政府出台《2016—2025年联邦航天规划》

2016年3月23日,俄罗斯政府正式出台第230号决议《2016—2025年联邦航天规划》,该规划指出,未来十年将为联邦航天活动划拨1.4万亿卢布(约合216.6亿美元),2022年后或再补充划拨1150亿卢布(约合17.79亿美元)。《2016—2025年联邦航天规划》共包括七部分内容:十年规划的总体目标、实施阶段、主要任务、各领域发展目标、主要领域的先进工艺、规划实施的主要原则以及优先发展方向(《Федеральная космическая программа на 2016-2025 годы》)。

规划明确提出,未来俄罗斯航天将发展三个优先方向:一是发展通信和对地观测卫星系统及相应的运载火箭,到2025年保证在轨运行的民商及科学卫星从49颗增至73颗,保证新型“联盟”和“安加拉”火箭逐步投入使用,并开展超重型运载火箭的研制;二是建造满足科研需求的航天设施,继续开展火星生物学(ExoMars)联合火星探测项目,以及机器人月球探测活动;三是实施载人飞行,支持“国际空间站”运行至2024年,继续研制新型载人飞船,继续建设东方发射场。此外,结合当前俄罗斯实际情况将可重复使用火箭研制推迟至2025年以后。

该规划指出,俄罗斯将利用安加拉火箭执行新一代载人飞船的飞行试验任务;2023年起使用东方航天发射场执行“国际空间站”货物和人员发射任务;发射5个月球探测器,开展月球考察等基础空间研究;月球计划第二阶段将于2021年开始,2021年进行新一代载人飞船的无人飞行试验,2023年飞船将首次飞往国际空间站。规划还指出,将为2025年后2030年前载人登月做足准备,完成充分必要的技术储备。

2. 提出国家月球轨道站构想

2016年初召开的“载人航天探索”科学实用会议上,俄罗斯科罗廖夫能源火箭航天集团(RSC Energia)计划与NASA讨论合作建设绕月空间站的方案,该空间站可能在未来2025年前投入运营。近期NASA提出文件设计体系标准,其中包含独立组件和系统的描述,并准备开始讨论标准和接口。新型空间站将成为开展在轨服务、通信和导航中继及向小行星和火星发射探测器的基地。此后,2016年6月,据俄新社报道,俄罗斯提出与美国合作建造月球轨道空间站。

地月空间能够快速往返地球,具有更接近深空的环境,易于利用月球和近地小天体的资源,是试验深空探索能力的绝佳场所。建立地月空间站能够有机衔接近地载人活动与载人深空探索,为载人火星探测等载人深空探测活动验证相关技术,积累相关操作经验。美国、俄罗斯、欧洲在迈向载人深空探索的路上都重点关注了地月空间的探测和发展,并制定了相关的计划。未来地月空间或将成为载人空间探索发展的必经之路。

(三)欧洲和日本

1. 欧洲发布《新空间战略》,明确未来载人航天发展方向

10月26日,欧盟委员会发布了其新版《欧洲航天战略》,旨在提升欧洲航天在全球的领先地位,在国际航天市场占有更高份额,紧密把握发展时机加快航天发展。该战略将于2017年正式实施。

《战略》提出,首先将继续维护国际空间站至2024年;第二,增加预算,将欧洲航天局的现有航天探测项目整合进入一个项目中,并加强欧洲在机器人领域和载人探测方面的能力。先在2017~2019年进行过渡,到2020年将开展以下主要项目:

1)完成国际空间站欧洲负责的部分,并有效利用科学和技术发展进行成果转化;

2)完成NASA猎户座飞船的欧洲服务模块(ESM)的第一个任务;

3)履行与NASA签订的贸易协议直到2020年,这是欧洲技术首次嵌入到美国航天局的载人空间探测项目中;

4)完成与NASA签订的协议,完成ESM的第二个飞行模块的制造,满足国际空间站一般系统运行成本并保证到2021~2024年可以满足航天员任务;

5)完成外火星计划的跟踪气体轨道器,探测火星大气并为ESA和其它机构的火星任务提供关键的电子通信中继能力;

6)完成外火星2020年任务的研发,包括其先进的漫游车,对火星进行首次表面探测;

7)从“国际空间站”、非国际空间站空间平台和空间类似环境中获得研究结果,推动欧洲的空间科学研究,以便支持其经济发展并为未来空间探测做准备。

此外,在空间探测领域进行首次欧洲的商业化合作。

2. 日本计划降低载人探索成本

经过日本宇宙政策委员会多次审议后,航天战略本部于2016年3月末公布了对2015年《航天基本计划》的修订版。修订版较前一版本主要变动为情报收集卫星系统、空间科学探测中的“遴选性小型计划”和用于国际空间站物资补给的飞行器HTV。

文部科学省在2015年提出了降低载人探索成本,设计新型HTV的设想,并将新型飞船暂定名为HTV-X。目前的HTV有6t货物运送能力,HTV-X将在保持现有运送能力的基础上大幅减轻飞船的质量,将制造费用从目前的200亿日元减少至100亿日元左右。此次修订版中计划于2020年发射首艘HTV-X,至2024年共发射5艘。

五、结语

2016年是世界载人航天发展五十五周年,载人航天发展稳中有变。主要航天大国仍将载人航天作为国家重要战略而持续投入,低地轨道载人航天技术发展成熟,各国围绕“国际空间站”开展全面应用,面向低地轨道以远的月球、小行星、火星等目标探索的相关先进技术、系统研发持续推进。美国以保持和巩固全球领导地位为目标,以能力提升为技术,以技术创新为手段,积极探索商业化运营模式,将初步成熟的近低轨道载人航天活动推向市场,积极调动商业力量服务载人航天发展;俄罗斯为巩固载人航天的优势地位,明确载人航天长远发展思路和重点,包括继续运营空间站,研制新一代载人飞船、实施载人登月项目,并提出国际月球轨道站构想;欧洲和日本通过国际合作开展载人航天活动。

(本文来源:中国载人航天)

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