2021年国外载人航天发展综述

来源：中国载人航天

作者：宋国梁 

2021年，国外载人航天领域继续保持快速发展。美国“载人龙”飞船实现世界首次载人飞船重复使用，“货运龙”飞船完成重复使用并创下飞船新的复用周转纪录；NASA努力将“国际空间站”延寿至2030年并促进商业空间站建设；放弃激进的登月时间表，继续推进“阿尔忒弥斯”计划的实施。俄罗斯成功发射科学号多功能实验舱和停泊号节点舱，完成“国际空间站”俄罗斯舱段扩建，大幅提升其在轨应用能力；继续推进“雄鹰”等新一代载人飞船研制，目标在2030年前后完成载人登月；欧洲、日本积极参与“国际空间站”项目，同时投入“阿尔忒弥斯”计划分系统研制工作；印度继续推进全自主载人飞船研制工作。除政府载人航天任务外，商业轨道和亚轨道旅游实现快速发展。

2021年，国外载人航天领域共开展16次发射任务，其中包括6次载人飞船发射任务、8次货运飞船发射任务、2次空间站舱段发射任务。美国“载人龙”飞船开展3次任务，“货运龙”飞船开展3次任务，“天鹅座”飞船开展2次货运任务；俄罗斯“联盟MS”飞船执行3次载人任务，“进步MS”飞船执行3次货运任务，“进步M-UM”执行1次空间站舱段运送任务，质子-M运载火箭执行1次空间站舱段发射任务。另外，太空船二号、“新谢泼德”系统在2021年执行亚轨道飞行任务5次。

2021

近地轨道载人航天活动

       

1.载人飞船和货运飞船相继实现重复使用，近地轨道运输系统效能大幅提升

SpaceX公司于2021年4月23日利用猎鹰-9运载火箭成功发射“载人龙”飞船执行第二次商业乘员运输服务，实现世界首次载人飞船复用，以及首次复用火箭和复用飞船的组合发射。执行本次任务的“载人龙”飞船是执行过演示-2载人飞行试验任务的奋进号飞船。SpaceX公司对飞船进行了重要改进，包括对结构进行加强及增加逃逸系统推进剂的加注量，扩大着陆窗口并提升了飞船的发射中止性能。

SpaceX公司于8月29日首次复用升级的“货运龙”飞船完成第二阶段商业补给服务（CRS）合同的第三次任务，复用代号为C208的“货运龙”飞船。该飞船曾在2020年12月首次执行“国际空间站”任务，在轨飞行近40天后于2021年1月14日安全从轨道返回地球。C208飞船在不到八个月后再次发射入轨，创下“龙”飞船新的周转时间纪录，凸显了该升级型飞船重复使用性的显著提高。

“载人龙”飞船（左）、“货运龙”飞船（右）

2.“国际空间站”俄罗斯舱段完成扩展工作，进一步提升空间站在轨能力

2021年7月21日，质子-M火箭成功将科学号多功能实验舱送入预定轨道。科学号作为“国际空间站”俄罗斯舱段部分最大舱段，包含应用、生保、推进、飞控、热控等多个分系统，相互配合支持其在轨稳定运行。实验舱共设有33个科学实验通用工位，计划在轨开展13类科学实验。11月24日，停泊号节点舱进入预定轨道，对接到科学号多功能实验舱天底点。

随着科学号多功能实验舱、停泊号节点舱的部署，“国际空间站”俄罗斯舱段的能力大幅提升。在任务能力方面，一是航天员支持能力增强，科学号多功能实验舱为俄罗斯航天员增设了第3个铺位、第2个卫生间；二是对接能力增强，为了支持“联盟”“进步”飞船对接，满足任务重叠期间的对接需求，进一步提升未来任务的灵活性。

科学号多功能实验舱外形图

3.各国高度重视保持近地轨道长期载人能力

“国际空间站”经历两次延寿，目前计划持续运营至2024年。美国国会、NASA等均有意支持“国际空间站”延寿，拜登政府也在2021年承诺将“国际空间站”运行延长至2030年。

此外，美俄均已着眼后“国际空间站”时代，开展提前研究和布局，确保近地轨道载人航天能力不出现断档。NASA在2021年3月通过“商业近地轨道目的地”（CLD）项目，于12月2日以航天法案协议方式，向蓝源公司、纳米架公司、诺斯罗普-格鲁门公司提供了总计4.156亿美元的资金，支持商业空间站的发展。与此同时，俄罗斯提出在“国际空间站”退役后，构建独立的俄罗斯轨道服务站（ROSS），除了开展近地轨道载人航天活动外，还能够支持载人月球和深空探测。

蓝源公司“轨道礁”空间站示意图

4.其他国家积极参与近地轨道载人航天活动

在近地轨道空间应用方面，欧洲共有11个国家参与“国际空间站”项目。2021年7月21日，欧洲机械臂（ERA）和DMS-R多功能计算机随科学号多功能实验舱成功发射。新机械臂全长11.3m，拥有7自由度，抓取精度5mm，可抓取最大质量为8000kg，成为首个能触达俄罗斯舱段部分的机械臂。

2021年，日本希望号实验舱成功向太空中部署了13颗立方体卫星，并完成了多项生物技术试验。8月29日，“货运龙”飞船将日产半自主半遥控机械臂GITAI S1送达“国际空间站”，该机械臂全长1m，拥有8自由度，用于帮助航天员执行日常任务。

2021年，印度继续推进全自主载人飞船“天空飞船”的研制工作，但由于疫情影响，飞船首次无人轨道飞行测试任务推迟到2022年6月。

欧洲机械臂结构图

2021

载人月球探测计划

       

1.美国载人登月计划延迟，与国际合作伙伴稳步推进各系统研制工作

2021年11月9日，NASA正式宣布将登月时间推迟到至少2025年。NASA提到了几点原因：蓝源公司对该局选择SpaceX作为“载人着陆系统”（HLS）研发团队的诉讼；国会没有为载人着陆系统拨出足够的资金；新航天服无法在2024年登月前完成研发。11月13日，NASA总监察长办公室公布审计报告，认为2025年的目标是不现实的，要想把航天员送上月球，必须解决包括航天服和着陆系统研制进度、资金短缺以及疫情考验等问题，预计要到2028年才能完成登月。

美国继续推进“航天发射系统”、“猎户座”飞船的研发，发展商业合作，研发“载人着陆系统”和“门户”月球空间站，进行前沿科学和技术研究，促进商业航天的健康发展。2021年共有韩国、新西兰、巴西、波兰和墨西哥5个国家同美国签署了《阿尔忒弥斯协定》，美国太空联盟进一步扩大。2021年2月，空客公司与欧洲航天局签署合同，为“猎户座”飞船研制另外3个“欧洲服务舱”（ESM）。1月12日，日本政府与NASA签订了地月空间站项目的合作协议，日本将为月球“门户”空间站提供蓄电池等组件，开发新一代HTV-X货运飞船。丰田公司将与日本宇宙航空研究开发机构合作，共同开发载人加压月球车“月球巡洋舰”（Lunar Cruiser）。此外，日本计划在2030年前将本国的航天员送上月球。

《阿尔忒弥斯协定》

2.俄罗斯进一步明确载人登月技术路线

在载人登月领域，2021年，俄罗斯由于叶尼塞号火箭技术参数暂未确定，火箭研制工作暂停。鉴于此种情况，俄罗斯首次载人登月将计划采用安加拉火箭/小鹰号飞船+空间拖船的技术实施方案。

俄罗斯雄鹰号飞船在2021年进行了单个结构元件、仪器和组件的制造和测试工作。俄罗斯计划于2023年完成雄鹰号飞船首飞，2025年利用雄鹰号飞船完成载人飞行，2029年利用雄鹰号飞船完成载人绕月飞行，并在此基础上完成轻便型小鹰号飞船首飞，2030年搭载俄罗斯航天员登上月球。

雄鹰号飞船

                

2021

载人航天新系统与新模式

       

1.“星舰”系统开展多次飞行试验，创新商业载人航天系统进展迅速

2021年，SpaceX公司快速推进“星舰”（Starship）系统的研制和试验工作，包括星舰SN9/10/11/15等，主要用于开展高空飞行试验。于2021年5月5日实现10km跳跃飞行，并获得NASA商业载人月球着陆器研制合同。尽管在蓝源公司等竞争对手的抗议下，NASA暂停了商业月球着陆器合同，但最终SpaceX公司于11月最终赢下了合同，成为中标载人月球着陆器研制与验证合同的唯一研制商。

后续，SpaceX公司计划继续推进“星舰”的研制和试验工作，包括对星舰SN20进行重大技术升级，开展轨道飞行试验，实现25马赫再入和着陆。SpaceX公司计划在2022年利用“星舰”进入近地轨道，在2023年飞往月球，2024年无人飞往火星，2026年载人飞往火星。

星舰SN9/10/11/15飞行试验过程

2.太空旅游业加快发展，成为世界载人航天的重要组成部分

随着航天技术不断发展成熟，商业航天迅猛发展，亚轨道、轨道飞行也从早期的试验性质逐步向商业性质发展。2021年7月，维珍银河公司和蓝源公司分别利用太空船二号、“新谢泼德”系统成功完成载人亚轨道飞行；9月，SpaceX公司利用“载人龙”飞船成功开展首次无专业航天员参与的轨道旅游任务；12月，太空探险公司时隔12年再次利用“联盟”飞船将两名太空游客送达“国际空间站”。

轨道/亚轨道旅游直接面向公众客户，其竞争十分激烈。目前，轨道/亚轨道太空旅游价格仍较为高昂。除了价格外，优化服务和体验也是重要的竞争点。在激烈的竞争中，不断创新发展模式、优化服务已经成为重要的发展方向。随着太空船二号、“新谢泼德”系统、“载人龙”、“联盟”飞船等多型系统投入常态化商业旅游服务并成为世界载人航天的重要组成部分，太空旅游业进入快速发展时期。太空旅游将为推动载人航天可持续发展、促进太空经济增长作出重要贡献。

太空船二号与“新谢泼德”系统

2021年，世界载人航天取得了快速发展。近地轨道方面，“载人龙”飞船、“货运龙”飞船等新型载人航天器成功重复使用，“国际空间站”俄罗斯舱段完成扩展，近地轨道载人航天能力得到加强，多国积极参与载人航天项目并取得一定成果。

载人月球探测方面，美国载人登月计划推迟，利用商业公司与国际合作伙伴推动各系统研制进度，俄罗斯明确新的载人登月实施方案，加快对“雄鹰”载人飞船的研制工作。

太空旅游方面，多家商业航天公司积极参与轨道/亚轨道太空旅游项目，太空旅游业进入快速发展新时期。

整体而言，主要航天国家均积极谋划，推动载人航天活动可持续发展，并迈向更远的深空。