飛向2021
——聚焦國外重大航天活動

王瑞（北京航天長征科技信息研究所）

2020年，世界航天發(fā)射次數(shù)達114次，相比于 2019年102次有所增加，與2018年持平。至此，世界航天發(fā)射次數(shù)連續(xù)三年破百。2021年，國際航天領域將迎來多個里程碑事件，邁入快速發(fā)展、能力轉型、變革創(chuàng)新的新階段。

1 空間探測領域熠熠生輝

“帕克太陽探測器”將再創(chuàng)紀錄

2021年將是NASA的“帕克太陽探測器”（Parker Solar Probe)創(chuàng)紀錄的一年，該探測器將4次到達近日點和2次飛越金星，將更加接近太陽熾熱的大氣層，捕捉到前所未有的太陽活動數(shù)據(jù)，并在此過程中多次打破自己的速度和距離紀錄。2021年1月12－23日，“帕克太陽探測器”第7次到達近日點，繞著太陽面向地球的一側飛行，為多個地面觀測站和太空任務進行聯(lián)合觀測提供機會。該探測器是有史以來最接近太陽的探測器。

“帕克太陽探測器”效果圖

“希望”火星探測器將進入環(huán)火軌道

2021年2月9日，阿聯(lián)酋首個火星探測器——“希望”（Hope），將抵達火星。這將是2020年發(fā)射的火星探測器之中首個抵達火星的航天器，并有望成為人類第一顆“火星氣象衛(wèi)星”。“希望”火星探測器由阿聯(lián)酋和美國多所航天高校聯(lián)合研制，項目主管和近一半多的參與者都是阿聯(lián)酋工程師，主要進行火星大氣層研究和監(jiān)測氣候變化。“希望”探測器不會在火星表面著陸，而是在距火星表面2萬～4萬千米的軌道上環(huán)繞火星運行，探測器繞火星運行一圈需要大約55小時，并將持續(xù)圍繞火星運行至少兩年。

“毅力”火星車將在火星采樣

2021年2月18日，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)射的“毅力”（Perseverance）火星車將在火星上的杰澤羅（Jezero）隕石坑著陸。該火星車基于“好奇”火星車研制，用于探索火星上古生命跡象，探索火星地質(zhì)與氣候特征，采集火星表面的巖層土壤樣本，并進行儲存。這些樣本將暫留火星，日后擇機在執(zhí)行其他火星探測任務時帶回地球。探測器上還裝有一架名為“機智”（Ingenuity）的小型無人機，質(zhì)量為1.8千克，如果在火星上嘗試起飛成功，未來的火星探測任務將會使用無人機作為探測器或者航天員的“偵察兵”，給行星探索開拓更廣闊的可能性。

“游隼”月球著陸器首次登月

2021年7月，美國宇宙機器人公司（Astrobotic）研制的“游隼”（Peregrine）著陸器將進行首次發(fā)射，降落在月球“死亡湖”區(qū)域。該發(fā)射計劃由NASA“商業(yè)月球有效載荷服務”（CLPS）項目出資，此外，也獲得了谷歌月球X大獎。“游隼”著陸器將搭載著日本的首輛月球車——“瑤姬”（Yaoki），該月球車是微型輪式機器人，裝有史上最小但是最高效的車輪。另外，該著陸器還將搭載英國的首個探月機器人，用四條腿“步行”探索月球表面，方便對陡峭的多巖石地形進行探索。

“游隼”著陸器效果圖

新星－C商業(yè)月球著陸器首次登月

2021年夏季，美國直覺機器公司（Intuitive Machines）將使用獵鷹－9火箭發(fā)射新星－C（Nova－C）月球著陸器，該發(fā)射計劃也是由NASA“商業(yè)月球有效載荷服務”項目出資。新星－C著陸器將搭載5個有效載荷，在距離預定著陸點200米的范圍內(nèi)著陸。捕獲月球表面的原始光學圖像，將其轉換為地形相對導航測量數(shù)據(jù)，并將在13.5天的時間內(nèi)向地球回傳數(shù)據(jù)。

新星－C著陸器效果圖

“雙小行星重定向測試”探測器將發(fā)射

2021年7月，NASA將發(fā)射“雙小行星重定向測試”（DART）探測器，計劃在2022年9月撞向目標小行星黛莫福斯（Dimorphos）。該小行星直徑160米，圍繞著體積更大的小行星迪德莫斯（Didimos）旋轉。撞擊行動將把黛莫福斯小行星推向圍繞迪德莫斯更狹窄的軌道，地球上的望遠鏡將追蹤撞擊結果。該任務的目的在于練習如何使小行星的軌道偏轉，研究避免小行星撞擊地球的方法。

“雙小行星重定向測試”探測器

“貝皮-科倫坡”水星探測器將接近金星

歐洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）聯(lián)合研制的“貝皮-科倫坡”（Bepi Colombo）水星探測器將在2021年8月10日接近金星。在引力幫助下，該探測器將達到距離金星552千米的范圍內(nèi)，預計2025年下半年進入水星軌道。該水星探測器于2018年10月19日發(fā)射升空，將需要完成順序復雜的9次行星飛越后最終到達水星，對水星的地形、重力、內(nèi)部結構、礦物成分、磁層以及水星周圍的各種粒子環(huán)境進行全方位探測。該探測器由“水星行星軌道器”（MPO）、“水星磁層軌道器”（MMO）和“水星轉移模塊”（MTM）等組成。

“露西”行星探測器將開啟10多年的探測之旅

2021年10月16日開始進入一個小行星探測的發(fā)射窗口。作為NASA雄心壯志的一項新任務，“露西”（LUCY）行星探測器將在10月底發(fā)射，開始歷時10多年的太陽系穿行之旅。一路上，它將先在火星與木星之間的小行星主帶停留，然后再探訪與木星同處一條繞日運行軌道的6顆特洛伊小行星，進行小行星飛越探測。這也是人類首次進行遠距離小行星探測。

“露西”行星探測器效果圖

俄羅斯月球－25探測器將首次登月

2021年10月，俄羅斯研制的月球－25（Luna－25）探測器將利用聯(lián)盟－2.1b/弗雷蓋特－M火箭發(fā)射升空，大約10天后，在月球南極附近的“博古斯拉夫斯基”隕石坑區(qū)域完成軟著陸，對月球極地土壤性質(zhì)和構成進行研究，并對月球大氣層進行研究。這是俄羅斯首個在月球南極地區(qū)著陸的探測器，上面裝有8臺俄羅斯儀器，歐洲航天局也將為該任務提供視頻攝像機和地面支持團隊。這也是“俄羅斯探月計劃”的首次發(fā)射。

印度月船－3探測器將在月球南極軟著陸

2021年底, 印度空間研究組織（ISRO）將發(fā)射月船－3（Chandrayaan－3) 探測器, 瞄準在月球南極區(qū)域軟著陸。這也是2019年印度發(fā)射月船－2探測器著陸失敗后再次嘗試發(fā)射月球探測器。

印度阿迪亞－L1太陽探測器將啟程探日

印度阿迪亞－L1（Aditya－L1）太陽探測器將在2021年發(fā)射，這是印度第一個研究太陽日冕的航天器，將用于觀察太陽光球、色球和日冕，太陽風和太陽磁暴的磁場，以及地球周圍的整體空間環(huán)境等現(xiàn)象。探測器將發(fā)射到拉格朗日L1點附近。

阿迪亞－L1太陽探測器效果圖

2 載人航天持續(xù)推進

SpaceX公司將進行至少3次載人飛行任務

2021年春季，美國太空探索技術公司（SpaceX）將首次發(fā)射復用“載人龍”飛船C206.2，執(zhí)行Crew－2任務；秋季將發(fā)射龍飛船C207.2，進行首次私人航天發(fā)射任務AX－1；年底將采用“載人龍”飛船C209.1，執(zhí)行Crew－3任務。此外，公司還計劃在2021年底推出“私人太空旅游首秀”，實現(xiàn)4名游客搭乘“載人龍”飛船進行3～5天的太空旅游，但不會停靠國際空間站，而是飛到800～1000千米的軌道上。這將打破多項記錄，并開啟商業(yè)載人航天新時代。

美國波音公司的“星際飛船”復飛

2021年3月，美國波音公司（Boeing）的“星際飛船”（Starliner，CST－100）將使用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）的宇宙神－5（Altas－5）火箭進行第二次無人飛行試驗（OFT－2）。如果一切順利，“星際客船”計劃不早于2021年6月進行首次載人飛行試驗（CFT－1），首飛將搭載的3名NASA航天員是邁克·芬克、尼科爾·曼和巴里·威爾莫爾。2019年12月，“星際飛船”已完成首次無人飛行試驗（OFT－1），但由于飛船軟件問題，未能與國際空間站對接。

3 新型火箭強勢來襲

“火神/半人馬座”火箭首飛

2021年7月，美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）研制的下一代主力運載火箭—“火神/半人馬座”（Vulcan Centaur 522）將從卡納維拉爾角41號發(fā)射工位進行首飛，該火箭旨在以較低的成本逐步取代宇宙神－5（Atlas－5）和德爾他－4（Delta－4）重型火箭。“火神”火箭首飛成功后，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟還將逐步在該火箭上發(fā)展一子級發(fā)動機可重復使用技術和二子級太空駐留技術。

“火神/半人馬座”火箭效果圖

運載能力最大的“航天發(fā)射系統(tǒng)”重型火箭將首飛

2021年11月，NASA的首次阿爾忒彌斯－1（ARTEMIS－1）任務將啟動，開展一次繞月飛行。作為該計劃中的主角，備受關注的“航天發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）重型運載火箭將首飛，它是當今運載能力最大的火箭，其近地軌道的運載能力達到130噸。NASA“獵戶座”飛船將第二次飛行，2014年“獵戶座”飛船曾成功進行首次不載人試飛。2019年，NASA發(fā)布了“阿爾忒彌斯”登月計劃，SLS重型火箭作為美國重返月球計劃的主要運載火箭，歷經(jīng)10年研制，將用于執(zhí)行包括重返月球及火星登陸在內(nèi)的載人航天探索任務。

“超重-星艦”將進行首次無人飛行試驗

2021年底，SpaceX公司的“超重-星艦”（Super Heavy-Starship）將進行首次無人飛行試驗。“超重-星艦”是一枚大型可重復使用的載人火箭，是進行深空探索、移民火星計劃的重要運載工具，能搭乘100名乘客，通體采用鋼材料制成。“超重-星艦”分為上、下兩個部分：上部分名為“星艦”，用于載人；下部分名為“超重”，可重復使用，用于提供大推力。

SLS重型運載火箭

“超重-星艦”載人火箭

可重復使用一子級的“新格倫”火箭首飛

2021年底，美國藍色起源公司（Blue Origin）研制的“新格倫”（New Glenn）大型運載火箭將進行首飛，未來該火箭將被納入NASA商業(yè)火箭編隊。新格倫火箭一子級使用7臺BE－4液氧/甲烷發(fā)動機，二子級使用2臺BE－3U液氫/液氧發(fā)動機。該火箭的一子級設計可重復使用25次。BE－4發(fā)動機除用于“新格倫”火箭一子級外，還用于美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“火神/半人馬座”火箭的一子級。

日本H－3火箭首飛

2021年年底，日本三菱重工研制的大型H－3火箭將首飛，搭載著日本的對地觀測衛(wèi)星（ALOS－3）。此前，日本宇宙航空研究開發(fā)機構曾計劃在2020年年底進行H－3火箭首飛，但由于火箭一子級發(fā)動機LE－9在測試中出現(xiàn)了技術問題，發(fā)射推遲。H－3火箭是日本在研的新一代大推力火箭，是兩級液氫/液氧運載火箭，其運載能力更強，發(fā)射費用更低，可以靈活發(fā)射多種中/大型衛(wèi)星，預計將在2023年后替代日本現(xiàn)役H－2A和2B火箭，為“國際空間站”運送貨物，并為NASA的“阿爾忒彌斯”計劃下的“月球門戶”（Gateway）提供貨運補給。

H－3運載火箭

4 商業(yè)小運載火箭家族愈發(fā)繁榮

韓國“小型衛(wèi)星運載火箭”將首飛

2021年2月，韓國小型衛(wèi)星運載火箭－2（KSLV－2）將首飛。該火箭是三級液氧/煤油運載火箭，600～800千米低地球軌道（LEO）運載能力1.5噸。火箭一子級采用4臺液氧/煤油KRE-75發(fā)動機；二子級采用單臺KRE－75發(fā)動機；三子級采用單臺KRE－7（7噸級）發(fā)動機。KRE－75發(fā)動機是韓國自主研發(fā)的75噸級液體火箭發(fā)動機。至此，韓國成為第七個掌握75噸級液體火箭發(fā)動機技術的國家。

織女星－C火箭將首飛

2021年6月，歐洲航天局的織女星－C（Vega－C）火箭將首飛，搭載著意大利航天局（ASI）的拉列斯－2（LARES－2）衛(wèi)星。該火箭是基于“織女星”火箭進行研制,目的是為了適應市場變化，提升運載能力，控制發(fā)射和運營成本。織女星－C火箭是四級火箭，一、二、三子級使用固體推進劑，四子級使用液體推進劑。

織女星－C火箭效果圖

拉文X空射系統(tǒng)將首飛

2021年第三季度，美國航天時代公司（Aevum Space）研制的兩級空射小型火箭——拉文X（Ravn X）空射系統(tǒng)將進行首飛。載機使用超音速無人機，能夠自主完成起飛-發(fā)射火箭-著陸，太陽同步軌道（SSO）運載能力為100千克。

拉文 X空射系統(tǒng)

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡

5 新款空間望遠鏡閃亮登場

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡

2021年10月，受全世界的天文愛好者期待已久的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）將使用阿里安－5（Ariane－5）火箭升空，到達太陽-地球L2點,距離地球近160萬千米。在這一有利位置工作，韋伯望遠鏡將凝視早期的宇宙，研究星系和超大質(zhì)量黑洞，并提供對系外行星的新見解，包括系外行星的大氣成分，甚至包括系外行星的可居住性。該空間望遠鏡是迄今為止建造的最大的空間望遠鏡，是哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）的繼承者，造價高達88億美元。韋伯望遠鏡的口徑約為6.5米,將覆蓋比哈勃空間望遠鏡更多的波長，因此可以看見更遠、更深的宇宙。

6 小結

2021年全球航天領域精彩紛呈。商業(yè)巨頭SpaceX公司將執(zhí)行48次發(fā)射任務，包含15次“星鏈”發(fā)射任務，足以凸顯其商業(yè)巨頭的野心。空間探測超越想象，引人矚目；載人航天任務依舊是航天活動的熱點，多款載人飛船閃亮登場；詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將為人類了解太空打開新的視野，揭開更多的宇宙奧秘；新型火箭家族愈發(fā)繁榮，必將增強航天的力量；小運載市場新秀登場，發(fā)展趨勢勢不可擋……2021年，航天領域必定是大放光彩的一年，值得我們期待！