2021年全球深空探測領(lǐng)域發(fā)展綜述

王帥（北京空間科技信息研究所）

2021年，深空探測領(lǐng)域在疫情影響下依舊迸發(fā)出強大活力，中美阿三國火星探測器成功抵達火星，全球發(fā)射3次深空探測任務，“帕克太陽探測器”（PSP）等在軌任務實現(xiàn)新的探索里程碑，同時多個政府和商業(yè)探測任務蓄勢待發(fā)。各國政府繼續(xù)推動以月球和火星為重點的太陽系探測，地月空間經(jīng)濟圈吸引越來越多商業(yè)力量進駐，與此同時美軍開始加速布局地月空間活動能力，深空探測領(lǐng)域正迎來參與者爆發(fā)、從探索邁向應用的轉(zhuǎn)型發(fā)展期。此外，美國將深空領(lǐng)域視為推動新太空國際規(guī)則的重要著力點，推動國際聯(lián)盟與秩序的建立。

1 整體情況概述

中美阿探測器成功抵達火星，實現(xiàn)多項成就

2021年2月，中國天問一號、美國“火星2020”（Mars 2020）以及阿聯(lián)酋“希望”（Hope）探測器成功抵達火星。之后，“火星2020”攜帶的毅力號（Perseverance）火星車在火星表面著陸，其攜帶的機智號（Ingenuity）火星直升機試飛成功，實現(xiàn)人類首次在地球以外的星體上成功放飛旋翼飛行器。“希望”探測器成功進入火星軌道，標志著阿拉伯世界登上深空探測舞臺。中國天問一號實現(xiàn)火星“繞、著、巡”探測，成為美國著陸器之外唯一成功著陸火星的探測器，在火星上留下中國印記。

毅力號火星車與機智號火星直升機（來源：NASA）

美國多次發(fā)射新型探測任務，增進領(lǐng)先優(yōu)勢

美國國家航空航天局（NASA）發(fā)射“露西”（Lucy）小行星探測器，將首次探測木星軌道上的“特洛伊”小行星；發(fā)射“雙小行星重定向測試”（DART）任務，首次試驗用于改變小行星運行軌道的動能撞擊技術(shù)，為防止小行星撞擊地球奠定技術(shù)基礎；發(fā)射迄今為止尺寸最大、功能最強的空間望遠鏡——“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”（JWST），補充和擴展“哈勃空間望遠鏡”（HST）的發(fā)現(xiàn)，以更長的波長覆蓋范圍和更高的靈敏度探索宇宙。新的小行星探測與科學觀測任務，不僅將為人類揭示宇宙起源與演化等基本問題提供新的信息，還將推動多項新型航天技術(shù)的發(fā)展，進一步鞏固美國在深空探測領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。

多類任務穩(wěn)步推進探索進程，取得新的突破

美國“帕克太陽探測器”在第八次飛越太陽期間，成功穿過太陽大氣的最外層——日冕，并采集了粒子和磁場數(shù)據(jù)，成為首個“接觸”太陽的航天器。毅力號火星車成功利用火星稀薄大氣制氧，為載人火星探測鋪平道路。“歐西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星采樣返回探測器完成采樣和探測，告別貝努小行星，開始返回地球的旅程。歐洲和日本合作的“貝皮·科倫坡”（Bepi Colombo）水星探測器首次近距離飛越水星，并拍攝了水星圖像。

“雙小行星重定向測試”（來源：NASA）

“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”（來源：NASA）

“帕克太陽探測器”（來源：NASA）

多次任務進入最終準備階段，即將開啟征程

受疫情、經(jīng)濟、技術(shù)等因素影響，原定于2021年發(fā)射的多次深空探測任務推遲至2022年后發(fā)射，包括美國的阿爾忒彌斯-1（Artemis-1）任務，俄羅斯的月球-25（Luna-25）任務，印度的月船-3（Chandrayaan-3）任務，NASA“商業(yè)月球有效載荷服務”（CLPS）計劃的前兩次任務—宇宙機器人公司（Astrobotic）的“游隼”（Peregrine）著陸器任務和直覺機器公司（Intuitive Machines）的新星—C（Nova-C）月球著陸器任務，以及NASA“地月空間自主定位系統(tǒng)技術(shù)操作與導航試驗”（CAPSTONE）立方星任務等。上述任務以及原本計劃2022年發(fā)射的歐俄聯(lián)合“火星生物學”項目第二次任務、日本“小型月球探測著陸器”（SLIM）、NASA“賽琪”（Psyche）金屬小行星探測任務等，均已進入最終準備階段，即將開啟新的征程。

2 發(fā)展態(tài)勢分析

以月球火星為重點推動太陽系探測

在美國重返月球計劃和載人火星探測終極目標的牽引下，全球探索活動繼續(xù)聚焦月球和火星兩大目標。月球探測方面，NASA的“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃正推動載人與無人相結(jié)合的探測方式；俄羅斯推進“月球”系列探測任務的發(fā)展；日本和印度正發(fā)展月球軟著陸任務—“小型月球探測著陸器”和月船-3；韓國推進首次月球任務—“韓國探路者月球軌道器”（KPLO）的研制工作；土耳其則宣布計劃開展月球探測任務。火星探測方面，美歐聯(lián)合開展的火星采樣返回計劃已經(jīng)進入實施階段，NASA已經(jīng)授出“火星上升推進系統(tǒng)”（MAPS）的研制合同；歐俄合作的“火星生物學”項目第二次任務、印度曼加里安-2（Mangalyaan-2）任務等也將陸續(xù)起航；NASA和加拿大、日本、意大利簽署有關(guān)合作開展“火星冰測繪儀”（MAP）任務的意向書，該任務將作為火星載人探測任務的先驅(qū)，尋找火星表面的冰層。

此外，美歐等國還在推進小行星、巨行星以及太陽等目標的探測任務，持續(xù)拓展人類的探索疆域。阿聯(lián)酋也提出了2028年左右發(fā)射小行星帶探測任務。金星探測在沉寂多年之后，再次受到世界關(guān)注，NASA和歐洲航天局（ESA）相繼選定新的金星探測任務，包括NASA的發(fā)現(xiàn)級任務“達芬奇+”（DAVINCI+）和“真相”（VERITAS）以及ESA的“宇宙愿景”計劃中型任務“預見”（EnVision），三項任務計劃在2030年左右發(fā)射，共同為科學界提供新的金星探測數(shù)據(jù)。

商業(yè)力量廣泛進駐深空探測領(lǐng)域

美國在推動“阿爾忒彌斯”計劃時，正將擁有能力轉(zhuǎn)變?yōu)椴少彿眨瑺款^創(chuàng)造一個可持續(xù)的月球市場環(huán)境，全方位推進月球探測的商業(yè)化。在CLPS計劃下，NASA通過購買商業(yè)公司開發(fā)的著陸器將有效載荷交付至月球表面。截至2021年12月底，NASA已經(jīng)向美國宇宙機器人、直覺機器、螢火蟲航天（Firefly Aerospace）、馬斯滕空間系統(tǒng)（Masten Space Systems）等4家公司授出了7項任務訂單。日本ispace公司已融資約2億美元，計劃于2022年發(fā)射的首次任務的所有有效載荷已經(jīng)就緒，包括日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）開發(fā)的小型“可變形月球機器人”，阿聯(lián)酋穆罕穆德·本·拉希德航天中心開發(fā)的月球車等。以色列的太空以色列公司（SpaceIL）也正推進創(chuàng)世紀-2（Beresheet-2）任務，將再次挑戰(zhàn)月球軟著陸。

隨著月球探測任務的增多，美歐已經(jīng)開始推動商業(yè)力量建立月球通信與導航網(wǎng)絡，服務于未來的載人與無人探測任務，降低任務實施門檻以及任務成本。NASA正在“阿爾忒彌斯”計劃下推動“月球網(wǎng)”（LunaNet）的建立，該網(wǎng)絡預計將為月球及其周圍的航天器提供中繼通信與導航信息服務。NASA的CAPSTONE立方星任務將驗證“門戶”（Gateway）地月空間站的運行軌道，同時測試導航系統(tǒng)。ESA正與商業(yè)伙伴合作推動“月光”（Moonlight）計劃，將建立商業(yè)月球通信和導航服務系統(tǒng)，首次任務“月球探路者”計劃于2023年發(fā)射。此外，美國空間飛行公司（Spaceflight）也計劃驗證月球飛行共乘服務，為未來月球任務提供共乘機會。

美軍開始加速布局地月空間活動能力

在民商月球探測快速推進的同時，美國防部提出地月空間與國家利益綁定，需要實施地月空間軍事活動以保護國家利益，進而開始推動地月空間相關(guān)活動的發(fā)展。美軍正融入國家“重返月球”戰(zhàn)略，與民商協(xié)同發(fā)展地月空間技術(shù)，積極推動發(fā)展“地月空間高速公路巡邏系統(tǒng)”（CHPS）和“敏捷地月空間飛行火箭驗證”（DRACO）項目，增強地月空間態(tài)勢感知和機動能力。

在DRACO計劃下，美國國防高級研究計劃局（DARPA）授予美國通用原子公司（GA）以及洛馬公司（LM）和藍源公司（Blue Origin）合同，用于設計太空推進用小型核反應堆，并開展航天器概念設計。DARPA還宣布一項名為“新型軌道和月球制造、材料和高效率設計”的新項目，期望在月球上制造大型結(jié)構(gòu)，可能用于偵察、感知和資源開采等應用。美空軍研究實驗室發(fā)布《地月空間基礎》報告，為參與開發(fā)計劃、能力、專業(yè)知識和作戰(zhàn)概念的軍事航天專業(yè)人員普及“地月空間”基礎知識。空軍研究實驗室召開地月空間利益相關(guān)者會議，與政府航天機構(gòu)共同協(xié)調(diào)圍繞地月空間能力的活動。

美國牽頭推動深空領(lǐng)域新聯(lián)盟與新規(guī)則

在百年之未有大變局下，美國認為新的、由其主導的太空國際規(guī)則具有重要戰(zhàn)略價值，將國際規(guī)則博弈提升到了很高的戰(zhàn)略位置，在新版《國家航天政策》首條原則中強調(diào)“負責任的太空行為”，在目標中新增“鼓勵和維護各國負責任和平利用太空的權(quán)利”，明確提出“將價值觀輸出到所有太空目的地”。深空探測作為航天前沿領(lǐng)域，原有國際規(guī)則對其中的多項活動缺乏具體的要求與監(jiān)管，同時該領(lǐng)域由美國全面主導，其話語權(quán)最強，因此美國將深空探測領(lǐng)域視為推動新太空國際規(guī)則的重要著力點。

近年來，美國積極推動深空探測領(lǐng)域的國際聯(lián)盟與規(guī)則制定，意欲推動“適用于解決21世紀太空安全和商業(yè)活動的基礎太空條約”。合作方面，美國正通過“阿爾忒彌斯”計劃廣納國際合作伙伴參與。2021年，韓國、新西蘭、巴西等國家簽署了《阿爾忒彌斯協(xié)定》，進一步擴大了新太空聯(lián)盟；同時加強與歐洲航天局在科學探測領(lǐng)域的合作，推動火星采樣返回計劃并謀劃在21世紀30年代期間協(xié)同開展金星探測任務。規(guī)則方面，美國正引領(lǐng)國際空間資源法的制定，日本也于2021年跟隨美國制定空間資源法；同時美國還正引導新的行星保護規(guī)則并推動全球行星防御活動，為其制定空間行為法則奠定基礎。

3 小結(jié)

2021年，深空探測繼續(xù)彰顯出強大的活力與影響力，多國多類型的探測器取得重大進展，商業(yè)和軍事力量開始進駐地月空間，推動地月空間從傳統(tǒng)的科研與探索區(qū)向經(jīng)濟與軍事區(qū)發(fā)展。需要注意的是，在新興的地月空間發(fā)展熱潮中，美國正推動聯(lián)盟發(fā)展、規(guī)則博弈與資源搶占，引導國際合作伙伴認同其價值觀，保障美國在太空領(lǐng)域的國家利益。