21世纪主要航天国家的载人航天发展战略
发布人:admin  发布时间:2016-12-13 14:57:26
    

  进入21世纪以来,空间作为确保国家安全与实现国家利益的战略“制高点”,其发展越来越受到航天大国的高度重视。进入空间、利用空间、控制空间成为航天大国抢占新的战略“制高点”和保持航天技术优势的关键。美国为确保在航天技术领域的领导地位,发布新的国家航天政策,稳步推进其“重返月球”计划。俄罗斯为保持其在载人航天技术领域的竞争力,制定了载人探索月球与火星的长远发展规划。除美国公布详细的月球计划外,2005年日本也公布了未来20年的太空开发远景规划草案,并将于2025年建成无人月球基地列为重要内容。欧洲航天局、印度、加拿大等国也对探月表示了浓厚的兴趣,并在着手实施自己的探月计划。航天大国加速推进载人航天技术发展的动向表明,载人航天在航天技术领域的战略地位更加突显,对拓展国家政治、经济、军事与技术发展的战略空间有着重要作用。
        一、从战略上谋划载人航天长远规划,载人空间探索向深空发展
        (一)美国的“空间探索新构想”
        为确保在航天技术领域继续保持绝对领先地位和主导权,美国总统布什于2004年1月14日发布“空间探索新构想”载人航天长远发展战略规划。“空间探索新构想”公布之后,NASA组织力量对美国的载人航天发展长远规划进行了系统论证。2005年9月19日,NASA局长迈克尔·格里芬公布了耗资1040亿美元的重返月球计划,即“星座计划”。根据该计划,美国在2018年前将4名航天员送上月球;此后,在月球上建立一个航天员常驻基地;最终实现将6名航天员送上火星,并在火星上进行500天的科学探测。
        在该计划中,NASA首次详细披露了美国实施重返月球计划的初步设想。鉴于航天飞机将于2010年退役,NASA选定用航天飞机外挂燃料箱、固体燃料助推火箭和主发动机等主要部件改装的运载火箭,作为下一步载人航天的运载工具。此外,NASA还授权开始设计登月计划所需的新一代载人飞船——“乘员探索飞行器”(CEV)。
        继2006年12月拟制“全球探索战略及月球基地体系结构”之后,NASA于2007年2月公布了“重返月球”要做的181件事清单,9月20日公布了建立月球基地计划的最新细节。其目标是2024年前在月球上建立永久基地,并以此为跳板,为2037年前实现首次载人登陆火星做准备。此外,NASA还表示,在进行载人登月任务之前,将拟制一系列机器人登月计划。机器人将利用月球侦察轨道器提供高分辨率的月球地图,寻找合适的着陆地点,以及搜寻水冰和其他资源。NASA计划从2018年开始,每年至少登月2次,最后在月球上建立一个由航天员生活设施、发电站和通信站等组成的月球基地。尽管NASA估计要到2020年左右才开始细化登陆火星的计划,但初步构想已现雏形,其中包括通过大型运载火箭的4~5次飞行,将火星飞船和其他硬件设备送入轨道,在6 名航天员登上火星之前,先在火星上建立一个航天员生活基地。
        为确保“重返月球”计划目标的实现,2008年6月,NASA正式组建了一个全国性的月球科学研究院(NASA Lunar Science Institute),使分布在美国各地的月球科研团体参与到美国“重返月球”计划中来。该研究院将由NASA艾姆斯研究中心负责管理。与此同时,美国政府还加大了对“重返月球”计划年度拨款的保障力度,授予NASA 2008财年的总拨款达到173亿美元。其中,“猎户座”乘员探索飞行器(CEV)获得的拨款为9.5亿美元,“阿瑞斯”-1乘员运载火箭获得的拨款为11.75亿美元,比预算增加0.49亿美元。
        (二)俄罗斯公布载人航天长远发展规划
        为恢复在载人航天技术领域的大国地位,俄罗斯总统普京2007年初强调要在战略上做出整体谋划,加强基础设施建设和新领域的开拓,全面提高载人航天技术的竞争力。按照普京的要求,俄罗斯联邦航天局等机构对俄未来载人航天技术的发展进行了系统的研究与论证。2007年8月31日,俄联邦航天局局长波米诺夫公布了俄罗斯2040年前载人航天发展规划,其中包括研制自己的空间站、载人登月和载人探索火星等发展目标。俄载人航天规划分三个阶段实施。
        第一阶段(2015年前),着力完成3项任务:结束国际空间站俄罗斯舱段的组装工作,提高航天运输系统的效率,为以后的航天计划奠定科研和技术研发基础。
        第二阶段(2016~2025年),在2015年前建成可多次重复使用的新型载人飞船,用于载人绕月飞行,并在2025年前用于航天员登陆月球;在环绕地球的近地轨道上建成有人驻守的俄罗斯空间站,与国际空间站相比,它对地球的观测范围将更广,可以研究北冰洋等北极地区。
        第三阶段(2026~2040年),最晚将于2032年前在月球建立长期考察站,在2035年以后进行载人火星考察,同时建立防止小行星撞击地球的保护系统。
        为确保载人航天活动持续开展,俄2007年积极筹建新的载人航天发射场。2007年11月28日,俄联邦航天局表示,将投资2000亿卢布(约合70亿美元)在远东阿穆尔州建立新的航天发射场,用于发射全新的载人飞船和运载火箭。这标志着俄罗斯新一代载人航天系统研发进入实施阶段。按照计划,2013年该发射场将具备独立发射卫星的能力,2018年可执行载人航天发射任务,2020年将完全取代位于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场。
        (三) 印度空间研究组织提出2015年前实现载人航天
        实现载人航天,一直是印度政府近年来追求的战略目标。为了实现自主掌握载人航天技术,印度空间研究组织从2006年开始就进行充分研究论证,2007年向政府递交了载人航天工程计划研发方案,并得到政府高层的认可。印度政府计划委员会发布的“航天第十一个五年计划建议”(2007~2012年)称,未来5年印度航天预算约3975亿卢比(约合99.4亿美元),其中用于载人航天任务的经费约500亿卢比(约合12.5亿美元)。
        2006年11月7日,印度空间研究组织(ISRO)完成载人航天计划的论证工作,提出于2014年前后将一名航天员送入大空。印度空间研究组织声称,科学家一致认为印度实施载人航天任务的时机非常适当,同时,科学家还就2020年前执行载人探月任务进行了讨论。印度航天专家还提出,为实施载人航天计划,印度需要开发许多新技术来建造一套生命保障系统、一个具有安全装置的逃逸舱和一个回收舱等,将至少耗费7~8年时间来做准备工作。同时,印度还希望能前往火星,渴望加入勘测火星的行动。奈尔还表示,美、欧在火星勘测上有意开展全球合作,印度更愿意加入其中。他认为,已有许多国家要在2020~2025年间探索火星,印度不应该在这次竞赛中落后。
        2007年9月27日,印度政府官员透露,计划使用国产系统和技术于2015年前进行载人航天飞行。印度空间研究组织主席迈哈万·奈尔称,“印度正试图研发载人航天所需要的技术。如果一切进展顺利,我们将能够在8年内进行首次载人航天飞行。印度倾向于研发自主技术,而不是依靠俄罗斯或美国的技术。”奈尔认为,印度自1994年以来已发射了数颗自产卫星,也连续9次发射成功极轨道卫星运载火箭。目前,印度已成为继美国、俄罗斯、中国、法国之后第5个进入卫星商业发射领域的国家。因此,印度有能力依靠自主技术在2015年前进行载人航天首飞。
   值得注意的是,印度2007年1月利用“极轨道卫星运载火箭”((((PSLV)发射了“太空舱回收实验装置”(SRE),并于11天后顺利回收。SRE是印度为突破载人航天器再入技术而研制的。可进行微重力环境下材料科学与生物技术实验。航天器回收技术是实现载人航天飞行的关键技术之一。该试验项目的顺利实施,标志着印度的载人航天技术研发工作己迈出重要的一步。
        二、主要航天国家竞相实施月球火星无人探测,为未来载人飞行做准备
        (一)掀起新一轮探月热潮,火星探测亦引人瞩目
        早在2001年,欧盟研究委员会和欧洲航天局(ESA)就联合签署通过了“极光”计划。它以探索太阳系和宇宙、刺激新技术的发展、激发欧洲年轻人对科学技术更大的兴趣为战略目的,是欧洲空间发展战略的一部分。“极光”计划的最初目标是要实现对太阳系、火星、月球以及其他小行星的探测,第二目标是在地外寻找生命迹象,更长远的任务目标就是要携带外空生物学的高端精密载荷,去太阳系的其他星球寻找可能的生命形态,其中非常重要的一个步骤就是要让欧洲航天员在2033年之前登陆火星。自2004年月球探测器“SMART-1”顺利进入轨道以来,欧洲航天局一直在对月球开展实质性探测活动。2007年,欧洲航天局还与俄联邦航天局联合提出详细的探月计划,为未来实现载人登月搜集必需的月面数据与信息。欧洲航天局去年9月还公布了一项新的探月计划,将向月球发射机械钻探器,寻找源自地球早期的陨石。这将是人类首次在月球上进行钻探活动。
        2005年,NASA公布了在航天员重返月球之前用无人飞船和登陆车探索月球表面的详细计划。在这一计划中,NASA将从2008年开始连续向月球发射至少四个轨道探测器或登陆车,为2018年前航天员登陆月球、建立半永久性基地做好准备。由NASA指定负责无人探月计划的是坐落于加州硅谷的艾姆斯研究中心,该中心从20世纪60年代起就负责早期的月球探索项目。艾姆斯研究中心的科学家称,无人探月计划的主要目的是:绘制出详细的月球地图,寻找未来航天员登陆的合适地点,寻找水、氧气和金属矿物等资源。无人探月计划的第一步是在2008年发射一艘月球探测飞船,这艘飞船将环绕月球飞行一年左右,进行覆盖全月球的测绘工作,并重点考察月球南极地区。科学家推测,月球南极的环形山下面可能掩藏着冰层。计划发射的月球探测飞船上将搭载四种探测水的先进仪器,试图在月球南极附近寻找水。无人探月计划的第二步是向月球发射一台无人登陆车,验证它能否在月球南极附近安全着陆,并寻找适合航天员未来着陆的平坦场地。此后,NASA还将至少两次向月球发射无人飞船或登陆车,重点寻找氧、金属矿物等,并考察月球的重力、辐射、沙尘等是否会对将长期生活在月球上的航天员造成伤害。
        2007年初,日本终止了一项长达10年的“月球-A”探测计划,转而实施“月亮女神”1探月卫星计划,使日本的年度航天计划成为亮点。“月亮女神”1探月卫星携带的仪器用于月面形状拍摄、月球表面化学成份分析、月球重力场和磁场测量和月球与日地空间环境探测,为未来登月提供月球信息储备。同时,日本又提出“月亮女神”2探月构想,目标是在2010~2020年之间实现探测器在月球表面着陆。
        2007年,印度也积极推进“月球初航”计划,为实现首次探月卫星发射做准备。2008年6月,印度太空研究组织(ISRO)完成了“月球初航”探测器上11台仪器的集成,开始进行各项综合试验,如果所有试验顺利进行,那么“月球初航”将于9月19日搭乘印度极轨卫星运载火箭(PSLV)发射升空。同时,印度还提出“月球航行”-2探月计划,以实现探测器在月面着陆,收集和分析月球样本。
        在月球探测热潮涌动的同时,对火星的无人探测也引人瞩目。NASA局长格里芬称,NASA的最终目标是利用新航天器抵达遥远的火星。虽然何时登陆火星目前没有确切的时间表,但对火星的无人探测进展顺利。2007年8月4日,美国发射了“凤凰”号火星探测器。该探测器共历时10个月的飞行,于2008年5月在火星北极圈的冻土层地带“软着陆”。“凤凰”号火星探测器此次任务旨在确定火星北极附近的结冰土地是否曾有生命存在,以及观测火星北极气候循环模式,为人类未来进行载人探测火星收集信息。6月20日,NASA正式宣布火星北极确实存在水冰。这一发现是了解火星表面是否适合居住的关键一步,而下一阶段任务的关键是进一步了解水冰中化学物质、矿物质以及有机化合物的比例。
        俄罗斯方面对登陆火星也一直深感兴趣。目前俄航天专家对火星卫星“火卫一”表现出浓厚兴趣,俄打算在2009年向“火卫一”发射“火卫一-土壤”无人探测器。按照俄罗斯最新发展纲要,俄罗斯将在2035年后开展火星载人飞行。目前国际空间站上正进行有关的人体模型试验,检测太空中人体受宇宙辐射的情况。从今年开始,俄生物医学研究所将进行500天的火星载人飞行模拟试验,为真正的火星登陆做准备。
        纵览近年来世界航天大国的深空探测活动,既是为以后载人深空探测做技术储备,也是在航天技术领域争夺优势的一个方面。
        (二)做好先期准备,美、俄为载人登月开始选训航天员
        自宣布“重返月球”计划以来,美国一方面加紧研制新一代载人航天器和运载器,另一方面开始制定并实施登月航天员的选拨及健康保障计划。为适应未来登月及深空探测任务的需要,2007年3月5日,NASA公布了新的航天员系统标准,即NASA-STD-3001标准第一卷,以代替原有航天飞行健康要求文件。9月,NASA宣布正式开始接收2009年航天员训练班候选人的申请,在全国范围内进行广泛选拨。新一轮招募的航天员有望被选中参与国际空间站的长期飞行和登月任务。在本次招募中,NASA对申请人的知识背景提出了更高要求,申请人必须拥有工程学、自然科学或数学学士学位和三年相关的工作经验。
        2007年6月,欧洲航天局与俄罗斯联合招募了6名志愿者,参加火星探测计划的地面模拟实验“火星-500”,旨在收集空间探测过程中乘员间的相容性和心理稳定性的相关数据,为未来的火星探测计划进行必要的准备。参试者居住在约550立方米的火星飞船模型中,时间长达500天。参试者与外界通过无线电通信保持交流,并且信号的延迟时问与飞行指挥中心和未来的火星探测器之间的通信延迟时间保持一致。NASA也实施了相关的模拟计划,如2007年5月的模拟月球计划,两名航天员、两位医生和两名技术人员被安排到“宝瓶座”海下实验室模拟月球重力,模拟采集月球样本,以及出舱活动等。
        制定更加科学的航天员选拨标准,选择逼真的培训手段和模拟环境是NASA等空间组织选训航天员的必由之路。预计将来的航天员选拔除了对身体素质的要求外,还将注重各种知识背景人员的有机组合。此外,培训航天员的模拟环境和手段也将更加科学。
        三、国际合作呈现多层次化趋势
        2007年,载人航天领域国际合作进一步发展,呈现出一些新的特点。首先是进一步提升合作的层次,有些合作由一般性的项目合作上升到具有战略意义的合作,并且有的国家通过法定形式牢固地确定和保障这种战略性的合作关系;其次是联合设计、联合研制项目日渐增多,有可能发展成为航天领域国际合作的主流;再就是在载人探月等一些创新性强、技术复杂、耗资巨大的特大型航天项目中,开始寻求多国联合并在探讨制定相关条约与规则的可行性。
        (一)美国为“重返月球”计划寻求合作伙伴
        NASA局长格里芬每当谈到美国航天活动的近期和远景目标时,都表示要更加重视国际合作,并积极寻找合作伙伴,特别是在“重返月球”与载人探索火星等载人航天计划中,希望邀请航天大国合作,共同承担风险,NASA局长格里芬和俄联邦航天局局长波米诺夫于l0月3日在莫斯科签署协议,同意在NASA的月球和火星无人探测器上携带两台俄制科学仪器,这两台仪器将分别由定于2008年10月发射的“月球侦察轨道器”((((LRO)和2009年升空的“火星科学实验室”无人漫游车携带,12月,NASA表示计划对英国在2012年前发射的月球探测器计划提供支持。NASA认为,英国提出的“月光”计划恰好填补了NASA探索计划的某些空白。在此基础上。英国与美国将联合进行一次机器人月球任务,该探测器将于2012年以后发射。NASA还为印度“月球初航”探月卫星提供技术支持((((月球矿物测绘仪和微型合成孔径雷达)。这些合作计划都由美国主导,主要还是为NASA的“重返月球”计划提供技术支撑。同时,NASA还邀请部分国家的航天局进行研讨,探讨共同参与制定载人探月的条约与规则。
        (二)俄、欧航天局联合研发载人飞行器
        2007年,俄罗斯联邦航天局与欧洲航天局开展空间合作的建设性对话,扩大合作的广度和深度。推进两个航天机构之间联合设计、联合研制项目。俄罗斯联邦航天局与欧洲航天局己于2006年9月初启动“乘员运输系统”合作研发计划,2007年涉及的工作领域主要有:载人月球飞行的前期研究,载人飞行器的初步系统设计,子系统的设计,建立合作机制和协议并确定分工。
        2008年5月,俄罗斯联邦航天局与欧洲航天局达成协议将联合开发新一代飞船,用于近地轨道飞行和未来载人月球探险。俄罗斯联邦航天局与欧洲航天局在飞船研发领域都具有相当高的技术水平和丰富的经验。双方计划利用当代最先进的航天技术研制可搭载6名机组人员、能够从事近地轨道和绕月轨道飞行的新一代飞船。
        目前,双方正在制定这一新型载人飞船的载人运输系统方案。双方一致认为,这一新型飞船的发射工作应该由载重能力为18~20吨的俄罗斯运载火箭来完成,而首次发射的场所就是俄罗斯计划建设的“东方”航天发射场。
        据估计,新型飞船将于2015年进行飞行试验,并将于2018年进行首次载人发射。据悉,俄罗斯方面将承担飞船运输舱的研制和生产任务,而欧洲方面将承担服务舱和动力舱的研制和生产,最后的组装任务将由俄罗斯“能源”公司来完成。
        ((((三)印度与俄罗斯在战略层次上开展载人航天合作
        经过印度多方面努力,俄罗斯总统普京签署法令,将俄罗斯与印度的航天合作计划纳入俄罗斯联邦法律之中,俄罗斯议会两院已于2006年10月通过这一法令。该法令允许俄罗斯在民用领域向印度转移敏感的航天技术,并确定两国之间的新型合作方式,确认两国和平开发空间的进一步合作机制。俄罗斯与印度的航天合作已经上升到战略层面。2007年,两国在联合探月和共同研发新一代载人航天器等方面都有很明确的合作意向。
        2007年9月,俄罗斯与印度讨论共同完成一项无人探月任务,该任务包括将一个移动实验室软着陆到月球表面。印度研制助推火箭和一个月球轨道舱,俄罗斯将提供月球移动实验室。11月,印度和俄罗斯签署一项为期十年的联合探月协议。在印度“月球初航”发射之后。联合实施“月球航行”-2计划,并在2011~2012年发射一个月球漫游器。该协议是印度与俄罗斯长期空间合作中的重要里程碑。
附:未来两年航天飞机飞行任务时间表 
        经过仔细、综合的评估,今年7月美国航空航天局(NASA)确定了2009~2010年间的最后8次航天飞机飞行任务时间。其中包括1次哈勃太空望远镜维修任务,7次国际空间站装配任务,还有两次可能的临时性飞行。这些飞行预计在2010财年结束前完成。
        NASA此前选定在2008年10月8日发射“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行STS-125任务维修哈勃,11月10日发射“奋进”号执行STS-126 / ULF-2 任务,为空间站提供补给,并维修左舷“太阳阿尔法旋转接头”,以及空间站构架主干右舷末端——这里是一些设备和太阳能帆板的支撑点。发射日期的确定服从航天飞机装配情况和其他航天器的发射进度。这反映了NASA许诺完成空间站建造和航天飞机机群退役,并继续过渡到新发射航天器——“猎户座”。