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來源：中國載人航天

作者：宋國梁

2021年，國外載人航天領域繼續保持快速發展。美國“載人龍”飛船實現世界首次載人飛船重復使用，“貨運龍”飛船完成重復使用并創下飛船新的復用周轉紀錄；NASA努力將“國際空間站”延壽至2030年并促進商業空間站建設；放棄激進的登月時間表，繼續推進“阿爾忒彌斯”計劃的實施。俄羅斯成功發射科學號多功能實驗艙和停泊號節點艙，完成“國際空間站”俄羅斯艙段擴建，大幅提升其在軌應用能力；繼續推進“雄鷹”等新一代載人飛船研制，目標在2030年前后完成載人登月；歐洲、日本積極參與“國際空間站”項目，同時投入“阿爾忒彌斯”計劃分系統研制工作；印度繼續推進全自主載人飛船研制工作。除政府載人航天任務外，商業軌道和亞軌道旅游實現快速發展。

2021年，國外載人航天領域共開展16次發射任務，其中包括6次載人飛船發射任務、8次貨運飛船發射任務、2次空間站艙段發射任務。美國“載人龍”飛船開展3次任務，“貨運龍”飛船開展3次任務，“天鵝座”飛船開展2次貨運任務；俄羅斯“聯盟MS”飛船執行3次載人任務，“進步MS”飛船執行3次貨運任務，“進步M-UM”執行1次空間站艙段運送任務，質子-M運載火箭執行1次空間站艙段發射任務。另外，太空船二號、“新謝潑德”系統在2021年執行亞軌道飛行任務5次。

2021

近地軌道載人航天活動

1.載人飛船和貨運飛船相繼實現重復使用，近地軌道運輸系統效能大幅提升

SpaceX公司于2021年4月23日利用獵鷹-9運載火箭成功發射“載人龍”飛船執行第二次商業乘員運輸服務，實現世界首次載人飛船復用，以及首次復用火箭和復用飛船的組合發射。執行本次任務的“載人龍”飛船是執行過演示-2載人飛行試驗任務的奮進號飛船。SpaceX公司對飛船進行了重要改進，包括對結構進行加強及增加逃逸系統推進劑的加注量，擴大著陸窗口并提升了飛船的發射中止性能。

SpaceX公司于8月29日首次復用升級的“貨運龍”飛船完成第二階段商業補給服務（CRS）合同的第三次任務，復用代號為C208的“貨運龍”飛船。該飛船曾在2020年12月首次執行“國際空間站”任務，在軌飛行近40天后于2021年1月14日安全從軌道返回地球。C208飛船在不到八個月后再次發射入軌，創下“龍”飛船新的周轉時間紀錄，凸顯了該升級型飛船重復使用性的顯著提高。

“載人龍”飛船（左）、“貨運龍”飛船（右）

2.“國際空間站”俄羅斯艙段完成擴展工作，進一步提升空間站在軌能力

2021年7月21日，質子-M火箭成功將科學號多功能實驗艙送入預定軌道。科學號作為“國際空間站”俄羅斯艙段部分最大艙段，包含應用、生保、推進、飛控、熱控等多個分系統，相互配合支持其在軌穩定運行。實驗艙共設有33個科學實驗通用工位，計劃在軌開展13類科學實驗。11月24日，停泊號節點艙進入預定軌道，對接到科學號多功能實驗艙天底點。

隨著科學號多功能實驗艙、停泊號節點艙的部署，“國際空間站”俄羅斯艙段的能力大幅提升。在任務能力方面，一是航天員支持能力增強，科學號多功能實驗艙為俄羅斯航天員增設了第3個鋪位、第2個衛生間；二是對接能力增強，為了支持“聯盟”“進步”飛船對接，滿足任務重疊期間的對接需求，進一步提升未來任務的靈活性。

科學號多功能實驗艙外形圖

3.各國高度重視保持近地軌道長期載人能力

“國際空間站”經歷兩次延壽，目前計劃持續運營至2024年。美國國會、NASA等均有意支持“國際空間站”延壽，拜登政府也在2021年承諾將“國際空間站”運行延長至2030年。

此外，美俄均已著眼后“國際空間站”時代，開展提前研究和布局，確保近地軌道載人航天能力不出現斷檔。NASA在2021年3月通過“商業近地軌道目的地”（CLD）項目，于12月2日以航天法案協議方式，向藍源公司、納米架公司、諾斯羅普-格魯門公司提供了總計4.156億美元的資金，支持商業空間站的發展。與此同時，俄羅斯提出在“國際空間站”退役后，構建獨立的俄羅斯軌道服務站（ROSS），除了開展近地軌道載人航天活動外，還能夠支持載人月球和深空探測。

藍源公司“軌道礁”空間站示意圖

4.其他國家積極參與近地軌道載人航天活動

在近地軌道空間應用方面，歐洲共有11個國家參與“國際空間站”項目。2021年7月21日，歐洲機械臂（ERA）和DMS-R多功能計算機隨科學號多功能實驗艙成功發射。新機械臂全長11.3m，擁有7自由度，抓取精度5mm，可抓取最大質量為8000kg，成為首個能觸達俄羅斯艙段部分的機械臂。

2021年，日本希望號實驗艙成功向太空中部署了13顆立方體衛星，并完成了多項生物技術試驗。8月29日，“貨運龍”飛船將日產半自主半遙控機械臂GITAI S1送達“國際空間站”，該機械臂全長1m，擁有8自由度，用于幫助航天員執行日常任務。

2021年，印度繼續推進全自主載人飛船“天空飛船”的研制工作，但由于疫情影響，飛船首次無人軌道飛行測試任務推遲到2022年6月。

歐洲機械臂結構圖

2021

載人月球探測計劃

1.美國載人登月計劃延遲，與國際合作伙伴穩步推進各系統研制工作

2021年11月9日，NASA正式宣布將登月時間推遲到至少2025年。NASA提到了幾點原因：藍源公司對該局選擇SpaceX作為“載人著陸系統”（HLS）研發團隊的訴訟；國會沒有為載人著陸系統撥出足夠的資金；新航天服無法在2024年登月前完成研發。11月13日，NASA總監察長辦公室公布審計報告，認為2025年的目標是不現實的，要想把航天員送上月球，必須解決包括航天服和著陸系統研制進度、資金短缺以及疫情考驗等問題，預計要到2028年才能完成登月。

美國繼續推進“航天發射系統”、“獵戶座”飛船的研發，發展商業合作，研發“載人著陸系統”和“門戶”月球空間站，進行前沿科學和技術研究，促進商業航天的健康發展。2021年共有韓國、新西蘭、巴西、波蘭和墨西哥5個國家同美國簽署了《阿爾忒彌斯協定》，美國太空聯盟進一步擴大。2021年2月，空客公司與歐洲航天局簽署合同，為“獵戶座”飛船研制另外3個“歐洲服務艙”（ESM）。1月12日，日本政府與NASA簽訂了地月空間站項目的合作協議，日本將為月球“門戶”空間站提供蓄電池等組件，開發新一代HTV-X貨運飛船。豐田公司將與日本宇宙航空研究開發機構合作，共同開發載人加壓月球車“月球巡洋艦”（Lunar Cruiser）。此外，日本計劃在2030年前將本國的航天員送上月球。

《阿爾忒彌斯協定》

2.俄羅斯進一步明確載人登月技術路線

在載人登月領域，2021年，俄羅斯由于葉尼塞號火箭技術參數暫未確定，火箭研制工作暫停。鑒于此種情況，俄羅斯首次載人登月將計劃采用安加拉火箭/小鷹號飛船+空間拖船的技術實施方案。

俄羅斯雄鷹號飛船在2021年進行了單個結構元件、儀器和組件的制造和測試工作。俄羅斯計劃于2023年完成雄鷹號飛船首飛，2025年利用雄鷹號飛船完成載人飛行，2029年利用雄鷹號飛船完成載人繞月飛行，并在此基礎上完成輕便型小鷹號飛船首飛，2030年搭載俄羅斯航天員登上月球。

雄鷹號飛船

2021

載人航天新系統與新模式

1.“星艦”系統開展多次飛行試驗，創新商業載人航天系統進展迅速

2021年，SpaceX公司快速推進“星艦”（Starship）系統的研制和試驗工作，包括星艦SN9/10/11/15等，主要用于開展高空飛行試驗。于2021年5月5日實現10km跳躍飛行，并獲得NASA商業載人月球著陸器研制合同。盡管在藍源公司等競爭對手的抗議下，NASA暫停了商業月球著陸器合同，但最終SpaceX公司于11月最終贏下了合同，成為中標載人月球著陸器研制與驗證合同的唯一研制商。

后續，SpaceX公司計劃繼續推進“星艦”的研制和試驗工作，包括對星艦SN20進行重大技術升級，開展軌道飛行試驗，實現25馬赫再入和著陸。SpaceX公司計劃在2022年利用“星艦”進入近地軌道，在2023年飛往月球，2024年無人飛往火星，2026年載人飛往火星。

星艦SN9/10/11/15飛行試驗過程

2.太空旅游業加快發展，成為世界載人航天的重要組成部分

隨著航天技術不斷發展成熟，商業航天迅猛發展，亞軌道、軌道飛行也從早期的試驗性質逐步向商業性質發展。2021年7月，維珍銀河公司和藍源公司分別利用太空船二號、“新謝潑德”系統成功完成載人亞軌道飛行；9月，SpaceX公司利用“載人龍”飛船成功開展首次無專業航天員參與的軌道旅游任務；12月，太空探險公司時隔12年再次利用“聯盟”飛船將兩名太空游客送達“國際空間站”。

軌道/亞軌道旅游直接面向公眾客戶，其競爭十分激烈。目前，軌道/亞軌道太空旅游價格仍較為高昂。除了價格外，優化服務和體驗也是重要的競爭點。在激烈的競爭中，不斷創新發展模式、優化服務已經成為重要的發展方向。隨著太空船二號、“新謝潑德”系統、“載人龍”、“聯盟”飛船等多型系統投入常態化商業旅游服務并成為世界載人航天的重要組成部分，太空旅游業進入快速發展時期。太空旅游將為推動載人航天可持續發展、促進太空經濟增長作出重要貢獻。

太空船二號與“新謝潑德”系統

2021年，世界載人航天取得了快速發展。近地軌道方面，“載人龍”飛船、“貨運龍”飛船等新型載人航天器成功重復使用，“國際空間站”俄羅斯艙段完成擴展，近地軌道載人航天能力得到加強，多國積極參與載人航天項目并取得一定成果。

載人月球探測方面，美國載人登月計劃推遲，利用商業公司與國際合作伙伴推動各系統研制進度，俄羅斯明確新的載人登月實施方案，加快對“雄鷹”載人飛船的研制工作。

太空旅游方面，多家商業航天公司積極參與軌道/亞軌道太空旅游項目，太空旅游業進入快速發展新時期。

整體而言，主要航天國家均積極謀劃，推動載人航天活動可持續發展，并邁向更遠的深空。

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