国外载人航天发展回顾

  载人航天是一个国家综合国力、国家威望和民族自豪感的集中体现。通过实施载人航天计划,将彰显强大的国家实力和科技水平,从而大幅提升国家威望,进一步巩固国家地位,对于激发民族自豪感、增强民族凝聚力意义重大。

  载人航天器是供人驾驶或乘坐并从事各种航天活动的航天器。货运航天器是执行向地球大气层以外的宇宙空间运送货物等任务的航天器,它拥有较大的货舱体积,可比载人飞船携带更多的货物,用于向地外宇宙空间定期补给食品、燃料、仪器设备等物资、协助提升空间站轨道等。

  1961年至今,世界载人航天走过了50多年辉煌历程。从加加林首次飞天到阿姆斯特朗首次登月,从航天飞机巡游太空到和平号空间站的长期运行,从多国联合建造国际空间站到各国竞相提出载人深空探索构想,载人航天能力不断提升,规模不断扩大,范围不断拓展,从近地空间迈向月球,并以向深空延伸作为未来发展的目标。

  截至2016年底,国外成功发射及入轨的载人及货运航天器共计553个,其中执行正式飞行任务(包含飞船和航天飞机)的载人航天器301个,货运航天器179个;执行试验任务(包含飞船和航天飞机)的载人及货运航天器63个;空间站及空间实验室10个。载人航天器共将552人送入太空,其中24人(27人次)到达过低地球轨道以远的空间,12人登上月球。

一、美国
  美国是世界上载人航天领域的传统强国。在50多年的时间里,分别实施了“水星”、“双子座”载人飞船计划、“阿波罗”载人登月计划、“天空实验室”计划、“航天飞机”天地往返运输器计划,并参与了国际合作的“国际空间站”计划,先后突破了将航天员送入太空并安全返回地面、航天器空间交会对接以及航天员舱外活动等载人航天基本技术,不断保持载人航天技术领域的领先地位。

  20世纪50、60年代,美苏展开了长达30年的“太空竞赛”。美国首个载人航天计划——“水星”计划未能抢先于苏联实现载人轨道飞行,在首轮太空竞赛失利,但由此促成了“阿波罗”载人登月计划。时任美国总统肯尼迪在1961年5月宣布启动“阿波罗”登月计划,美国于1969年7月20日实现了人类首次登陆月球,此后又成功进行了5次载人登月,共把12名航天员送上月球。“阿波罗”计划的成功实施,确立了美国在航天及其他相关科技领域的全球领先地位。“阿波罗”计划后,作为“阿波罗”应用计划的一部分,美国利用“阿波罗”剩余硬件建造了其第一个空间站——“天空实验室”。

  20世纪70年代,美国开始建造“航天飞机”,这是美国继“阿波罗”计划之后的又一项庞大的航天计划。作为部分可重复使用的航天器,航天飞机成为航天技术发展的一个重要里程碑。

  20世纪90年代,由美国联合俄罗斯、欧洲、日本、加拿大等开始建造“国际空间站”,造就了当今规模最大、结构最复杂、技术最先进的长期在轨载人航天器。

  航天飞机退役后,美国将“国际空间站”的货物和人员运输任务移交给商业公司,商业飞船已成功完成首次“国际空间站”验证飞行任务。

  进入21世纪,随着近地轨道载人航天技术日臻成熟,近地轨道以远载人航天探索活动正逐渐成为热点。美国取消重返月球的“星座”计划后,提出了“21世纪太空探索”新战略,更加重视关键技术研发和技术创新,旨在更快、更经济、更安全地实现载人近地轨道以远的探索。目前正在研制新型载人飞船和运载火箭,将具备到达包括月球、小行星、火星及附近区域的能力。保持技术先进性和确保载人航天领域的全球领先地位是美国载人航天发展的重要目标。

  美国以保持和巩固全球领导地位为目标,以能力提升为基础、以技术创新为手段,一方面,积极探索商业化运营模式,将已初步成熟的近地轨道载人航天活动推向市场,积极调动商业力量服务载人航天发展。另一方面,以政府为主导,集中优势力量瞄准近地轨道以远制定更具挑战性的发展目标,积极投资能力建设。 一是2010年提出了“21世纪太空探索”新战略,将主要目标调整为月球以远,包括2025年实现载人近地小行星探索、2035年左右实现载人绕火星轨道飞行,之后实现载人登陆火星等。 二是2010年至2015年连续出台了空间技术路线图、战略投资规划等,确定未来优先发展和重点投资的技术领域,确保可持续发展。 三是继续运行“国际空间站”,通过延寿使其价值最大化,借此强化其对国际载人航天发展的主导权。 四是积极发展近地轨道以远空间载人探索能力,如研发“猎户座”多用途乘员飞行器和“空间发射系统”重型运载火箭等。此外,美国还提出商业月球计划以及商业太空旅游计划。

  2016年,美国继续加大力度,推动商业载人航天的发展。“龙”飞船复飞,充气验证舱段成功展开,火箭第一级海面平台回收试验成功。同年,轨道科学公司“天鹅座”飞船成功执行两次正式合同任务。

二、苏联/俄罗斯
  苏联/俄罗斯是载人航天领域的传统强国,发展载人航天的历史悠久、技术先进,拥有完备的载人航天工程体系,按照循序渐进的发展模式研制了一系列载人及货运航天器。苏联/俄罗斯在载人航天发展过程中最大限度地利用了成熟技术,通过“东方”飞船、“上升”飞船、“联盟”飞船、“进步”飞船、礼炮号空间站、和平号空间站和“国际空间站”在载人航天领域获得了丰富的经验和可靠的先进技术。

  20世纪50、60年代,苏联与美国在航天领域展开激烈竞争。1961年4月12日,苏联航天员尤里·加加林乘坐东方一号载人飞船完成的太空之行,突破了载人航天基本技术,揭开了载人航天的序幕,苏联成为世界上首个将航天员送入太空的国家。

  苏联在载人飞船取得成功后,在20世纪70年代将其载人航天活动重点调整为建造载人空间站。1971年发射并试验了人类第一个空间站——礼炮一号,从1973年至1976年,又发射了4个空间站礼炮二号~礼炮五号,这是苏联第一代空间站。1977年和1982年,苏联分别发射了礼炮六号和礼炮七号空间站,这是第二代空间站。礼炮号空间站开展了空间生命科学、对地观测、天文观测、植物生长实验等应用,取得了一系列突破性的进展。

  1986年2月,和平号空间站的发射开启了第三代空间站的发展历程,它是世界上第一个长久性空间站。和平号空间站突破了人在太空长期生存与工作的技术,并开展了大量空间应用。

  20世纪90年代至今,俄罗斯参与了人类历史上最大的空间站——“国际空间站”的建造与运营,并开展了大规模的空间应用,取得了大量科学成果。目前在研新一代载人飞船联邦号、安加拉A5火箭,俄罗斯视月球为“第七大陆”,将载人登月定为下一步发展目标。

  俄罗斯高度重视航天战略的制定,出重拳改革航天工业,强调要全面提高载人航天技术的竞争力,以取得在月球、火星及小行星探索领域的领先地位,将发展自有空间站、开展载人登月作为未来发展重点。虽然俄罗斯制定了一系列目标明确、规划清晰的长期发展战略,但在具体执行上还存在不确定性。

  现阶段,俄罗斯载人航天具有如下特点:①航天发展战略思路明晰,重视载人航天发展:2016年3月23日,俄罗斯政府正式出台第230号决议《2016—2025年联邦航天规划》,规划指出俄罗斯将于2030年后实施载人登月任务;②飞船技术高度成熟:联盟飞船是国外唯一具备天地往返运输能力的载人飞船;③通过研发新一代载人飞船联邦号、建成本国东方航天发射场、建设地面生物医学研究中心和地面月球模拟基地来保障本国载人航天的发展;④计划与美国航空航天局合作构建地月空间站。

三、欧洲
  欧洲航天局(ESA)在载人航天领域通过参与“国际空间站”建造和应用,突破和掌握交会对接等载人航天基本技术。ESA对“国际空间站”的贡献是研制了货运飞船“自动转移飞行器”和“哥伦布”实验舱。2013年1月,ESA与NASA共同决定正式就“猎户座”多用途乘员飞行器展开合作研制,由ESA为NASA的“猎户座”设计和建造服务舱。2014年7月,第五艘“自动转移飞行器”货运飞船执行了该计划最后一次飞行任务。截至2016年12月底,ESA已经向“国际空间站”发射了5艘“自动转移飞行器”飞船,全面掌握了货运飞船技术,具备了在“国际空间站”上开展空间实验与研究的能力。目前不具备独立研制载人飞船的能力,将通过国际合作发展载人飞船技术。

四、日本
  日本载人航天活动以国际合作为主,主要通过参与“国际空间站”的建造和应用,突破和掌握了交会对接等载人航天基本技术。目前,日本通过参与“国际空间站”项目,向空间站提供了希望号实验舱、“实验舱机械臂系统”、“H-2转移飞行器”等部件。其中希望号实验舱带有最大的暴露设施,带有灵巧机械手的大型机械臂处于世界先进水平。截至2016年12月底,日本已经向“国际空间站”发射了6艘“H-2转移飞行器”货运飞船,全面掌握了货运飞船技术,具备了在“国际空间站”上开展空间实验与研究的能力。

五、印度
  印度已有一定的载人航天工程实施基础。目前印度开始组建航天员中心,自主培养新一代航天员;正在自主研发低温发动机,进展顺利。但还有多项关键技术有待研发,包括安全性和可靠性更强的载人运载火箭、重型运载火箭、生命保障系统、救生和返回系统及任务管理控制系统等。2014年,印度成功利用“地球同步卫星运载火箭”(GSLV- MK 3)火箭发射一个无人乘员舱样机执行亚轨道飞行试验任务,验证新火箭的设计构型、新火箭在复杂大气环境中的飞行状态、任务设计、仿真和软件的完整性和有效性以及 “乘员舱大气再入试验飞行器”的再入性能,为实现载人航天飞行迈开了第一步。