太空备忘录2020年全球航天

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人从未比在太空行走时显得更为渺小，或更为伟大

语宙

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人间艰难，星空璀璨

年就要过去了。对于航天，这是步履蹒跚的一年，也是箭器竞发的一年。不少国家和机构的空间探索计划因为新冠疫情推迟或取消，也有更多航天器如约飞向地球轨道以及更远的深空。灾难之中地球人负重前行，梦想依然澎湃于天外。宙姐宙叔为你盘点这一年的全球航天。

1、太空快递谁家强？猎鹰9稳坐第一

SpaceX公司的猎鹰9号火箭全面爆发，年入轨发射25次，不仅远超同年全球其他单一型号火箭，还实现了比自家上一年翻一番——年，猎鹰9+猎鹰重型火箭共发射13次。猎鹰9的发射次数占美国今年全部44次航天发射的57%。

年猎鹰9的发射中，只有两次在回收一子级环节出现问题。这些任务同时还成功回收了大部分整流罩，包括网布和入海后的打捞。目前，这些回收的整流罩有的已重复使用多次，有的还在修复并评估是否再次使用。

一年的耕耘，让猎鹰9号坐稳了全球运载火箭第一的宝座，成为单一型号年发射次数最多的中型火箭，也是唯一一款能够通过垂直着陆回收一子级的火箭。凭借LEO轨道22.8吨的运载能力和可重复使用能力，它已超越全球其他同级别火箭整整一代，能够胜任地球轨道上大部分卫星和载人航天器的发射任务。

猎鹰9号火箭已经定型，目前的B5型成熟度达到了极高水平。其复用周期最短51天，复用次数最多的已经使用了7次，第8次复用指日可待。剩下的事就是安全可靠地重复流程、多次使用了。未来，SpaceX公司能够以大量多次使用过的N手火箭、而不急需生产新火箭来保持和继续提升自己的发射频率，将对全球发射市场形成更大的竞争压力。

全球公敌？市场杀手？更希望SpaceX是头草原之狼，捕猎、追逐，逐出更多矫健的羚羊。

▲“劳模”猎鹰9（来源：SpaceX）

2、火箭新面孔纷呈，有的入列有的待飞

运载火箭是人类登天的梯。这一年，老箭兢兢业业工作，新箭纷纷亮相。

先看大中型火箭。我国的长征五号B运载火箭圆满首飞，发射了重约22吨的新一代载人飞船原型机进入LEO轨道。飞船通过自身推进系统爬升至km高度的远地点，并返回大气层再入，为我国未来载人航天任务的可靠性、安全性进行了成功验证。

“矮胖”选手长五B未来将承担我国空间站建设使命，“高胖”一点的长五更多面向深空任务。它们共同构成了我国大型运载的中流砥柱。长征五号在年成功发射我国的“天问一号”火星探测器和“嫦娥五号”月球探测器。据官方消息，长征五号B火箭将在年上半年发射中国空间站核心舱，翻开我国空间站建设的第一页。

随着长征八号12月22日成功首飞，我国的中型火箭也成功上新。长征八号填补的不仅是我国SSO轨道3吨-5吨运载的空白，也是通过模块化实现低成本和未来重复使用的突破。

当然，火箭的重复使用还需要大量工程试验。长征八号走了一条与猎鹰9完全不同的路子，需要更多探索。

对标猎鹰9的俄罗斯“安加拉A5”火箭，今年完成了继年以来的第二次试射。它最多能将7吨载荷送入GEO，但这次试射的还是与6年前几乎完全一样的2吨模拟载荷。“安加拉A5”目前还没有一次真正的发射任务，但俄罗斯专家认为，除了可重复使用之外，它的其他方面都优于猎鹰9。

自信的俄罗斯“联盟5”和欧洲的阿里安6，也是全球大中型火箭中的新面孔。不过，年它们的状态都仍然是“研制中”，不再赘述。处于尴尬状况的还有ULA公司的“火神”火箭。聚焦美国国防军事卫星和部分商业卫星发射的“火神”，原本希望通过采购“物美价廉”的蓝源公司BE-4发动机、以及发动机空中回收设计两大“利器”，实现成本的大幅降低。然而，一个也还没实现：BE-4发动机迟迟未能交付，年底的版本还不能正常点火工作；至于发动机回收，使用直升机完成空中回收这一奇葩方案，普遍不被业界看好。ULA公司计划在年底首飞“火神”，但目前看上去不太可能实现。

大中型火箭的运力之上，还有重型与超重型。SpaceX的“星舰”超重型火箭，其原型机SN8在年的最后一飞，过程惊艳，结果震撼——炸了。虽然炸了，马斯克也开心，因为它验证了除触地一瞬间之外的其他预期目标，包括：3台猛禽发动机一起工作助推，原型机机体水平带翼受控返回地面，发动机多次点火，不锈钢外壳承受高速返回地面时产生的高温与振动，等等。导致爆炸的燃料箱压力不足问题不属于技术瓶颈，是容易攻克的。这些年来，原型机SN系列的迭代演化步步推进，一次实现一个小目标。下一步就是“星舰”全系统试验，再下一步就是加上“超重”助推器的巨型系统——预计三年后，马斯克吹过的登陆火星的牛，可能真的能看到兑现之日了。

同样作为超重型火箭的SLS，主动力系统的芯一级和助推器都是在航天飞机的主发动机和固体助推器基础上改进的，然而研制已历9年。年的最新进展是，交付了一次火箭芯一级，并在12月完成了一次燃料加注，但加注的燃料出现温度问题。这么发展下去，预计要被“星舰”反超了。目前SLS还是NASA指定的美国重返月球专用火箭，未来很有可能被“星舰”分一杯羹、甚至被替代。

再看看小运载。通过这两年的发射任务锤炼，“电子”号小火箭一马当先，其设计构型、燃料类型以及在行业内所处的地位与SpaceX公司的猎鹰9相近，已经成了名副其实的“小猎鹰9”。“电子”在年发射了7次，虽然有一次因为二子级故障导致失败，但并没有因此而被业界看衰，排除故障后顺利完成了年的后续发射订单。除常规发射外，“电子”还完成了一次使用“光子”上面级试验和一次火箭一子级打捞回收，并在2月拿到NASA合同，将发射立方星进入月球轨道，为美国重返月球Artemis计划中的Gateway月球空间站建设开展月球附近导航技术验证。可见，小火箭也有大用途，只要肯创新，“电子”这种kmSSO运力仅公斤的小火箭可以回收复用，也可以进行深空探测。

与“电子”号同样级别运力的“谷神星”1号火箭，由中国民营火箭公司星河动力研制，在年完成了首飞，成功将1颗微小卫星送入公里高的SSO轨道。虽然这颗微小卫星还不到50公斤，但这次发射意味着中国的民营火箭能够成功进入长期工作的近地轨道，解决了入轨门槛的问题。这也是年我国唯一一枚发射入轨的民营火箭。年，此前有过入轨发射的星际荣耀和瞄准入轨的蓝箭航天等民营火箭公司，必然一展拳脚。

▲中国长征八号首飞

3、北斗三号全球组网收官，中美皆建第三代导航

火箭送卫星，通导遥都有。今天，中美两国都在建设自己的第三代导航卫星星座。年6月23日，我国北斗三号星座组网收官；6月30日，美国发射第3颗GPS-3卫星，11月5日又发射了第4颗GPS-3卫星。

美国第一代应用型GPS卫星于年入轨，目前和未来大部分GPP-3卫星都会由猎鹰9号火箭部署。根据猎鹰9的性能，每年可能入轨的GPS-3卫星将大大增加。GPS过去、现在和未来都是很牛的：GPS-3”后继星”正在研制，而GPS-3系列卫星都开放了对格洛纳斯导航卫星和伽利略导航卫星的信道，甚至可兼容印度区域性的导航星座IRNSS，未来可实现跨国跨星座的全球军事、民用与商业导航服务。

我国的北斗星座与全球其他三大导航星座美相比，相同之处在于都使用了中地球轨道，不同在于北斗还用了GEO轨道和IGEO轨道，以确保对中国地区更高的覆盖时长。北斗的第一颗星是在0年发射入轨的。北斗的代际发展快但起步晚，卫星导航精度与应用的广泛性与GPS相比仍有差距。

北斗三号组网收官不是终点，更是奋起直追的新起点。

▲中国北斗三号全球组网收官

（来源：央视今日亚洲）

4、“星链”区域服务落地，低轨互联网星座火拼

从第2批1.0版到第15批1.0版，美国SpaceX公司的“星链”星座卫星在年发射了14批。每箭差不多60星，那叫一个多快好省，目前在轨数量已超过颗。年是“星链”星座大规模部署的第一年，部署速度超出了业界的预想。当人们怀疑“1.2万+3万”颗的卫星蓝图根本不可能完成时，马斯克用年的“星链”入轨速度做出了无声的回应。未来，每年由猎鹰9发射的“星链”卫星预计超过颗——这个数字很保守，根据目前信息，仅年前2个月就计划发射3批“星链”。

更加让人感叹的是，不必部署完前期的1.2万颗星，“星链”已经可以为部分地区提供卫星宽带服务了。年，已在轨的这些卫星完成了SpaceX的内部测试以及公开定向邀请测试，测试结果理想。北美某些地区的用户，已经拿着一个像锅盖一样的天线，实现了手机、电脑、Pad等终端设备通过卫星上宽带网了。一次性设备美元，月租99美元，明码标价。“星链”服务已经在局部落地了，后续就是如何增加在轨卫星数量从而扩大服务区域的问题了。

烦恼来自比较，差距来自对标。一网（OneWeb）星座在年发射了3批卫星共颗，加上年入轨的6颗卫星，上天的一共有颗。显然，与“星链”相比，OneWeb星座的部署较慢，公司还经历了破产再重组的大变革，可谓伤筋动骨下东山再起。虽然英国政府和印度巴蒂电信公司各投资5亿美元，OneWeb项目面临的发射高成本、卫星高成本、星座缺乏星间链路、英国政府又希望给它加上导航功能等等问题，依然未解决。当然，乐观的一面在于，英国航天局和印度空间研究组织ISRO正在积极帮助OneWeb星座建设，将给予资金、技术和政策支持。未来发展拭目以待，但无论如何，目前要紧的是卫星入轨要快、要多。

低轨星座有民用、军用，也有军民两用。美国DARPA的“黑杰克”低轨星座，可以说是军方版本的“星链”计划，要实现美军天基载荷更加灵活的部署和应用，以增强其作战能力。美国太空发展局的“传输层”星座初期建设正在筹备，年已经确定了包括洛克希德马丁、蓝色深渊公司等在内的承研方。“传输层”是美国太空发展局新成立后的第一个大项目，目标是通过低轨星座建立太空中继通信，将尽可能多的太空资产联网并与地面联通。在SpaceX公司“星链”带动下，低轨空间的利用已经被美国军方看好，成为其创新发展天基通信新阵地。同时，值得注意的是，军方星座也将通过采购商业小卫星的方式实现——土豪也务实啊。

我国目前也在建设低轨互联网星座，并且有可能从高层统一部署，容纳国内国家队和民营企业的低轨卫星与通信技术，同时还要有大量重量级的运营领域主体出现。接下来会出现怎样的产业生态？期待。

▲万星建“星链”（来源：SpaceX）

5、遥感都是小星星，细水长流速迭代

通信卫星、导航卫星领域都在酝酿着颠覆性效果，而在遥感卫星领域，年全年竟然没有一颗大卫星入轨。延续近年来的趋势，这又是微小卫星继续入轨的一年。

美国行星公司几公斤级的“鸽群”、百公斤级的“太空卫星”，斯拜尔公司的几公斤级“狐猴”，曾经受过主管部门处罚的蠕虫公司立方星“太空蜜蜂”，黑色天空全球公司的几十公斤级“黑色天空全球”，以及更多公司的各类微小卫星，都在年争先恐后地搭载发射。搭载机会主要来自美国的猎鹰9和“电子”号火箭、欧洲的“织女星”火箭，俄罗斯的“联盟2”火箭、印度的PSLV系列火箭等。

微小遥感卫星在年的部署不温不火，呈现细水长流的状态，并没有衰减。小型化、微型化是航天遥感未来的趋势，似乎和低轨通信有异曲同工之妙。

▲批量化生产的“鸽群”卫星（来源：Spacenews）

6、大卫星重获新生，在轨服务有人买单

微小卫星成本低，废了不心疼；技术新，快速迭代以跟上地球上的摩尔定律。但大卫星们就不能说废就废了，贵啊。

年10月，美国诺格公司的MEV-1飞行器发射成功。今年2月，它对接了已在坟墓轨道的Intelsat卫星，让后者得以延寿，再为革命工作几年。8月份，MEV-2成功发射，计划明年与燃料即将耗尽的Intelsat10-02卫星在GEO轨道对接。Intelsat公司每年向诺格公司支付万美元服务费用，在轨服务的商业模式正式建立。当然，在轨延寿服务能否真正带来可观的经济价值，目前还无法完全确定。静观MEV的飞行状态和后续服务计划吧。

有的对接是为了让目标飞行器获得新生，有的对接则是要把对方彻底毁了。在轨服务的另一个重要方向——空间碎片清除领域，日本初创公司Astroscale今年10月宣布又筹集了万美元，计划在年3月由联盟号火箭发射首个验证飞行器。12月份，ESA授予瑞士初创公司ClearSpaceSA领导的团队一项价值万欧元的合同，计划于年从轨道上清理掉一个太空垃圾。

人类清除空间碎片的决心很大，方案基本原理也大致相似。Astroscale和ClearSpace都是发射飞行器对目标跟踪并机械捕获，然后拖拽离开轨道，坠入大气层烧毁。这种操作是有局限性的：第一，成本极高，需要搭乘火箭进入一定的轨道并且机动飞行靠近碎片目标；第二，清除的数量偏小，每次操作仅能捕获单个目标，无法批量处理；第三，清除碎片的飞行器不可重复使用，因为飞行器抓捕碎片后需要启动动力助推，和碎片一同坠入大气层烧毁。这导致了空间碎片清除业务综合成本高、技术难度大、实施周期长，其技术难关和成本约束皆有待突破。

▲欧空局太空垃圾清除任务示意

（来源：NASA爱好者）

7、天地往返上新船，太空旅游飞更高

卫星工作寿命有长有短，而目前人类最大的在轨飞行器——国际空间站已连续20年有人存在。今年，国际空间站共进行了4次载人运输任务，其中两次由俄罗斯完成，两次由SpaceX公司的“载人龙”飞船完成。其货运任务，俄罗斯的“进步”号货运飞船完成2次，SpaceX公司的“货运龙”飞船完成2次，诺格公司“天鹅座”飞船完成2次，日本的HTV系列飞船完成1次。

年载人航天领域最大的新变化在于：SpaceX公司使用自己的火箭和飞船帮助美国完成了两次载人航天任务，不仅结束了美国自航天飞机退役后依赖俄罗斯送美国宇航员进出国际空间站的局面，还将一名日本宇航员纳入自己的载人航天飞行任务中。也就是说，第一，美国以后不用给俄罗斯支付每个座位万美元的费用了，实现了人员往返近地轨道的独立自主；第二，NASA送宇航员进入太空的成本大大降低了，从俄罗斯垄断下的每人万美元降到了SpaceX的5万美元，给国家省钱了；第三，美俄之外的宇航员也不是非得乘坐俄罗斯的“联盟”载人飞船了，给更多国家省钱了。

NASA局长欢呼雀跃，俄罗斯航天集团一把手怒怼马斯克。因为第三点是对俄罗斯真正的打击：马斯克的“载人龙”飞船未来常态化后一次能送7名宇航员进入国际空间站，以后其他国家宇航员全都可以乘坐物美价廉的“载人龙”了。俄罗斯原本仅此一家的生意被抢了，他能高兴么？

“载人龙”飞船同时还将用于地球轨道的太空旅游。年底和年年中之间，4名太空游客将乘坐“载人龙”飞船进入高于国际空间站的地球轨道，创造新的“普通公民航天飞行高度世界纪录”。同一个飞船两种玩法，“载人龙”开展太空旅游在系统性能上完全OK，只存在商业拓展的问题。SpaceX一手抓国家任务，一手抓商业飞行，两手都很硬。

值得一提的是，载人龙飞船和货运龙飞船为近地轨道载人载货，货运龙飞船还承担了Artemis计划下的月球空间站货运任务。“龙”飞船系列在人员和物资太空运输界的地位，就如同猎鹰9号火箭在运载产品中的地位一样，技术上跨代超越，客户上多类型通吃，让其他国家或企业望尘莫及。未来，这种差距会越拉越大。

▲载人龙飞船内部很酷（来源：SpaceX）

8、中国完美取土返回，美国憋大招要返月球

惦着月球的何止马斯克。月球探测近两年进入新一轮高潮，但在年里完成探月活动的只有我国的嫦娥五号任务。嫦娥五号中国探月“绕-落-回”三步走的最后一步，整个任务圆满成功，几乎没有一处瑕疵，其最大意义和突破是让我国实现了从地外天体采集样品带回地球。未来，嫦娥六号、七号、八号任务将会使中国的探月历程步入下一个新阶段，那就是月面长期探索和基地建设。

目前难以预测，新一届拜登政府是否会调整美国重返月球的计划。但我们猜测，嫦娥五号的成功或将进一步激发美国推进Artemis计划。年里，美国用一纸“阿尔忒弥斯协定”拉拢多个国家帮助美国重返月球，得到了欧空局及其多国和日本、加拿大、澳大利亚、卢森堡、阿联酋等国家的支持，连深空探测领域并无显著建树的印度和韩国也都表示愿意同美国一起探月。欧空局甚至已经下发研制合同给欧洲深空探测的唯二主力——空客与泰雷兹阿莱尼亚空间公司，帮助美国研制月球轨道上的核心分系统。

目前美国重返月球计划在政府、外交层面都顺风顺水，唯一的问题在于SLS火箭。火箭频频延期和各种小毛病层出不穷，让NASA大伤脑筋，已经花了亿美元了，你倒是飞一个啊。也许，当SLS箭在弦上之时，就是美国重返月球之日。当然，SLS火箭并非唯一选择。如前文所述，马斯克的“星舰”巨型运载器研发进度很快，已经成为NASA登月着陆器方案中的一员。如果SLS持续地不争气，美国重返月球计划要看SpaceX公司的行动有多快了，没准SpaceX公司首先登月再创航天史纪录——毕竟，地球附近的纪录它都已经都创完了。

这一年里，除了中美两国有大的探月动向，其他国家没有工程上的实质性进展。就连俄罗斯也做了个黄粱一梦，忽然醒来。俄罗斯航天国家集团原本宣称使用PPT中的超重型火箭“叶尼塞”发射载人和载货登月的“鹰”号飞船，但很快发现做不到，于是在年改口转为使用“安加拉”系列火箭发射。更别说“顿河”这种更大运力的火箭了，估计连PPT还没做完。

▲嫦娥五号带回克月球土壤

（来源：中国航天报）

8、火星探测三国出发欧洲黯然离场

年夏天迎来火星探测窗口期。中国、美国、阿联酋三国分别在7月20日、23日、30日发射火星探测器，欧洲的火星任务则延期。

正在飞往火星的三个探测器中，我国“天问一号”最重，总重约5吨，美国“火星”总重约4吨，阿联酋的“希望”号探测器重量约1.4吨。不同的重量意味着不同的任务目标和技术状态。我国首次进行行星际探测任务，并且有“嫦娥探月”工程经验的基础，因此要将轨道器、着陆器、巡视器一次性部署完毕。轨道器在轨环绕火星探测整个火星大气与地表环境，着陆器负责将巡视器、也就是火星车降落在火星表面，巡视器负责在火星表面进行短距离的漫游式探测。

美国此前已有4辆火星车在火星表面漫游式探测，还有火星轨道器在环绕火星，因此这次任务集中在“毅力”号火星车上，目标也超越了此前的基本探测，重点放在追踪有机物、验证火星大气中二氧化碳转化成氧气的技术、验证火星直升机在稀薄的火星大气中气动飞行的可能性、采集岩石样品并等待下一次任务将其带回地球。

而阿联酋的任务比较简单，就是一个环绕火星的轨道器。阿联酋目前还不具备研制地外星体着陆器、巡视器的能力，“希望”号轨道器也是大量依赖美国技术，但阿联酋若能顺利实现环火星探测，也是非常成功的。

中国、美国、阿联酋年的火星任务发射都是成功的，欧洲的“ExoMars”任务却被迫延期，主要原因是俄罗斯方面提供的着陆器出现技术问题，其他验证工作也出现了种种异常，而疫情爆发期间排查工作难以按时开展，最后导致“ExoMars”变成了“ExoMars”，推迟到两年后的下一个窗口。

提到火星探测，也得说一说马斯克。年多个航天板块都与马斯克有关，SpaceX才是年航天的主角啊！我们都知道，马斯克要送人去火星，自个儿也曾表示希望死在火星上。今年，马斯克给出的前往火星最新时间表为或年——留给他兑现诺言的时间不多了。如果成真，岂不是也许比NASA重返月球还快？NASA的面子往哪放？

▲“天问一号”示意图

10、小行星采样，日美一个返程一个在路上

也许面子不是everything。像日本这样的国家，航天工业规模不算特别大，但颇具一些有特色的发展方向，比如小行星探测。

年的小行星探测有两大成果，一是日本“隼鸟二号”带着“龙宫”小行星表面样品返回地球并成功在澳大利亚着陆回收。值得惊叹的是，“隼鸟二号”在将携带样品的返回舱“甩”到地球上之后，又用剩余燃料助推前往另外两颗小行星探测。我们落笔的此刻，“隼鸟二号”已经远在距离地球公里之外了。二是美国的OSIRIS-REX探测器，在年10月完成了“本努”小行星表面采样，准备返回地球。一个已归，一个还在路上。

小行星采样探测的难，是要在距离地球几亿公里之外、天体着陆区有限的情况下依靠探测器自主完成一系列复杂的操作。这类能力，美国也是刚刚开始发展和实践，可见日本在深空探测尖端技术方面有着非常前沿的工程能力与科技水平。日本“隼鸟二号”之前的“隼鸟一号”，早在年6月就曾带小行星样品返回地球——这是人类已完成的全部小行星采样返回任务。

所以，小行星小，任务其实并不小，门槛高着呢。

▲“隼鸟二号”采样返回舱回到地球

终于……到总结了。年，美国航天发射44次，中国39次，俄罗斯17次，欧洲以及其他国家发射都不超过5次。SpaceX公司凭一己之力扛起了美国航天发射次数的大半边天，在载人飞船、可重复使用火箭、低轨卫星通信、登月探火方面都不断创造新的历史，其发射入轨的载荷重量略多于全球其他入轨载荷的总和，一家公司几乎抵得上全球航天系统能力。

年又将是全球航天大年。中国空间站开建，全球载人航天格局怎样变化？美国新一届政府上任，重返月球计划面临什么变数？中美阿三国探测器将抵达红色星球，火星探测会给人类带来哪些新的发现？世界航天不断巨变，新的一年将是更加充满挑战和机遇的一年。

宙姐宙叔今天要特别感谢“语宙”和“航天新观察”的读者们，感谢你们的鼓励和批评，感谢和我们大家一起撑过了这艰难的一年。再过28个小时，新的一年就要开启了。也许在未来某一天你会说，我很怀念它，年。

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