把人或機(jī)器送上太空，是地球人熟悉的一項(xiàng)活動(dòng)。我們是如此地見慣不驚，以致于常常忘記航天事業(yè)的起步和發(fā)展僅僅是最近半個(gè)多世紀(jì)的事。
(資料圖片僅供參考)
與半個(gè)世紀(jì)前相比，航天似乎并未實(shí)現(xiàn)顛覆性的進(jìn)步。“阿波羅”11號(hào)1969年登上月球，此后的我們未能走得更遠(yuǎn)。那時(shí)的“土星”五號(hào)所創(chuàng)運(yùn)力紀(jì)錄，至今無一箭超越。
這就是航天。沒有一蹴而就，很難跨越發(fā)展，只能于漫長累積中孕育技術(shù)突破、模式創(chuàng)新或科學(xué)發(fā)現(xiàn)。所有的累積與孕育之中，2023年將握住歲月的接力棒向上登攀，年度全球發(fā)射可望突破300次。
/ 星艦入軌首飛，
多款新箭競發(fā)
進(jìn)入太空的能力是航天的基石與起點(diǎn)。2022年全球火箭入軌發(fā)射共計(jì)186次。由于SpaceX的貢獻(xiàn)，美國以87次發(fā)射位居第一，占全球的46.8%。中國以64次發(fā)射列第二，占全球的34.4%。入軌發(fā)射最多的火箭是SpaceX的獵鷹系列，排列第二位的為中國長征系列。
獵鷹為SpaceX及美國帶來了發(fā)射數(shù)量與質(zhì)量的巨大增長，而SpaceX更大程度上將其未來寄予星艦（Starship）。由完全可復(fù)用超重助推器和星艦飛船組成的這一航天器，不僅是人類歷史上體型最大的火箭，也可能超越土星五號(hào)成為運(yùn)載能力最大的火箭。從衛(wèi)星組團(tuán)發(fā)射、地球點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸，到NASA登月任務(wù)甚至未來火星移民，星艦的運(yùn)營規(guī)劃絢麗多彩，合同也簽了不少，只待實(shí)飛了。去年信誓旦旦要完成的入軌首飛未能兌現(xiàn)，現(xiàn)在馬斯克給出的最新時(shí)間是不早于2023年2月底——不出意外的話還會(huì)推遲。
為什么推遲？有技術(shù)原因，畢竟超重助推器33臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的全系統(tǒng)靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)還沒做過；有政策原因，首飛前SpaceX需要根據(jù)美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）去年給出的環(huán)境評(píng)估報(bào)告干一堆工作，以確保發(fā)射活動(dòng)不會(huì)影響到星艦基地所在地——博卡奇卡的環(huán)境和公共安全。
甚至，星艦的整體設(shè)計(jì)仍被質(zhì)疑：用于月面著陸的上面級(jí)飛船直徑9米、高50米，超過5的長細(xì)比對(duì)于著陸器來說太“瘦”了；如果沒有大跨度的著陸腿，能否立得穩(wěn)將成考驗(yàn)。
先入軌首飛，且飛且看。
2022年俄烏沖突攪動(dòng)全球，航天也未能置身事外，其中受影響最甚的莫過于歐洲航天。歐洲一度出現(xiàn)“火箭荒”，看上去是因?yàn)榕c俄羅斯火箭的合作暫停了，其實(shí)本質(zhì)上是自身航天運(yùn)輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)滯后的結(jié)果。歐空局當(dāng)下的主力火箭——阿里亞娜5（Ariane 5）仍在發(fā)射運(yùn)營中，但價(jià)格太過昂貴，行將退役。如果LEO運(yùn)力高至21噸的阿里亞娜6能夠按計(jì)劃在2023年12月完成首飛，阿里亞娜作為世界上最優(yōu)秀的火箭之一將完成更新?lián)Q代，歐洲大中型航天發(fā)射能力的斷層期也能盡早結(jié)束。
預(yù)計(jì)在2023年首飛的大中型火箭還包括美國藍(lán)色起源公司的新格倫（New Glenn）、美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）的火神半人馬座（Vulcan Centaur）和日本三菱公司的H3。它們的首飛計(jì)劃都是從2022年延到今年的。
作為日本現(xiàn)役主力火箭H2的升級(jí)版，H3不僅在運(yùn)載能力上大幅提升，還承載了日本降低發(fā)射成本、面向全球市場(chǎng)提供服務(wù)的商業(yè)航天理想。
從2015年正式公布至今，火神火箭的開發(fā)已經(jīng)快8年了。如果首飛成功，它可望成為世界上首枚入軌飛行的液氧甲烷火箭。
2023年12月，與火神使用同款BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)的新格倫火箭也將首飛。這款LEO運(yùn)力45噸的大型火箭研發(fā)已經(jīng)進(jìn)行了12年，藍(lán)色起源希望以它抗衡SpaceX的獵鷹系列。估計(jì)很難。
大有大的能力，小有小的用處。在多國加速微納衛(wèi)星發(fā)展與星座部署的背景下，開發(fā)成本低、發(fā)射靈活的中小型火箭也迎來春天。
在中國，來自“國家隊(duì)”的長征六號(hào)火箭改進(jìn)型——長征六號(hào)丙將首次發(fā)射升空，民營火箭“谷神星”計(jì)劃全年完成8到10次發(fā)射交付，中科宇航公司的力箭2號(hào)也要首飛。
全球小運(yùn)載賽道的佼佼者——美國火箭實(shí)驗(yàn)室公司的電子號(hào)火箭（Electron）繼續(xù)高頻發(fā)射的同時(shí)，計(jì)劃開始從美國本土起飛。在新西蘭和美國并行建立發(fā)射能力，有利于給電子號(hào)及其系列火箭帶來更大的任務(wù)彈性和更多美國機(jī)構(gòu)客戶。它的美國首秀從2022年12月推遲而來，計(jì)劃在2023年1月23日至2月初執(zhí)行。
此外，計(jì)劃今年入列的小火箭還有美國相對(duì)論公司的3D打印火箭人族1號(hào)（Terran1）、和美國ABL航天系統(tǒng)公司的RS1等。
截至出刊，RS1已經(jīng)嘗試了首飛。1月11日，RS1火箭從位于美國阿拉斯加的太平洋航天港起飛，隨后落回發(fā)射臺(tái)爆炸。此前1天，以獨(dú)特的空中發(fā)射方式送航天器入軌的維珍軌道公司，因火箭二級(jí)故障遺憾結(jié)束其英國首飛。加上2022年12月飛行失敗的我國藍(lán)箭航天公司朱雀二號(hào)和歐空局織女星C火箭，全球航天發(fā)射一個(gè)月內(nèi)四次失利。
航天不易，火箭尤甚。2023年，此前等待經(jīng)年的，期待第一次飛出大氣層；首飛失敗的，要再次沖鋒；遭遇挫折的，可望復(fù)飛。都是挑戰(zhàn)。
星座密集部署，
軍民各有用途
2023年衛(wèi)星部署數(shù)量與在軌規(guī)模將持續(xù)增長，一個(gè)重要原因在于：已經(jīng)常態(tài)化發(fā)射的星鏈衛(wèi)星正在升級(jí)，并將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高頻次發(fā)射的常態(tài)化。
美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）去年授予許可證，允許SpaceX開始部署30000顆第二代星鏈衛(wèi)星中的四分之一。按照每周發(fā)射一批的“撒土豆”節(jié)奏，這一全球最大低軌星座2023年入軌的衛(wèi)星將超過2800顆。
不僅是星鏈。2023年，美國亞馬遜公司將發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星，以此啟動(dòng)柯伊伯互聯(lián)網(wǎng)星座的部署。雖然目前還無一星上天，該星座計(jì)劃發(fā)射3236顆衛(wèi)星，最終叫板星鏈。而星鏈一直以來的競品、2022年曾因俄烏戰(zhàn)爭中斷發(fā)射的OneWeb 星座，將不得不繼續(xù)忍辱負(fù)重地使用競爭對(duì)手SpaceX的火箭以及印度火箭，力爭在新年度完成全部648顆衛(wèi)星的部署。
低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座的競爭態(tài)勢(shì)加劇，新老選手拼衛(wèi)星數(shù)量也拼服務(wù)。截至2022年12月，星鏈服務(wù)已進(jìn)入40多個(gè)國家，擁有超過100萬的活躍用戶。與此同時(shí)，包括SpaceX在內(nèi)的多家衛(wèi)星運(yùn)營商將與移動(dòng)通信運(yùn)營商、手機(jī)生產(chǎn)商等各方攜手，繼續(xù)推進(jìn)新一輪的衛(wèi)星直連手機(jī)業(yè)務(wù)。智能手機(jī)時(shí)代的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)業(yè)態(tài)，如何才能不重蹈上世紀(jì)末銥星手機(jī)服務(wù)入不敷出最終破產(chǎn)的覆轍？拭目以待。
俄烏沖突凸顯了商業(yè)通信衛(wèi)星的軍事價(jià)值。早則2023年3月、晚則6月，美國國防部航天發(fā)展局（SDA）的低軌軍事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)——“國防太空架構(gòu)”將完成0階段即首批衛(wèi)星的發(fā)射。首批衛(wèi)星共28顆，其中20顆位于“傳輸層”，負(fù)責(zé)通信和數(shù)據(jù)傳輸；8顆位于“跟蹤層”，用于導(dǎo)彈跟蹤和預(yù)警。部署到位后，這批衛(wèi)星將參與美軍2023年的軍事演習(xí)和2024年的導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)演示活動(dòng)。
溯源歷史，各國航天發(fā)展皆源于軍事需求。今天，受全球低軌星座建設(shè)趨勢(shì)和SpaceX大規(guī)模入軌能力的鼓舞支持，美國軍方正在實(shí)現(xiàn)航天軍事頂層設(shè)計(jì)的顛覆性創(chuàng)新：平臺(tái)上，高度重視百千克級(jí)小衛(wèi)星廣泛分布帶來的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，用價(jià)格便宜、迭代能力強(qiáng)的多層小衛(wèi)星替代昂貴的GEO大衛(wèi)星組群；體系上，通過低軌星座將導(dǎo)彈預(yù)警、高超聲速武器跟蹤、太空數(shù)據(jù)中繼融為一體；建設(shè)模式上，充分利用商業(yè)公司的能力，以多家競爭分包的方式并行研制、快速采購。
傳統(tǒng)做法搞軍星網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)加升級(jí)換代怎么也得十年到二三十年。現(xiàn)在，基于小衛(wèi)星的快速部署與迭代，軍事星座幾年內(nèi)就能具備初期應(yīng)用能力并投入作戰(zhàn)。這一必將對(duì)未來世界安全格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的大動(dòng)作，2023年即將上演。
新年的天基遙感也會(huì)增加新的設(shè)施。預(yù)計(jì)2023年7月發(fā)射的KOMPSAT-7衛(wèi)星，可望讓韓國成為繼美國、歐洲之后第三個(gè)擁有0.3m分辨率商業(yè)光學(xué)遙感衛(wèi)星的國家。美國新一代光學(xué)衛(wèi)星“世景軍團(tuán)”（WorldView Legion）計(jì)劃從年初開始部署，以滿足更多軍事與商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。
持續(xù)提升國家遙感能力的同時(shí)，我國商業(yè)遙感蓬勃發(fā)展。長光衛(wèi)星預(yù)計(jì)2023年底前實(shí)現(xiàn)138顆衛(wèi)星在軌，具備全球任意點(diǎn)10分鐘的重訪能力。數(shù)十家企業(yè)的遙感衛(wèi)星研制與運(yùn)營拓展了數(shù)據(jù)應(yīng)用的市場(chǎng)規(guī)模，中科星圖、航天宏圖等公司將在2023年呈現(xiàn)更多“新鮮數(shù)據(jù)”支撐下的數(shù)字地球產(chǎn)品。
中國空間站常態(tài)運(yùn)營，
印度載人航天啟航
疫情和戰(zhàn)爭貫穿2022年，而作為航天皇冠之明珠的載人航天活動(dòng)從未停步。
2023年，已完成在軌建設(shè)的中國空間站轉(zhuǎn)入常態(tài)化運(yùn)營。什么是“常態(tài)化”？長征二號(hào)F、長征七號(hào)運(yùn)載火箭將以大致每6個(gè)月一次的周期發(fā)射，服務(wù)空間站。前者發(fā)神舟飛船，送人上去；后者發(fā)天舟飛船，送物資保障。去年11月神舟十四號(hào)與十五號(hào)乘組的首次在軌輪換，開啟了我國于近地軌道的常駐。咱不僅天上有人了，還總是有人，2023年就是空間站建成后人員常駐的第一年。
建設(shè)為應(yīng)用，人員常駐是要去天上干活。“常態(tài)化”還意味著，這樣一個(gè)長期飛行的載人平臺(tái)將全面承擔(dān)起國家太空實(shí)驗(yàn)室的使命，全面開展空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理和燃燒、空間材料科學(xué)、空間天文與天體物理等多學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)，國際空間科學(xué)載荷也將從2023年起陸續(xù)進(jìn)站。
今年底或更晚的時(shí)間，我國還計(jì)劃發(fā)射與空間站共軌飛行的光學(xué)艙——巡天望遠(yuǎn)鏡。它將以接近哈勃望遠(yuǎn)鏡的分辨率和大其數(shù)百倍的視場(chǎng)開展巡天觀測(cè)，還能?？靠臻g站進(jìn)行燃料補(bǔ)給、設(shè)備維護(hù)升級(jí)工作。這是中國光學(xué)天文研究的新器，也是空間站發(fā)揮“太空母港”功能的開端。
中國空間站相較于國際空間站，為后來者。國際空間站的天地往返早已常態(tài)化，不過今年有一次人員運(yùn)輸活動(dòng)比較特別，那就是2月20日的聯(lián)盟MS-23飛船發(fā)射以及后續(xù)返回。
2022年12月，停靠在國際空間站上的聯(lián)盟MS-22飛船發(fā)生嚴(yán)重的冷卻液泄漏事故。飛船無法正常冷卻，意味著載人返回時(shí)的安全性難以保證，乘這艘飛船上天的三人——包括兩位俄羅斯宇航員和一名美國宇航員沒有交通工具回家了。最終，俄羅斯決定改變輪換計(jì)劃，提前發(fā)射一艘無人飛船上天接替故障飛船。那三人要在天上待多久？故障飛船能否以無人狀態(tài)完整返回地球？“救援”飛船到達(dá)之前萬一需要緊急撤離，三人怎么個(gè)撤法？這些問題正在困擾俄羅斯以及國際空間站項(xiàng)目上的合作方美國。
盡管目前調(diào)查表明泄漏來自微流星體撞擊，國際空間站設(shè)備的老化同樣是事實(shí)。項(xiàng)目各方似乎基本達(dá)成一致，將支持這一人類最大在軌飛行器運(yùn)行至2030年。再往后呢？它后繼有站，美國航天工業(yè)主要力量盡數(shù)入場(chǎng)，開始研制、測(cè)試“太空酒店”式的商業(yè)空間站。
目前美國承擔(dān)近地軌道人員運(yùn)輸?shù)奈ㄒ还ぞ呤荢paceX的龍飛船。實(shí)際上，NASA商業(yè)乘員計(jì)劃的合同給了兩家——SpaceX和波音。龍飛船早就上崗了，波音的“星際快車”（Starliner）一路頻出軟硬件問題，把首次載人試飛的時(shí)間延到了今年4月。看這次能否如約升空吧。
美國內(nèi)華達(dá)山脈公司（Sierra Nevada）的小型航天飛機(jī)“追夢(mèng)者”（Dream Chaser）也要在今年夏天首飛其貨運(yùn)型號(hào)。后續(xù)將拓展的載人型號(hào)，能載7人天地往返。
印度也許會(huì)在2023年4月迎來自己的“神舟一號(hào)時(shí)刻”，開展其載人航天計(jì)劃的首次無人試飛。印度最強(qiáng)火箭GSLV Mark III將發(fā)射名為“宇宙飛船1號(hào)”（Gaganyaan1）的縮小版飛船，對(duì)飛船性能和載人飛行流程進(jìn)行驗(yàn)證。印度希望2024年即上馬首次載人飛行，要早日成為世界上第4個(gè)自主掌握載人航天技術(shù)的國家。整體時(shí)間表顯然倉促，今年4月的這次試飛也不知能否按計(jì)劃實(shí)施。
國家宏愿和普通人的太空飛行都有意義。繼去年送第一個(gè)純業(yè)余乘組進(jìn)入國際空間站后，美國的公理空間公司（Axiom Space）要在2023年開展3次太空旅游。同樣使用SpaceX運(yùn)載工具的“北極星”計(jì)劃也將在今年4月首飛，繞地球5天，不對(duì)接國際空間站。與“純玩團(tuán)”不同的是，4名乘員要在飛行中驗(yàn)證新技術(shù)、開展科學(xué)研究，在大約500千米的軌道高度上出艙活動(dòng)。
看來，“太空游客”的定義很快要改寫了。國際空間站一游票價(jià)5500萬美元，“北極星”計(jì)劃有富豪買單。沒有這么多錢去太空玩兒的，只好飛亞軌道了。2022年9月無人飛行中遭遇異常的藍(lán)色起源，今年將恢復(fù)亞軌道載人飛行。因“飛行器升級(jí)”而暫停商業(yè)飛行一年多的維珍銀河，也要重開航班。
最重磅的太空旅游項(xiàng)目，當(dāng)然是日本富豪前澤友作（Yusaku Maezawa）早在2018年就下了訂單的繞月之旅。名為dearMoon的該任務(wù)瞄準(zhǔn)2023年四季度發(fā)射，并公布了8位與前澤友作同行的藝術(shù)家名單。任務(wù)最初計(jì)劃使用獵鷹重型與龍飛船的組合運(yùn)載器，后來改為星艦。目前看來此行非?？赡艽蠓七t，因?yàn)樾桥炆形传@準(zhǔn)開展地球軌道飛行，更不用說飛往月球了。
NASA阿爾忒彌斯計(jì)劃下的首次載人繞月飛行、也就是Artemis 2任務(wù)將于2024年實(shí)施。那么，星艦不給力的話，2023年地球人類的遠(yuǎn)行仍將止步于近地軌道了。
俄羅斯重續(xù)月球探測(cè)，
金屬小行星探測(cè)啟航
二十一世紀(jì)重返月球的熱潮仍在持續(xù)，我國今年將全面推進(jìn)探月工程四期和行星探測(cè)工程，開展嫦娥七號(hào)、天問二號(hào)等型號(hào)研制工作。
闊別月球近半世紀(jì)后，俄羅斯計(jì)劃于2023年7月發(fā)射“月球-25”探測(cè)器（Luna 25）。1970年到1976年間三次采樣返回，蘇聯(lián)共帶回326克月球樣品。但這一次，新的月球探測(cè)器不會(huì)返回地球，而是攜帶科學(xué)儀器著陸月球南極隕石坑，通過挖掘、采樣的方式對(duì)月面永久冰凍層里的水進(jìn)行研究。被稱為俄羅斯未來十年月球計(jì)劃開篇之作的該任務(wù)，本來是要在去年執(zhí)行的。
現(xiàn)在，俄烏沖突尚未結(jié)束，俄羅斯新一輪月球探測(cè)遲遲不開篇，讓人著急。月球-25升空一個(gè)月后，印度要再次挑戰(zhàn)月球軟著陸，發(fā)射“月船三號(hào)”（Chandrayaan-3）。三號(hào)與二號(hào)結(jié)構(gòu)類似，但只有著陸器、巡視器而沒有軌道器。印度的月球探測(cè)之路不太順利：2008年升空的“月船一號(hào)”軌道器環(huán)月飛行一年之后因故障提前結(jié)束工作；2019年發(fā)射的“月船二號(hào)”奔著軟著陸目標(biāo)到了月球，墜毀而終。日本也計(jì)劃今年發(fā)射SLIM月球探測(cè)器探測(cè)隕石坑，具體時(shí)間待定。
這些探測(cè)器啟程之前，2022年12月升空的日本商業(yè)公司“白兔-R”著陸器應(yīng)該已經(jīng)攜阿聯(lián)酋迷你月球車著陸了。如果一切順利，它將成為日本第一個(gè)月球著陸器。在它的上空和遠(yuǎn)方，去年隨美國Artemis 1發(fā)射、或作為先導(dǎo)星更早升空的多顆立方星正在或即將履職，接過小衛(wèi)星探測(cè)大深空的新任務(wù)。
向著比月球更遠(yuǎn)的深空，歐空局準(zhǔn)備4月發(fā)射“木星冰衛(wèi)星探測(cè)器”（JUICE），預(yù)計(jì)2029年10月抵達(dá)木星軌道。探測(cè)器將在木星及其衛(wèi)星上尋找可能存在生命的痕跡。
今年10月，另一項(xiàng)有趣的任務(wù)也要打開：與全金屬巨型小行星靈神星（Psyche）同名的探測(cè)器將乘獵鷹重型火箭離開地球，飛抵該小行星開展勘察，以探索太陽系行星核的起源。到12月，歐空局的歐幾里德望遠(yuǎn)鏡就該升空了。這一以古希臘數(shù)字家歐幾里得（Euclid）命名的空間望遠(yuǎn)鏡，將用于研究宇宙的暗能量、暗物質(zhì)。
航天的目的地從來不在眼前。過去哪怕最艱難的時(shí)刻，仍然有人抬頭看天。后疫情時(shí)代的地球和2023年，值得期待。
——本文節(jié)選自《中國國家天文》1月刊
作者簡介 /
白瑞雪，國際宇航聯(lián)空間教育委員會(huì)委員，微納衛(wèi)星與航天科學(xué)教育企業(yè)創(chuàng)始人。原新華社航天記者、科普作家，著有《載人航天》《中國天河超級(jí)計(jì)算機(jī)問鼎之路》等書。
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