一、運載火箭領域
2022年注定是極不平凡的一年，在全球經(jīng)濟因疫情遭受重創(chuàng)的背景下，全球航天活動異?；钴S，在多個領域取得重大突破。發(fā)射次數(shù)再創(chuàng)新高，多種新研火箭成功首飛；詹姆斯韋伯太空望遠鏡不斷傳回令人驚嘆的早期宇宙圖景，人類首個行星防御任務DART成功進行撞擊試驗，人類不斷刷新對太陽的認知；載人登月計劃正式拉開帷幕，中國空間站在軌組裝完成；商業(yè)衛(wèi)星星座介入俄烏沖突，軍用價值凸顯。
一、運載火箭領域
1 全球航天發(fā)射次數(shù)再創(chuàng)新高
據(jù)統(tǒng)計，2022年全球航天發(fā)射次數(shù)達到創(chuàng)紀錄的186次，比2021年的146次增長了27%。美國發(fā)射頻次最高，達到87次，占全球發(fā)射總數(shù)的47%。歐空局和印度各5次，日本、韓國和伊朗各1次。
圖1 2022年各國家和地區(qū)航天發(fā)射占比
發(fā)射頻次最高的火箭型號當屬美國的獵鷹9，全年發(fā)射60次，且全部成功，一級助推器回收復用次數(shù)不斷刷新記錄，最大復用次數(shù)達到15次。
186次火箭發(fā)射中美國失敗2次、部分成功1次，中國失敗2次，歐空局、日本和印度各失敗1次。全年發(fā)射成功率95.7%，略高于2021年。
發(fā)射失利的火箭型號有美國的火箭3和螢火蟲，中國的雙曲線一號和朱雀二號，以及歐洲的織女星-C、日本的艾普斯龍和印度的SSLV火箭。Astra公司的火箭3在2022年共進行了3次發(fā)射，2次失利，只有1次成功，因失敗率太高，技術不穩(wěn)定，該型號已退出發(fā)射市場。值得關注的是，日本在2022年只進行了1次航天發(fā)射，并且失敗，對其后續(xù)發(fā)展勢必會造成一定的影響。
2 新研火箭亮麗登場
美國SLS重型登月火箭經(jīng)過十余年的研制歷程，終于在2022年11月16日首飛成功，將不載人獵戶座飛船及10顆立方星送往月球軌道，執(zhí)行“阿爾忒彌斯-1”任務，SLS也成為萬眾矚目的年度最大亮點。SLS近地軌道運力達95噸，是迄今最強大的現(xiàn)役運載火箭，其研發(fā)費用超過200億美元。SLS重型火箭榮登《時代》周刊2022年度最佳發(fā)明榜單。
圖2 SLS火箭于2022年11月16日點火升空
歐空局新研的中型四級運載火箭Vege-C于7月13日成功首飛，但在12月21日的第二次發(fā)射時二級出現(xiàn)故障，發(fā)射失利。該型火箭還有一個難以解決的問題是發(fā)動機供貨問題，其第四級采用了烏克蘭南方機械制造廠生產(chǎn)的RD-843液體火箭發(fā)動機，俄烏沖突中南方廠被炸毀，該型火箭的后續(xù)發(fā)展存疑。
中國也有多款火箭成功進行了首次發(fā)射，長征六號改、力箭一號、捷龍三號火箭都取得首飛成功，豐富了現(xiàn)役火箭的型譜。
圖3 “力箭一號”發(fā)射升空
圖4 捷龍三號發(fā)射升空
圖5 長六改火箭點火升空
二、深空探測領域1 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡拍攝多幅創(chuàng)紀錄圖像
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是哈伯太空望遠鏡的繼任者，于2021年12月25日發(fā)射升空，2022年1月24日進入拉格朗日L2點運行軌道，經(jīng)過6個月的復雜操作，成功部署，從2022年7月開始正式開始科學探測活動。每隔一段時間NASA就會發(fā)布詹姆斯·韋伯最新的觀測照片，包含遙遠深空的星系、星云、和太陽系外巨行星等。這些觀測照片揭示了迄今最清晰的早期宇宙圖景，拓展人類對宇宙的認知。詹姆斯韋伯太空望遠鏡項目歷時25年，耗資近百億美元，它的體積是哈伯的7倍，但質(zhì)量僅有后者的一半，功能更是比哈勃望遠鏡強大百倍，是有史以來功能最強大、造價最高的太空望遠鏡。該項目具有劃時代的重要意義，標志著人類對宇宙起源的探索研究進入嶄新的時代，同樣榮登《時代》周刊2022年度最佳發(fā)明中榜單，可謂實至名歸。
圖6 “哈勃”和“韋布”拍攝的“創(chuàng)生之柱”對比圖
2 人類首個行星防御任務成功進行撞擊試驗
2022年9月27日，NASA雙小行星重定向試驗（DART）探測器成功撞擊了一顆近地小行星，使小行星偏離了原來的軌道。在撞擊試驗中，DART探測器自主導航至目標小行星Didymos并主動實施撞擊，地面研究人員通過觀測數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，小行星的軌道偏離程度超過預期。此次試驗是全球首個在太空中執(zhí)行撞擊小行星，驗證主動行星防御技術的任務，具有里程碑意義。行星防御關乎人類文明的續(xù)存，此次撞擊試驗的成功使行星防御稱為年度熱門話題，據(jù)報道，中國也在籌備組建近地小行星防御系統(tǒng)。
圖7 DART探測器與迪蒂莫斯小行星系統(tǒng)
3 韓國成功發(fā)射首個月球探測器
2022年8月5日，韓國首個月球探測器——“達努里”（Danuri）搭乘獵鷹9運載火箭發(fā)射升空。本次任務的目標是驗證韓國月球探測關鍵技術，以及“空間互聯(lián)網(wǎng)技術”，支持韓國未來的月球任務。此外，“達努里”探測器獲取的科學探測數(shù)據(jù)也將支持NASA未來的“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃。2022年12月17日，探測器開始切入月球軌道，之后將通過多次機動，最終進入100km的月球極軌道，執(zhí)行為期1年的科學探測任務。未來，韓國還計劃發(fā)射月球著陸和火星著陸任務。
圖8 韓國“達努里”月球探測器
4 群星逐日，太陽探測成績顯著
太陽是人類唯一能仔細觀察的恒星，美國、歐洲和中國等航天大國都開展了對太陽的研究項目，目前在軌運行的太陽探測器有美國的帕克太陽探測器、歐空局的太陽軌道飛行器、中國的“羲和”號以及“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星。這些探測項目的研究成果不斷加深人類對太陽的認知。2022年3月7日，歐空局太陽軌道飛行器在距離太陽約7500萬公里時，剛好處于太陽和地球的中間，拍攝了號稱“有史以來最高分辨率的太陽圖像”。12月13日，“夸父一號”發(fā)布了最新太陽觀測科學圖像，在軌驗證了有效載荷的觀測能力和先進性。此外，印度也計劃在2023年發(fā)射其首個太陽探測器——太陽神 L1（Aditya L1），加入到太陽探測的行列。
圖9 太空軌道器拍攝的迄今最清晰的太陽圖像
三、載人航天領域
1 獵戶座新飛船不載人試飛取得成功，阿爾忒彌斯-1任務成功收官
獵戶座飛船在11月16日發(fā)射升空后，進入大幅值逆行軌道（DRO）繞月飛行半圈，創(chuàng)下載人飛船到達的最遠距離記錄，并于2022年12月11日返回地球，濺落在加利福尼亞州沿岸。此次“阿爾忒彌斯-1” 無人試飛任務在真實環(huán)境中對火箭、飛船、地面系統(tǒng)等進行了全流程綜合測試和認證，標志著美國邁出重返月球的第一步，美國載人航天長期發(fā)展路徑逐漸清晰和穩(wěn)定。后續(xù)，NASA計劃在2024年實施“ 阿爾忒彌斯-2” 任務，獵戶座飛船屆時要首次載人升空，2025 年實施“阿爾忒彌斯-3”任務，實現(xiàn)載人登月并返回地球。
圖10 飛行第1天獵戶座與地球合影
圖11 飛行第6天獵戶座與月球合影
2 新舊空間站太空爭輝
中國空間站2022年取得重大里程碑，全年通過6次發(fā)射完成空間站建造任務。11月3日，夢天實驗艙順利完成轉(zhuǎn)位操作，中國空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成。11月30日，神舟15號與神舟14號兩個乘組在太空會師，中國首次實現(xiàn)6名航天員同時駐站。中國空間站的建成意義重大，標志著中國向航天強國邁出了堅實的一大步。
國際空間站在2022年經(jīng)歷了各種考驗。先是年初俄烏沖突爆發(fā)以來，國際空間站能否安全運營成為人們廣泛關注的焦點。事實上，沖突導致的制裁與反制裁較量波及到幾乎所有俄羅斯與美西方之間的航天合作項目，如火星探測、金星探測、天文觀測等大型項目。唯一未受影響的是國際空間站航天合作項目，但美俄雙方在空間站的延期問題上仍存在分歧。另一方面，國際空間站老舊問題依然很嚴重，在12月15日，?？吭趪H空間站的聯(lián)盟號飛船的冷卻系統(tǒng)發(fā)生泄漏，致使計劃中的太空行走被迫推遲。
圖12 國際空間站上的聯(lián)盟號飛船發(fā)生冷卻劑泄漏
3 國際空間站迎接“全私人”太空游客
商業(yè)太空旅游在2021年正式拉開序幕后，在2022年又創(chuàng)下一個新的里程碑。4月8日，獵鷹9火箭首次執(zhí)行全私人載人航天發(fā)射任務，將搭載4名太空游客的載人龍飛船送入太空，國際空間站首次接待了“全私人”、“全商業(yè)”的太空旅游團。此次任務是由美國Axiom航天公司組織實施的，驗證了商業(yè)公司擁有運送私人航天員往返低軌空間站的能力，是未來低軌空間站商業(yè)化的一次探路。未來，私人航天員任務將成為載人航天計劃的一部分，太空旅游業(yè)的發(fā)展使載人航天的前景更加廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈更加穩(wěn)健。
圖13 首次私人航天員任務乘組
四、衛(wèi)星領域
1 “星鏈”之后是“星盾”，商業(yè)航天“民參軍”
2022年，“星鏈”衛(wèi)星在加速組網(wǎng)發(fā)射的同時，還介入地區(qū)沖突，軍用價值凸顯。在俄烏沖突中，“星鏈”衛(wèi)星為烏克蘭軍隊提供了戰(zhàn)時通信和成像服務，其能力得到充分應用。2022年12月3日，SpaceX公司發(fā)布了新的“星盾”（Starshield）計劃，與主要服務于商業(yè)用戶的“星鏈”系統(tǒng)不同，“星盾”系統(tǒng)將在“星鏈”技術和發(fā)射能力的基礎上，專為美國國防部及其他政府部門提供遙感、保密通信和軍用載荷搭載服務。未來，商業(yè)寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等所有在低地球軌道運營的衛(wèi)星星座直接“參軍”，融入到軍方的衛(wèi)星體系成為趨勢，低軌衛(wèi)星星座的軍用價值不容忽視。
2 俄版“星鏈”開始部署
2022年10月22日，深陷軍事沖突泥潭的俄羅斯通過聯(lián)盟火箭成功部署了“球體”星座的首顆星——斯基泰人-D衛(wèi)星。按計劃，“球體”星座將由大約600顆衛(wèi)星組成，用于提供通信、寬帶互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、地球觀測等服務，預計2028年之前完成部署。“球體”星座被稱為“俄羅斯版星鏈”，據(jù)稱其服務功能與“星鏈”和“一網(wǎng)”星座類似，但性能更加強大。
圖14 俄羅斯“球體”衛(wèi)星星座效果圖
五、2023年看點1 新火箭
2023年的最大看點將是新一代重型運載火箭的集體亮相，拉開新舊火箭更新?lián)Q代的序幕。SpaceX的“星艦”（Starship）于2019年啟動，曾計劃2021年首飛，因自身設計的不斷迭代、“猛禽”發(fā)動機可靠性等各種問題不斷推遲，目前已經(jīng)蓄勢待發(fā)，正處于發(fā)射前的最后準備階段，首飛指日可待。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）的火神（Vulcan）火箭和藍色起源的新格倫（New Glenn）火箭都是基于藍色起源公司研制的BE-4液氧甲烷發(fā)動機，也都是因發(fā)動機不能按期交付推遲首飛時間，隨著BE-4火箭發(fā)動機的日臻完善，火神火箭在2023年進行首飛將毫無懸念，而新格倫火箭的首飛則可能要等到2024年以后。此外， 日本的H-3、歐洲的阿里安6也有望在2023年實現(xiàn)首飛。
圖15 SpaceX的“星艦”（Starship）整裝待發(fā)
2 新飛船
另一個看點將是美國波音公司“星際客船”（Starliner）的首次載人飛行。按計劃，“星際客船”將于2023年4月執(zhí)行載人飛行任務，將NASA航天員送往“國際空間站”。若成功，美國將同時擁有兩艘可運送航天員往返國際空間站的載人飛船，這對提升美國近地軌道載人航天能力具有重要意義。此外，美國內(nèi)華達山脈公司的追夢者號空天飛機也計劃在2023年夏季進行首次發(fā)射，前往“國際空間站”，執(zhí)行貨物運輸任務。
3 新太空望遠鏡
歐空局的“歐幾里德”（Euclid）近紅外太空望遠鏡計劃在2023年發(fā)射，將在日地拉格朗日L2點暈軌道運行，通過觀測100億光年外的數(shù)十億個星系，繪制宇宙的三維圖像，研究宇宙擴張和宇宙結(jié)構(gòu)的形成過程，并探測暗能量、暗物質(zhì)等?！皻W幾里德”是歐空局“宇宙愿景2015—2025”計劃的中型任務，其工作壽命為6年。新太空望遠鏡的加入將進一步賦能宇宙觀測。
4 新星座
2023年，亞馬遜公司的“柯伊伯”星座將正式入場，該星座初期規(guī)劃3236顆衛(wèi)星，低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座的競爭態(tài)勢將進一步加劇。“星鏈”星座將以每周一發(fā)的頻次繼續(xù)快速部署，“一網(wǎng)”星座將繼續(xù)尋求更加多樣的發(fā)射方式，實現(xiàn)發(fā)射目標，“柯伊伯”星座的首批兩顆星計劃于2023年年初部署。未來全年衛(wèi)星部署數(shù)量與在軌規(guī)模有望持續(xù)大幅度走高。
六、結(jié)束語
2022年全球航天活動錄得多個重要里程碑，在運載火箭、深空探測、載人航天和衛(wèi)星等多個領域都呈現(xiàn)出創(chuàng)新發(fā)展的新業(yè)態(tài)，使全球航天活動在大疫三年背景下保持連續(xù)三年加速發(fā)展的態(tài)勢。未來，隨著新火箭、新飛船、新太空望遠鏡的投入實用，人類探索星辰大海的足跡江繼續(xù)向深空延伸。
