國外航天活動總體態(tài)勢
航天發(fā)射計劃受前續(xù)任務實施情況、衛(wèi)星研制進度、天氣等多種因素影響，具有很高的不確定性。北京空間科技信息研究所綜合比對space flight now、wikipedia、space launch schedule、space flight insider、next space flight、precious payload、Gunterspace等專業(yè)網(wǎng)站，以及發(fā)射服務提供商、宇航制造商官方發(fā)布數(shù)據(jù)，以期識別并建立2023年國外航天發(fā)射活動最大包絡，并從中探析全年航天活動總體特點和發(fā)展方向的端倪。
航天發(fā)射總體態(tài)勢活躍，火箭、航天器數(shù)量預期再創(chuàng)新高
2023年，國外火箭發(fā)射次數(shù)和部署航天器數(shù)量將延續(xù)近年來逐年跨臺階的增長節(jié)奏，實現(xiàn)新的突破。根據(jù)當前匯總數(shù)據(jù)，除“星鏈”星座部署安排外，國外火箭發(fā)射次數(shù)有望達到209次，發(fā)射航天器數(shù)量超過510個。按照SpaceX公司宣稱2023年“星鏈”星座延續(xù)每周部署1次、每次部署54顆的節(jié)奏，2023年國外火箭發(fā)射總次數(shù)預計達到261次、航天器發(fā)射數(shù)量超過3300個。
“軌道革命”催生“發(fā)射革命”，大量新型火箭即將首飛
隨著航天在國防、經(jīng)濟發(fā)展中的作用愈發(fā)突出，以及微小衛(wèi)星實現(xiàn)廣泛業(yè)務化應用，世界各國競相發(fā)展低軌應用衛(wèi)星系統(tǒng)，引發(fā)全球“軌道革命”，并進而催生“發(fā)射革命”，一大批商業(yè)小型運載火箭即將陸續(xù)首飛，新興航天國家也積極發(fā)展本國運載火箭。2023年，美國RS1、“星艦”（Starship）、“火神”（Vulcan）、“特蘭”（Terran）、“代托納”（Daytona）、“新格倫”（New Glenn）火箭，俄羅斯“額爾齊思”（Irtysh）火箭，德國RFA、“光譜”（Spectrum）火箭，英國“曙光”（Skyrora）和澳大利亞“鬩神星”（Eris）火箭均計劃實施首飛。此外，英國薩克薩沃德（SaxaVord）航空港、挪威安多亞（And?ya）航天發(fā)射場、瑞典Esrange航天中心也將配合新型火箭投入使用。
低軌互聯(lián)網(wǎng)星座競爭加劇，亞馬遜“柯伊伯”星座正式入場
2023年，低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座競爭態(tài)勢將進一步加劇，“星鏈”衛(wèi)星有望每周進行一次部署，全年部署超過2800顆衛(wèi)星；“一網(wǎng)”星座尋求更加多樣發(fā)射方式，美國、印度火箭預期為其提供5次發(fā)射服務，共發(fā)射160顆“一網(wǎng)”衛(wèi)星。此外，美國亞馬遜公司規(guī)劃的低軌大規(guī)模通信星座“柯伊伯”的首批兩顆原型衛(wèi)星也將于2023年初部署，該星座目前規(guī)劃3236顆衛(wèi)星，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。
國外重大航天任務預示
領域發(fā)展動向
2023年，國外航天在高密度發(fā)射、規(guī)模化發(fā)展的總體態(tài)勢下，各領域呈現(xiàn)出新的值得關注的特點與動向。
通信領域，美天軍部署防護型戰(zhàn)略通信系統(tǒng)和“國防太空體系”傳輸層；商業(yè)低軌互聯(lián)網(wǎng)星座“再添新丁”，亞馬遜公司“柯伊伯”星座將正式加入賽場，使該領域競爭進一步白熱化；Tbps量級超大容量衛(wèi)星、Q/V頻段商業(yè)寬帶衛(wèi)星部署，技術加速突破。對地觀測領域，軍民商系統(tǒng)持續(xù)推進建設，軍用領域更高分辨率、更強能力的下一代系統(tǒng)相繼啟動部署，0.3米級商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)廣泛建設。導航領域，美、俄部署能力更強的新型導航衛(wèi)星，歐洲持續(xù)推進“伽利略”系統(tǒng)建設。導彈預警領域，美國持續(xù)推進高中低軌協(xié)同配合的彈性導彈預警跟蹤體系，“七層體系”跟蹤層0期寬視場衛(wèi)星即將部署。深空探測邁向新高峰，美、俄、日多國密集推進月球探測，歐洲木星冰衛(wèi)星探測，美國小行星探測等任務接連展開；載人航天領域的商業(yè)化進程加速，近地軌道及亞軌道載人商業(yè)業(yè)務將取得新突破。
重點任務概述
本專報研究遴選出2023年20個值得重點關注的重大航天任務，概述其基本情況和主要特點。
■美國亞馬遜公司“柯伊伯”星座完成首發(fā)
2023年初，美國亞馬遜公司規(guī)劃的低軌大規(guī)模通信星座“柯伊伯”的首批兩顆原型衛(wèi)星將發(fā)射，部署至590km的低地球軌道。2顆原型衛(wèi)星將配合“柯伊伯”用戶終端，測試未來業(yè)務系統(tǒng)使用的通信和網(wǎng)絡技術。試驗星將搭載和業(yè)務星相同的多波束相控陣和拋物面天線、供配電和推進系統(tǒng)以及調制解調器，還具備在軌故障檢測能力，在測試任務結束后主動脫離軌道。
■韓國發(fā)射0.3m分辨率的KOMPSAT-7衛(wèi)星
2023年初，韓國航空航天研究所計劃發(fā)射新一代韓國多用途衛(wèi)星-7（KOMPSAT-7）光學成像衛(wèi)星。衛(wèi)星設計壽命5年，搭載高分辨率先進地球成像遙感系統(tǒng)，含有1個全色譜段和4個多光譜譜段，全色分辨率0.3m，多光譜分辨率1.12m，紅外分辨率4m，達到世界先進水平，韓國也由此成為繼美國和歐洲之后第三個擁有0.3m分辨率商業(yè)光學遙感衛(wèi)星的國家。
KOMPSAT-7衛(wèi)星示意圖
■印度發(fā)射太陽神L1探測器
2023年3月，印度將發(fā)射其首個太陽探測器——太陽神 L1（Aditya L1）。探測器由印度空間研究組織研制，壽命5年，攜帶7種有效載荷，在日地拉格朗日L1點暈軌道運行，其科學目標為研究太陽大氣的動力學特性、日冕加熱和太陽風加速的機制、“日冕物質拋射”、太陽耀斑現(xiàn)象以及地球周圍環(huán)境所受到的影響。
■美國下一代“國防太空體系”傳輸層完成0階段星座部署
2023年3月，美國太空發(fā)展局“國防太空體系”傳輸層預計完成0階段星座部署。傳輸層0階段將建設用于“作戰(zhàn)用戶體驗”的最簡系統(tǒng)，通過20顆衛(wèi)星實現(xiàn)區(qū)域（高緯度外）周期性低時延數(shù)據(jù)傳輸，測試不同供應商衛(wèi)星間的互操作性，并向戰(zhàn)術用戶演示基于IBS和Link-16任務數(shù)據(jù)鏈的軍事通信能力，促進戰(zhàn)術用戶啟動自己的數(shù)據(jù)引接項目。
■美國發(fā)射單星容量最大的衛(wèi)訊-3商業(yè)衛(wèi)星
2023年第一季度，衛(wèi)訊-3（Viasat-3）系統(tǒng)首顆衛(wèi)星將由“獵鷹重型”（Falcon Heavy）火箭發(fā)射。衛(wèi)訊-3系統(tǒng)計劃通過3顆地球靜止軌道衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋，具備航空和海事通信服務能力，衛(wèi)星設計壽命20年，單星容量約1Tbps，是迄今為止單星容量最大的商業(yè)高通量衛(wèi)星。首顆衛(wèi)星將覆蓋美洲地區(qū)，第二顆衛(wèi)星覆蓋歐洲、中東和非洲；最后一顆衛(wèi)星覆蓋亞太地區(qū)。
■歐洲發(fā)射“木星冰衛(wèi)星探測器”
2023年4月，ESA將發(fā)射“木星冰衛(wèi)星探測器”（JUICE）。該任務是ESA“宇宙愿景2015—2025”計劃下的首項大型旗艦任務，將于2029年抵達木星，對木星及其三顆衛(wèi)星——木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四進行探測，研究木星大氣、木星衛(wèi)星表面的海洋、磁場等，工作壽命為至少3年。
■美國“星際客船”載人首飛
2023年4月，美國波音公司“星際客船”（Starliner）將執(zhí)行首次載人軌道飛行測試。NASA航天員巴里·威爾莫爾和蘇尼塔·威廉姆斯將搭乘“星際客船”前往“國際空間站”，任務預計持續(xù)7~8天。若該任務獲得成功，“星際客船”將與SpaceX公司“載人龍”飛船共同開展業(yè)務化乘員運輸服務，對提升美國近地軌道載人航天能力具有重要意義。
■美國追夢者號太空飛機首飛
2023年夏季，美國內華達山脈公司追夢者號太空飛機將進行首次發(fā)射并前往“國際空間站”，執(zhí)行約82天無人軌道飛行任務。追夢者號太空飛機設計裝載5t加壓和500kg非加壓有效載荷，同時可下行1750kg貨物。若本次任務成功，內華達山脈公司將正式執(zhí)行NASA授予的第二輪“商業(yè)補給服務”合同，追夢者號太空飛機將與SpaceX公司“貨運龍”飛船、諾格公司“天鵝座”飛船共同開展業(yè)務化貨物運輸服務，同時成為繼“貨運龍”飛船后第二型可重復使用的商業(yè)貨運系統(tǒng)。
■歐洲發(fā)射“歐幾里德”望遠鏡
2023年，ESA將發(fā)射“歐幾里德”（Euclid）近紅外空間望遠鏡，旨在通過觀測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構的形成過程，并探測暗能量、暗物質等。“歐幾里德”是ESA“宇宙愿景2015—2025”計劃中型任務，將在日地拉格朗日L2點暈軌道運行，工作壽命為6年。“歐幾里德”望遠鏡包括服務艙和有效載荷艙兩個組件，其中有效載荷艙包括一臺1.2m的望遠鏡、可見光波長相機和近紅外光譜儀。
■俄羅斯發(fā)射月球-25探測器
2023年7月，俄羅斯將發(fā)射月球-25（Luna-25）探測器。探測器將在月球南極附近著陸，驗證月球軟著陸技術，鉆取月球土壤樣品，探測月球水冰。該任務是俄羅斯自1976年月球-24任務之后、45年以來的首次月球探測任務。此外，由于俄烏戰(zhàn)爭，歐洲終止了與俄羅斯包括月球-25、“火星生物學”等任務在內的合作，原本已經(jīng)安裝在月球-25著陸器上的“領航員-D”（PILOT-D）導航照相機也將應ESA要求被拆除并歸還。
■美國發(fā)射“賽琪”小行星探測器
2023年10月，美國NASA將發(fā)射“賽琪”（Psyche）小行星探測器。該任務是NASA“發(fā)現(xiàn)計劃”的第14次任務，將探測金屬小行星——靈神星（Psyche），幫助解答有關太陽系形成原因等基本問題。靈神星位于火星和木星之間的小行星帶，其上蘊藏大量金屬，可能是早期太陽系形成過程中分裂的更大天體核心的殘余物，也可能是從未融化的原始物質。“賽琪”將于2029年抵達靈神星并進行21個月的科學探測活動。
■日本發(fā)射SLIM月球探測器
2023年，日本將發(fā)射“小型月球探測著陸器”（SLIM）。該任務是日本首次月球表面探測任務，將演示驗證精準月球著陸技術。在下降過程中，著陸器將采用人臉識別系統(tǒng)來識別月球環(huán)形山，并利用之前由“月女神”（SELENE）軌道器收集的數(shù)據(jù)來確定其目前的位置。SLIM著陸器將以100m的精確度，在月球風暴洋的馬呂斯山（Marius Hill）附近的一處熔巖洞入口處實施軟著陸。
■美天軍發(fā)射首個防護戰(zhàn)略通信“增強極地系統(tǒng)-重組”載荷
2023年，美國天軍將發(fā)射首個“增強極地系統(tǒng)-重組”（EPS-R）有效載荷。EPS-R包含2個載荷，旨在填補現(xiàn)役防護通信系統(tǒng)和新一代專用防護戰(zhàn)略通信衛(wèi)星“演進防護戰(zhàn)略衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（ESS）之間的空白，到2030年代之前為北極地區(qū)的戰(zhàn)術用戶提供抗干擾安全通信服務。EPS-R工作于極高頻頻段，支持擴展數(shù)據(jù)速率，搭載在挪威的2顆“北極衛(wèi)星寬帶任務”（ASBM）大橢圓軌道衛(wèi)星上，這是美軍方首次將本國軍事載荷搭載在盟國衛(wèi)星上。
■“手機直連衛(wèi)星”星座取得突破性部署進展
AST空間移動公司（AST SpaceMobile）和領克全球公司（Lynk Global）正在研發(fā)低軌衛(wèi)星星座，通過與現(xiàn)有的智能手機直連來提供通信服務。2023年，兩家公司都計劃加快業(yè)務星座部署。其中AST公司計劃于2023年底部署第一批“藍鳥”（BlueBird）工作星，領克全球公司計劃在2023年底前部署50多顆披薩盒形狀的“領克塔”（Lynk Tower）衛(wèi)星，以將系統(tǒng)重訪時間增加到每15～30分鐘一次。
■美軍發(fā)射NTS-3衛(wèi)星驗證先進天基導航技術
2023年，美空軍實驗室（AFRL）資助的導航技術衛(wèi)星-3（NTS-3）將發(fā)射入軌，衛(wèi)星質量1250kg。根據(jù)AFRL計劃，NTS-3將在地球同步軌道開展為期1年的在軌試驗，測試PNT信號和架構、地面控制系統(tǒng)以及軟件定義的用戶接收機，其中可重新編程是試驗重點之一；此外，美軍將通過NTS-3評估多軌道PNT架構的潛在優(yōu)勢。
■美國“星艦”開展首次軌道高度飛行試驗
2023年，美國SpaceX公司將對“星艦”（Starship）飛船和“超重型”火箭（Super Heavy）進行首次軌道飛行測試，該測試將使用首次配備33臺猛禽V2發(fā)動機的B7原型機和6臺猛禽V2發(fā)動機的星艦S24原型機。“星艦”系統(tǒng)是SpaceX公司開發(fā)的可重復使用超重型運載火箭，若研制成功，“星艦”將超過NASA研發(fā)的“空間發(fā)射系統(tǒng)”（SLS），成為現(xiàn)役運載能力最強的火箭。
■印度“天空飛船”無人首飛
2023年，印度將發(fā)射其首個載人飛船——“天空飛船”（Gaganyaan）。印度已對火箭芯級發(fā)動機、上面級發(fā)動機和火箭助推器進行了相關測試，同時完成了乘員逃逸系統(tǒng)的低空逃逸發(fā)動機（LEM）試驗和集成主降落傘空投測試。“天空飛船”計劃在近地軌道運行7天。印度表示將在完成2次無人軌道飛行測試后，不早于2024年完成首次載人飛行任務。
■美國開展國防太空體系導彈預警演示
2023年，美國太空發(fā)展局將開展0階段導彈預警演示驗證。2020年12月，SDA為“七層體系”0階段的28顆衛(wèi)星（20顆“傳輸層0期”衛(wèi)星和8顆“跟蹤層0期”寬視場衛(wèi)星）購買了2次SpaceX公司的獵鷹-9火箭發(fā)射服務，28顆衛(wèi)星部署后一起開展體系級導彈預警及跟蹤演示試驗，跟蹤層在沒有預先提示或其他先驗信息情況下，探測并跟蹤先進威脅，通過傳輸層傳送給用戶，從而演示驗證先進的高超跟蹤能力。
■德國建成下一代軍用成像測繪一體化雷達衛(wèi)星星座
2023年，德國計劃發(fā)射SARah-2/3衛(wèi)星，與2022年6月發(fā)射的SARah-1衛(wèi)星實現(xiàn)三星組網(wǎng)。SARah是德國現(xiàn)役“合成孔徑雷達-放大鏡”（SAR-Lupe）五星星座的換代系統(tǒng)，由1顆SARah-1主動衛(wèi)星和2顆SARah-2/3被動衛(wèi)星編隊飛行。SARah星座是一個“一發(fā)多收”的分布式多基地SAR系統(tǒng)，采用與TerraSAR-X雙星任務類似的編隊飛行控制技術，同時具備垂直航跡基線和沿航跡基線，可實現(xiàn)高精度數(shù)字高程模型測量和地面動目標檢測。
■美國新一代光學衛(wèi)星“世界觀測軍團”完成6星部署
2023年，美國“世界觀測軍團”（WorldView Legion）計劃完成六星星座部署。Legion衛(wèi)星系統(tǒng)中4顆部署在中傾角軌道，傾角約50°，2顆部署在太陽同步軌道，軌道高度450km，實現(xiàn)全球覆蓋與熱點地區(qū)圖像采集能力兼顧，星座重訪周期達到每日15次。Legion衛(wèi)星全色分辨率為0.29m，多光譜分辨率1.16m，幅寬9km，圖像定位精度5m，側擺掃過地面200km用時僅為10s。Legion星座完成部署后，將在軍事偵察、作戰(zhàn)演習仿真、自動駕駛等領域具有廣闊的應用前景。
2023年，世界航天活動大幕即將拉開，主要航天國家和地區(qū)持續(xù)保持蓬勃發(fā)展態(tài)勢，新興航天國家大力發(fā)展本國獨立運載能力，航天活動將在更大范圍展開。更多國家、更多型運載火箭系統(tǒng)、更強能力的航天器系統(tǒng)，將進一步推動世界航天高位發(fā)展，值得高度關注。
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