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2023 中國航天:激揚奮發 邁上新征程

2024-01-18 07:05楊詩瑞
太空探索 2024年1期
關鍵詞:載人火箭航天

文/楊詩瑞

2023 年,中國航天在運載火箭、載人航天、應用衛星、深空探測等領域創新突破,持續取得重大成就,大步邁向高水平自立自強。隨著空間站進入應用與發展新階段,新的重大工程啟動實施,載人登月、小行星探測等規劃立項出臺,中國航天事業發展邁出堅實步伐,取得了一系列舉世矚目的成就。

▲ 捷龍三號火箭海上發射瞬間

火箭動力屢創紀錄

在這一年里,中國航天發射呈現強勁態勢,進入空間能力穩步提升,運載能力、成功率和可靠性穩居世界前列。

高密度發射有序,頻次再創新高。2023 年,中國航天入軌發射67 次,其中長征系列火箭發射47 次,全部成功,累計發射超過500 次,而且第五個100 次發射用時僅2 年,再創紀錄?!翱熘垡惶柤住薄敖蔟埲枴薄傲惶枴薄疤忑埗枴薄肮壬裥且惶枴薄半p曲線一號”等火箭發射均有斬獲。

新型火箭試飛成功,多型火箭刷新紀錄。2023 年,長征四號系列火箭創下百次發射紀錄。長征二號丁火箭“1箭41 星”圓滿成功,刷新了中國航天一箭多星紀錄。天龍二號火箭成為中國首型成功入軌的商業航天液體火箭和全球首型采用煤基航天煤油的火箭?!爸烊付枴眲t成為全球首型入軌的液氧甲烷火箭,并在年底再次發射,運送3 星入軌。谷神星一號海射型火箭首開中國民營商業火箭海上發射先河。雙曲線二號液氧甲烷驗證火箭全尺寸一子級連續開展垂直起降與復用飛行試驗,取得圓滿成功。

亞洲最大火箭發動機試驗臺建成,發動機試驗取得重大突破。發展航天,動力先行。在這一年中,700 噸液體火箭發動機試驗臺在銅川建成并考臺試車成功,可兼顧液氧煤油、液氧甲烷等發動機創新研制試驗需求,填補了中國大推力液體火箭發動機試驗設施“空白”,將有力保障中國重型運載火箭、載人登月、深空探測等重大工程順利實施。

130 噸級泵后擺液氧煤油發動機第六次試車成功,創造了中國百噸級發動機單臺試車時長的新紀錄,將用于載人登月火箭的芯一級和助推器。大推力補燃循環氫氧發動機半系統試驗圓滿成功,為重型火箭研制提供了有力支撐。此外,天兵科技公司的110 噸天火-12 液氧煤油發動機完成第二次全系統熱試車,航天科工火箭公司的70 噸級液氧甲烷發動機完成200 秒全系統長程熱試車,九州云箭公司的云龍發動機可靠性測試突破萬秒,都有望為未來低成本、高頻次進入空間提供動力支持。

載人航天瞄準更遠

隨著中國空間站進入應用與發展階段,空間站組合體在軌穩定運行,航天員長期駐留、在軌輪換,常態化開展空間科學實驗和運行維護任務,不斷產出重要成果。此外,中國載人登月任務全面啟動,分系統研制建設加緊推進。

空間站運行效益優化,在軌實驗持續產出。2023 年,中國載人航天工程實施天舟六號貨運飛船、神舟十六號載人飛船、神舟十七號載人飛船共3 次發射任務,以及2 次載人飛船返回、1 次貨運飛船受控再入任務。由于持續優化改進,貨運飛船發射需求由1年2 次優化為2 年3 次,有效降低了運輸成本。

空間站環控生保系統穩定運行,氧氣資源實現100%再生,水資源閉合度超過95%,每年減少上行補給6噸,主要技術指標達到世界領先水平??臻g站還首次開展電推進系統氣瓶在軌安裝,“換氣”完成電推進劑補充,有助于空間站長期維持軌道,提高運行效益。

神舟十五號載人飛船乘組在2 個多月內4 次出艙,刷新了中國航天員單個乘組出艙活動紀錄,圓滿完成艙外擴展泵組安裝、跨艙線纜安裝接通、艙外載荷暴露平臺支撐桿安裝等任務,為開展大規模艙外科學與技術實驗奠定基礎。神舟十六號載人飛船乘組首次出現航天駕駛員、飛行工程師、載荷專家組合,開展人因工程、航天醫學、生命生態、生物技術等多項科學實驗,邁出了載人航天工程從建設向應用、從投入向產出轉變的重要步伐。

▲ “神十六”航天員拍攝中國空間站全景照

在軌實驗(試驗)中,燃燒科學柜實驗系統首次點火測試;空間站雙光子顯微鏡項目首次在航天飛行中獲取了航天員皮膚表皮及真皮淺層的三維圖像,為航天員在軌健康監測提供了新工具;首次開展艙外輻射生物學暴露實驗,為人體生物體輻射損傷、輻射防護藥品制備、輻射風險生物學評估等提供支持,對保障航天員在軌健康駐留等具有重要意義;首次在軌觀測導電環磨屑產生過程和團簇現象,對改進航天器空間導電環產品設計、保證航天器在軌穩定運行奠定了良好基礎;完成中國首次液態金屬熱管理在軌試驗,在未來星表核電站、深空探測器核電源、超大功率載荷的散熱系統等空間任務中具有廣闊應用前景。

載人登月任務全面啟動,研制建設工作快速推進。2023 年,中國載人月球探測工程登月階段任務全面啟動實施,預定2030 年前實現航天員首次登陸月球,開展月球科學考察及相關技術試驗,突破掌握載人地月往返、月面短期駐留、人機聯合探測等關鍵技術,完成“登、巡、采、研、回”等多重任務,形成獨立自主的載人月球探測能力。為此,地面支持系統,重型火箭、載人登月飛船、載人月面著陸器、月面支持設備等諸多關鍵技術和系統的研制建設工作正在快速推進。

此前,在空間站試驗中,中國首次完成空間高效自由活塞斯特林熱電轉換試驗裝置試驗,熱電轉換效率等綜合技術指標達到國際先進水平,有望為載人登月等深空探測任務的空間新能源技術研究提供支撐。

應用衛星全面“開花”

2023 年,中國通信、導航、遙感等業務衛星持續部署,向精細化、星座化、體系化等方向邁進,不斷拓展業務范圍,穩步提升泛在通聯、精準時空、全維感知的空間信息服務能力,廣泛服務于各領域。

通信廣播衛星持續部署,低軌互聯網衛星積極試驗。中星26 號衛星是中國首顆超過100Gbps 容量的高通量通信衛星,與中星16 號、中星19 號等衛星組網,初步建成完整覆蓋中國國土全境及“一帶一路”共建國家沿線重點區域的高軌衛星互聯網。

▲ “神十五”航天員出艙瞬間

亞太6E 衛星填補了東南亞地區寬帶通信市場“空白”。中星6E 衛星首次配置第四代數字透明處理器,成為中國新一代廣播電視傳送衛星。龍江三號衛星是中國首顆平板式新體制低軌寬帶通信衛星,突破了再生式低軌星地高速通信、平板式衛星平臺等關鍵技術,為衛星互聯網建設提供技術支撐。此外,3 批次互聯網技術試驗衛星先后發射入軌,驗證了衛星互聯網技術的可行性與有效性,為大規?!靶蔷W”建設奠定基礎。

▲ 中國航天員登月想象圖

▲ 國際月球科研站概念圖

“北斗”再上新,應用不斷拓展。2023 年,第56~58 顆北斗衛星發射入軌,實現了對現有星座中靜止軌道衛星的在軌“熱備份”,增強了系統可用性和穩健性,有助于用戶快速高精度定位。北斗系統還加入國際民航組織標準,成為全球民航通用的衛星導航系統?!氨倍贰痹谌虬霐狄陨蠂液偷貐^推廣應用,終端規模已達數千萬量級,每天有數千萬用戶數、億次量級使用定位導航功能。

遙感衛星“多線并進”,對地觀測穩步升級。在這一年中,遙感系列衛星、高分十三號02 星與試驗十九號、試驗二十二號、試驗二十五號等衛星相繼發射升空,用于國土普查、城市規劃、土地確權、路網設計、環境探測、農作物估產和防災減災等領域。風云、云海系列3 星入軌,用于氣象預報預測、氣候變化應對、大氣海洋環境要素探測、空間環境探測等任務。天繪六號A/B 星發射升空,用于地理信息測繪、國土資源普查和科學試驗研究等任務。

中國新一代海洋水色衛星則是世界首顆針對全球多種水體、采用多種探測手段的高精度海洋水色觀測衛星,為主要航道、海上熱點地區、重要港口等提供及時的遙感信息服務。陸地探測四號01 星、環境減災二號06 星等發射入軌,提升了對地雷達觀測能力,完善了天基災害監測體系,能夠滿足中國及周邊區域防災減災、地震監測、環境保護等行業應用需求。

新型衛星涌現,探索智能化應用。澳門科學一號A/B 星發射后,助力高精度地磁場探測研究。軟件定義衛星天智二號D 星發射入軌,測試衛星功能軟件化、智能化,提供各類定制化服務?;ヂ摼W智能遙感科學實驗衛星珞珈三號01 星搭載了具有面陣推掃、面陣推幀、視頻凝視等多種成像模式的輕小型遙感相機,能夠按用戶需求提供多類型觀測數據。

深空探測蓄勢待發

2023 年,中國月球和火星探測任務持續取得新成果,推動前沿探索和基礎研究。探月工程四期和行星探測工程全面啟動,“嫦娥六號”蓄勢待發,“天問二號”推進研制,國際月球科研站向各國發出合作倡議,“探月朋友圈”持續擴大。

月火探測持續產出成果。嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車運行已超過4 年,工況良好,能量平衡,持續發布科學數據。嫦娥五號團隊榮獲國際宇航科學院的最高團隊榮譽“勞倫斯團隊獎”,月球科研樣品正式面向國際開放申請。中外科研團隊借此不斷揭示著月壤礦物成分、物質起源和月球地質演化等領域的新發現。

天問一號環繞器、祝融號火星車獲取的科學數據不斷發布,幫助人類深入認知火星。中國發布火星全球影像圖,為進一步開展火星探測工程和科學研究提供了質量更好的基礎底圖。祝融號火星車發現,火星低緯度表面存在液態水活動跡象,對探索火星氣候演化歷史、尋找生命存在提供了重要線索。利用人工智能技術,中國科學家研究火星制氧取得收獲。

探月工程穩步推進,“朋友圈”日益擴大。當前,鵲橋二號中繼星和嫦娥六號探測器研制工作正在推進中,將于2024 年發射,實施人類首次月背采樣返回任務。嫦娥八號探測器任務國際合作機遇公告發布,計劃于2028年前后發射,開展月球原位樣品分析及資源就位利用、月表環境小型封閉陸生生態系統實驗與研究,并與嫦娥七號探測器等共同組成國際月球科研站基本型。

中國持續推進國際月球科研站大科學工程,向全球發出合作倡議,先后與南非、亞太空間合作組織、阿塞拜疆、委內瑞拉、白俄羅斯、巴基斯坦、埃及等國家和組織簽署合作協議,共同拓展人類認知疆域,為和平利用太空、推動構建人類命運共同體作出貢獻。

▲ 中國通信衛星家族不斷壯大

▲ 朱雀二號火箭連續成功發射

小行星探測任務立項,行星科學研究再添利器。天問二號任務已獲國家批準立項,將在2025 年發射小行星探測器,從近地小行星2016 HO3采樣返回,并前往主帶彗星311P 開展伴飛探測,目前探測器已完成初樣研制。

墨子巡天望遠鏡位于青海冷湖賽什騰山天文臺址,是北半球光學時域巡天能力最強的望遠鏡,可監測移動天體和光變天體,高效搜尋和監測天文動態事件,進而在高能時域天文、太陽系天體普查、銀河系結構和近場宇宙學等領域發揮重要作用?!爸袊鴱脱邸倍诖笠幠7植伎讖缴羁仗綔y雷達項目在重慶開工建設,將建設25 部30 米孔徑雷達,實現對千萬級千米外的小行星探測成像,為近地小行星撞擊防御任務和行星科學研究提供支撐。

商業航天盡顯活力

2023 年,中國商業航天發展顯著提速,火箭發射與衛星組網表現活躍,服務能力穩步增強,應用領域不斷拓展。在政策扶持和社會資源助推下,商業航天正在成為推動中國航天高質量發展的重要力量。

發射能力躍上新臺階。天龍二號火箭成為國內民營商業液氧煤油入軌第一箭,朱雀二號火箭成為全球甲烷入軌第一箭且連續2 次成功,極大提振了業界信心,促使商業航天進入“液體火箭下半場”。

在固體火箭方面,“力箭一號”成功“一箭26 星”,技術狀態成熟度和可靠性不斷提升;“谷神星一號”完成全球首次無依托陸海通用機動平臺發射,以及國內民營商業火箭首次晨昏軌道發射,全年發射7 次,進入高密度發射狀態。

總體來看,中國商業火箭進入高速發展期。全國首個商業航天發射場——海南商業航天發射場完成硬件設施建設,火箭裝配廠房、衛星總裝測試廠房等投入使用,預計2024 年進入常態化運營,提升發射能力,承攬國內外發射任務。

▲ 吉林一號系列衛星開展星地激光通信試驗示意圖

星座迅速擴展,提供多領域服務。吉林一號系列在軌衛星數量超過100顆,為農林、氣象、海洋、資源、環保、城市建設及科學試驗等領域提供了豐富的遙感數據和產品服務。低軌衛星物聯網天啟星座完成24 星部署,為全球用戶提供空天地海四位一體的衛星窄帶物聯網數據通信應用服務,服務于海洋牧場、智能集裝箱、森林防火等行業。

天目星座10 星入軌后,建成中國首個以商業化模式建設的低軌氣象衛星系統,開展海洋、大氣層、電離層一體化立體業務探測,為航空、航海等專業活動提供氣象信息保障。交通VDES 衛星系統10 星組網,可提供覆蓋全球的衛星物聯網通信服務和飛行器監管服務,為海上智能航運通信、海洋態勢感知、智能海洋探測提供保障。

試驗衛星蓬勃發展,展示創新活力。吉林一號系列衛星成功開展星地激光通信試驗,這是中國首次獨家自主完成業務化應用星地激光高速圖像傳輸試驗。宏圖一號商業遙感衛星4星組網,合成孔徑雷達高精度地形測繪數據產品放眼國際仍有獨特優勢。

靈犀03 星是低軌通信衛星,國內首次采用了柔性太陽翼,應用多項創新技術,將為巨型低軌通信星座快速部署提供技術支撐。西光壹號01 星成為目前國內光譜分辨率及地元分辨率最高、功能最多的100 千克級高光譜紅外綜合觀測衛星,具備探測成像一體、多條帶、多目標、凝視等12 種成像模式及高速數據傳輸能力。

展望2024 年,中國航天將錨定航天強國建設目標,開啟更高質量、更高效率、更高效益的發展新征程。預計長征系列火箭將刷新紀錄,商業火箭發射頻次挑戰新高,載人航天工程將執行4 次飛行任務,“夸父”“羲和”在第25 周太陽活動峰年有望“大顯身手”,“鵲橋二號”與“嫦娥六號”沖擊下一個探月里程碑……

總之,中國將全面提升科學認知、自由進出、高效利用、有效治理太空的能力,不斷創造更美好的未來,為人類和平利用太空作出新貢獻。

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