美国俄罗斯欧洲日本印度发展综述

1、1美国l1出台“太空探索新构想”2004年1月15 r,美国总统布什宣布了“太空探索新构想”，称美国要实现探索太空 的3个新冃标：在2010年前完成“国际空间站”(iss)的建设；在2008年前研制和 试验“乘员探索飞行器”(cev),并在2014年前完成首次载人任务；在202()年前重返月 球，作为更长远太空探索计划的跳板。为了响应这一构想，美国航空航天局(nasa)于2004年1月15日宣布对其管理机构 进行部分重组，设立了探测系统办公室(负责cev以及新型推进技术等项目的研究和开发 工作)，并将航空与航犬技术的管理分离。此外,nasa还调整了部分航天项目以适应新预算, 其屮涉及可重复使用

2、飞行器的内容包括：逐步停止或转移“轨道空间飞机”(osp)计划、下一代发射技术(n glt)计划和开发 rlv技术计划的资金；为cev项目提供4128亿美元的经费。取消rs-84可重复使用火箭发动机和x-43c高超声速飞行验证两个研究项冃；推 迟x-37轨道飞行器的研制项口。2005年为航天e机和iss项目提供43亿美元的资金，其中2亿美元用于航天0机 的复飞;2007年前投资618亿美元用于改进航天飞机。2005年9月19 li, nasa正式表态,将耗资1040亿美元于2018年重返月球。cev将 作为月球探测系统的核心组成部分。1.2颁布新航天运输政策2004年12月21日，布什总统为美

3、国航天运输计划和活动签署、发布了新的国家政策, 该政策完全取代了 1994年颁布的国家航天运输政策以及1996年公布的综合航天运输计划 中的相关内容。新航天运输政策的目标包括：确保美国航天运输能够提供可靠的、经济上可承担的太空 进入能力，包括进入太空、太空转移和从太空返验证有效地、快速进入和利用太空的初 始能力，即为了支持国家安全的需要，在选定能力遇到不可预期的损失或降级时，能够快速 反应，及时、有效地提供修改的能力或提供新能力；发展使人类太空探索超越近地轨道的航 天运输能力，使其少2004年1月15日颁布的新构想一致；持续开展核心技术研发计划, 显著捉高下一代航天运输系统进入太空、太空转移和

4、从太空返回的可靠性和反应能力，逐步 降低成本并尽快实现这种能力；鼓励和推动美国商业航天运输业的发展，加快实现国家安全 和民用航天运输目标，提高工业部门的国际竞争力;支持和促进国内航天运输的工业基础, 如发射系统、基础设施和人力资源，适应美国政府冃前所面临的国家安全问题和民用需求。为了实现上述目标，美国将采取以下措施：确保进入太空。2010年前应验证满足国家 安全所需要的有效、快速进入和使用太空的初始能力。在“改进型一次性使用运载火箭” (eelv)计划的基础上发展屮、重型有效载荷的运载工具。空间探测方面。具重点是使川 eelv改进型來满足空间探测的要求。航天运输能力转变方而。强调从进入a空转变

5、为进 入并利用太空。人幅度提高下一代航天运输系统的可靠性、反应能力并降低成木，同时发展 自动交会与对接、部署能力、维修、在轨回收有效载荷及飞行器等太空运输能力，以适应航 天运输能力及空间导航能力的转变。商业航天运输方血。尽可能购买美国商业领域提供的 航天运输产品和服务。航天运输业和技术基础方面。使用美国制造的运载器发射美国政府 的有效载荷。防止多余的弹道导弹扩散并适当利用。多余的弹道导弹只能由美国政府保存、 使用和销毁，利用弹道导弹发射冇效载荷要经过严格审查。1.3航天飞机目前，美国可使用的航天飞机包括奋进号、发现号和亚特兰蒂斯号。山于哥伦比亚号航 犬飞机失事的影响以及航大飞机安全改进项目进展

6、不如人意，nasa多次推迟了航犬飞机 的发射时间，最终发现号于北京时间2005年7刀26 li重返太空。这次飞行试验了 3种修 补方法：航天员进行太空行走，用填缝枪将灰状材料注入航天飞机机翼前缘的裂缝屮后抹平; 航天员进行太空行走，将油漆状液体热防护材料涂抹在受损的隔热瓦上；航天员在机舱内将 炭塞插入机翼前缘的缝隙中。出于安全方而的考虑，另外2种修补技术暂不进行试验。这2 种技术分别是:用填缝枪将微红色粘性物质注入受损隔热乩内；用绝缘材料填充裂缝示将耐 热的柔性透明垫片施压覆盖在受损区域。航天飞机首次复飞暴露出不少问题，因此nasa正在积极进行研究改进，并计划 在2006年3月以后进行笫2次复

7、飞。1.4乘员探索飞行器(cev)“太空探索新构想”公布后,nasa于2004年2月17日宣布终止osp的研究,并决 定在osp和nglt计划的棊础上研制cev。cev纳入了 “星座工程”，由新成立的探 测系统办公室负责管理。预计总研制经费为150亿美元，其中未来5年约为66亿美元。 cev的主要任务为：将航天员送入近地轨道以外的太空，并完成相应的探测和科学任务; 在航大飞机退役后承担向iss运送航犬员的任务。因此，研制、试验和运行cev将成为 nasa未來1020年的工作重点。2004年，nasa制定了 cev的技术要求，但是未确定cev的具体设计方案，其外形 可能采用类似“阿波罗”太空舱外

8、形的设计方案，当然也不排除带翼的可能性。cev项目刚刚启动时，洛马、诺格和轨道科学公司组成了联合小组，继共同竞争osp 方案之后，再次联手竞争cev方案。波音公司也提出了白己的cev方案。后來参与cev 竞争的联合小组有所变化。波音和诺格公司宣布合作竞争cev样机的研制工作，两家公司 计划轮流作为该项冃的主承包商。而轨道科学公司也表示不会直接参与竞标，而是作为洛马 公司的子承包商来参与竞标。洛马公司的cev队伍成员包括美国空间联盟、霍尼韦尔公司、 轨道科学公司、汉密尔顿森斯特蓝德公司(hamiltonsunst rand)和欧洲航空航天防务公司 (eads)的航天运输公司。虽然联合小组发生变化

9、，但洛马公司一直按部就班地展开研制工 作,2004年7月该公司成功进行了一系列下落试验，验证了 cev乘员舱返冋地球所需的软 着陆技术。2004年9月，nasa曾授予8家公司价值300万美元的cev前期研制的合同,并希望 各竞标商在2005年年初拿出cev的研制方案。nasa将从中选择两家承包商來研制cev 样机，并在2008年首飞。首飞后，nasa将选出一家作为主承包商。2005年3月1日, nasa发布了 cev的方案征求书(rfp),其截止日期为2005年5月2丨i,方案确定时间 为2005年9刀。cev的制造合同完全通过竞标的形式授出，执行阶段从2005年9 - 2008 年12月。另

10、外,cev将分阶段进行研制。作为第1阶段合同的一部分，承包商们将进行演 示飞行验证以降低2014年首次进行载人飞行的风险，并将于2008年确定一个主承包商, 随后第1阶段工作宣告结束。2005年7月12 h,nasa正式将两份cev合同授予了洛马公司领导的联合小组以及 诺格公司与波音公司组成的联合小组，以支持将在2006年7刀进行的cev工程系统评佔。 两份合同为期8个月，每份合同价值2800万美元。在合同期间，承包商除了进行工程研制 以支持cev系统评估外，还将继续开展nasa下一代载人航天飞行器的设计工作。nasa明确表示，将在大推力、可靠性强的航天飞机推进部件基础上研制用于发射cev 的

11、新型发射系统。该发射系统包括两种运载火箭。一种用于发射cev载人进入太空执行重 返月球任务。该火箭由1个航天飞机固体火箭助推器和1个由航天飞机主发动机提供动力 的第2级组成，近地轨道运载能力为25t o另外一-种运载火箭为不载人重型火箭，由2个较 长的5段式航天飞机固体火箭助推器和5台航天飞机主发动机组成，能够将125t的有效载 荷送入近地轨道，主要川于月球货物运输和火星探测。虽然这种运载火箭设计川于运输货物, 但改装后也可用于运输人员。nasa的最终目标是利用新航天器抵达遥远的火星，但目前没有确切的时间表。cev 将取代计划于2010年退役的航天飞机，但这一时间不会早于2012年，最晚可能到

12、2014 年。1.5下一代发射技术(n glt)项目为了发展未來航天发射系统,nasa于2002年成立了 nglt项目办公室。nglt项 fi分为推进技术、运载器和关技术以及系统分析与管理3个主要部分。虽然新构想宣布逐 步停止或者转移osp.nglt和开发rlv技术计划的资金，但是除了 rs84和x43c计 划被取消外,2004年nglt项目并没有受到实质性的影响，相反nglt推进项目和运载 系统技术的验证机项目均取得了一定进展。151反作用控制系统(rcs)推力器rcs推力器的研制工作是由诺格公司航天技术部在2001年获得的n gl t合同下进 行的。2004年3刀，诺格公司成功试验了用于下

13、一代rlv的rcs推力器。这种新型推力 器由纯钳银合金制成，燃烧液氧和乙醇混合的无毒燃料，不再需要陶瓷防护涂层。具安全性、 可靠性人幅度捉髙，成本可以负担得起。rcs推力辭脉冲性能和稳态点火性能试验证明，该 推力器的性能达到了技术要求。1.5.2综合动力头验证(ipd)计划ipd是n gl t推进技术七种方案之一。ipd发动机采用了新材料以及静压轴承等先 进的火箭推进技术，可重复使川，推力为1135rn ,是美国第1台氢氧燃料、全流程和分级 燃烧的可重复使用发动机。2004年11月，波音公司洛克达因推进和动力分部的工程师们已 开始为ipd试验做最后的准备工作，并于2005年4刀在斯坦尼斯航天中

14、心完成了 ipd发 动机的点火试验。1.5.3x-43ax43a的第1次飞行试验失败后,nasa 一方而成立了事故调查委员会，对事故原因 提出了多项纠正措施，以降低未来试飞的风险，另一方而积极着手准备第2次和第3次的 飞行试验。2004年3月28 h, nasa成功进行了 x - 43a的第2次飞行试验。b - 52战略轰炸 机起飞1个多小时后从空中发射了 “飞马座”火箭，翼展115m、长316m的乂43a试验 飞行器被运到了 3015km的高空，之后x-43a超燃冲压发动机点火与“飞马座”火箭分离, 以近8()()()km/ h的速度飞行了 22km示坠入太平洋o x - 43a的第2次飞行

15、试验，以约7md 创造了飞行速度的世界新纪录。此次飞行试验共花费了 1185亿美元，主要目的是检验新型 超燃冲压发动机的技术性能。试验表明，以氢为燃料的发动机基本达到了计划要求,进一步 改进后有望达到10000km/h的速度。2004年11月16 fi,x43a进行了笫3次试验飞行, 接近10md的速度成功验证了吸气式发动机的性能，飞行速度的世界纪录再次被改写。试验 数据初步显示，超燃冲压发动机以接近918m。的速度成功e行了 177000kmo x -43a的0 行试验推进了 nasa空间探测计划的发展，同时也将推动商业航空技术的发展。1.5.4x-43cx43c项目于2001年启动，预计投

16、资115亿美元，计划持续到2009年。nasa原 计划在20032005年完成x-43c的设计与建造,并于2007年进行飞行试验。在x - 43a 第2次飞行试验的前几天，即2004年3月19 h, nasa以与新太空政策关系不人为由取 消了 x - 43c计划。计划取消时，该项冃已进入了概念设计阶段，其地面验证发动机已于 2003年7月成功进行了地面试验。1.5.5低温复合材料贮箱技术依据nglt授予的合同，诺格公司与马歇尔航天飞行屮心的工程师们圆满完成了低温 复合材料贮箱的冇关试验。该试验始于2003年11刀，2004年8 j1 9 li结束，历时9个刀, 总耗资约为3000万美元，最终目

17、的是研制用于单级入轨飞行器的大型复合材料贮箱。试验 结果表明：新型复合材料低温贮箱可以重复使用，貝有良好的结构，能够承受燃料重复加注 与模拟发射周期所带来的机械力与热应力，可作为安全、可靠的液氢储存容器。与普通的铝 材料贮箱相比，该贮箱的质量也减轻了 1()%25%,能够装载更多的有效载荷。1.6 主交会技术演示”(dart)试验虽然osp计划被取消了，但是作为osp的三个飞行验证器z的dart计划仍在进 行。nasa原计划在2004年11月9日由改进后的“飞马座”火箭将dart卫星发射升空, 在白主控制的状态下追赶质量为48kg> 1999年发射的“多波束超视距通信微小卫星” (mub

18、lcom)。靠近近地轨道时,dart卫星与mublcom卫星的最近距离为5m。dart 卫星质量为36312kg,长1183m，任务耗资9500万美元。该系统计划用在未来的载人飞行器 上，与空间站补给飞船或“月球2火星探测”计划屮的航天器进行对接。nasa计划通过此 项冃掌握飞船在太空轨道上的自动对接技术。迄今为止，美国一直依靠航天员人工操作实现 飞船对接，而俄罗斯多年之前就己掌握并使川了自动对接技术。此次试验最终推迟到2005年4月16 h进行。然而dart卫星在轨执行任务的过程 中出现了异常。它在发射后成功地进行了会合，z后本该在距离ii标卫星5m的范围内进行 一些机动来检验对接技术，但是

19、当机载计算机判断出卫星没有足够的推进剂以进行这些机 动操作时，就自动进入了休眠状态，提前终止了任务。nasa成立了故障调查委员会以确定 dart卫星异常的原因。该计划的项目经理称,dart的部分技术己经得到了验证，但不包 括航天器自主交会的关键机动操作技术。1.7 “快速反应小运载量可支付发射”(rascal)项冃rascal项h v 2002年3月启动，旨在研制由高速飞行器投放的低 成本小型运载器。该项目山航天发射公司负责，按照计划，一次性使用运载器山高速飞行器 携带至6()km的高空后分离，z后将小卫星送入预定轨道o rascal预计可将质量为150kg 的卫星送入近地轨道，并在24h内发

20、射升空，发射费用为1万美元/ t克。rascal项目计 划分2个阶段进行研制，到目前为止，第2阶段的设计研发工作已经完成。2005年2月，美国国防高级研究计划局(darpa)宣布取消该计划，将工作重点转向 “兵力运用与本土发射”(fal2con)计划，研发低成本快速反应运载器。1.8 “兵力运用与本土发射”(falcon)计划2004年以前，nasa 一宜与美国空军合作开展可重复使用飞行器的研制活动，但2004 年以后,nasa与空军开始分道扬锻，各自独立进行相关研究。nasa重点硏制cev，而空军则着重发展“空间操作飞行器”(sov)和“空间机动 飞行器” (smv),这在美国空军2003年

21、11月公布的"转型飞行计划” (tfp)和2004年 11月公布的新版tfp小均有所体现。tfp计划明确捉出研制一种实吋调用、具有空间运输与作战能力的sov和能在轨道上 停留并可携带武器对地面冃标实施攻击的smvo sov可重复使用，能在各种弹道轨迹上飞 行，执行范围广泛的空间控制任务。sov在军事上的作用非常突出，它能在48h内将smv、 “通用航空器”(cav)或者普通载荷发射升空，具有按需快速升空、高发射率、任务间隔时 间矩和类似飞机的操作等特点。具体落实到研制计划上,darpa和美国空军正在联合执行falcon计划，旨在开发和 验证一整套技术，使美国能够实现全球快速打击的近、

22、远期目标，同时验证低成本空间运输 能力。falcon计划的近期目标是研制ii! cav和“小型运载火箭” (slv),远期目标是研 制“超声速巡航飞行器”(hcv)。2004年，falcon计划第1阶段的任务已经完成，但方案研究结果尚未公布，而第2 阶段2项任务的承包商也已基本选定。1.8第2阶段任务1 研制“小型运载火箭” (slv)2004年5月,darpa公布了 fal2con计划笫2阶段任务1的招标要求° 2004年9 刀中旬，darpa和美国空军向4家研制slv样机的公司提供了资金：空中发射公司约为 1137万美元 洛马公司航天系统分部约为1169万美元；微宇(micro2

23、cosm)公司约为1050 万美元；空间探索技术公司约为800万美元。根据合同，每家公司将利用10个月(阶段2a)来进行slv样机的初步设计和研制工作。 2005年，darpa和空军将从4家公司中选择一个或多个，进行slv的详细设计和制造(阶 段2b)工作。2007年前,slv将发射小卫星以验证其性能。合同规定，空间探索技术公司负责slv早期快速反应发射演示。dapra之所以将合 同授予该公订j,是因为其自行研制的“猎騰” (falcon)火箭在“作战及时响应型太空试验” (orse)计划中引起了 dapra的注意。dapra将其选为合同承包商，要求该公司在研制 falcon火箭的基础上为fa

24、lcon计划的任务1设计开发slv。ifij falcon火箭本身并非 falcon计划的组成部分，也不是slv任务的研制成果，只是二者在名字上恰巧重合。 18.2第2阶段任务2 “高超声速武器系统” (hws)2004年8刀，darpa和美国空军授予洛马公司航天系统分部价值836万美元的合同。 在该合同的指导下，洛马公司航天系统分部、洛马导弹和火控系统分部、航空喷气公司、 pyrodyne公司和阿连特技术系统公司gasl分部将合作开展falcon计划笫2阶段任务 2的样机研制工作。任务2的研制工作也分为2个阶段。第1阶段(阶段2a)为期6个月，主要完成hws 的初步设计工作；第2阶段(阶段2

25、b)为期30个刀，主要完成hws的详细设计和制造，并 进行高超声速技术验证机的飞行试验。在此阶段，洛马公司将再获得9707万美元的合同。 1.9其他研制活动1.9.1k-1k1是基斯特勒宇航公司在研的垂肓起飞、2级入轨不载人完全可重复使用运载器。 k- 1全长为3619m ,直径为617m ,起飞质量为38213t ,动力装置釆用俄罗斯设计的n k- 33/43液氧/煤油发动机，可重复使用100次。k-1项目始于1993年，后成为nasa “空间发射倡议” (sli)的资助项目。2004年 2月初，基斯特勒公司成为iss货运补给飞行器的惟一开发商，获得了 21274亿美元的经费, 其屮1173

26、2亿美元用于飞行验证,5420万美元用于k1首次发射前的研制活动。基斯特勒 公司原来在sl i计划下争取到的合同冇效期是至2005年年底，期间nasa将向基斯特勒 公司购买k- 1自主对接验证的飞行数据。1.9.2太空船1太空船1属于私人研制、运营的可重复使用运载器，目的在于降低航犬飞行的成本, 让普通人圆太空旅游之梦。太空船-1使用组合火箭发动机，同时使用液体和固体推进剂。2004年9刀29 u，太 空船1首飞成功。2004年10月4 口，太空船1再次成功飞行并顺利返航,飞行高度达到 114164km,成功获得了“安萨里x奖”，预计2020年左右，太空船1可以以10万美元的 价格向游客提供私

27、人太空旅游。2俄罗斯目前，俄罗斯在载人航天器研制方面最受关注的，莫过于能源科研生产航天中心在 研的快船号。快船号长10m,自身质量1315t,可以搭载6名航天员进入轨道或返回地球，此外还 能携带500700kg的有效载荷往返于isso在发射过程小出现故障时，快船号能够快速脱 离助推火箭。快船号可以依靠自身动力飞行1015天，并可与空间站保持一整年的对接状态,充当乘 员逃逸舱。快船号的曹陆方式还未最终确定，有翼着陆或者降落伞减速方式都在考虑范围之 内。除了代替联盟号飞船向空间站运送人员和货物外，快船号述能用来开发太空旅游项冃或 者进行深空探测。俄罗斯计划建造4艘快船号，每艘计划飞行25次。初步打

28、算利用天顶号 运载火箭将快船号送入近地轨道，如果存在困难，也可能利用联盟-2运载火箭或者新研制 火箭来发射快船号，研制新型火箭的成本纳入快号的累计成本。快船号要在2010年左右首飞需要大量资金，因此俄罗斯希望欧洲能够参与快船号的研 制。2005年1月19 h,俄联邦航犬局局长与欧洲航犬局(esa)局长签署了有关开发、制 造并应用运载火箭的长期合作协议。该协议内容包括共同开发具有发展前景的运载火箭、可 璽复使用火箭发动机和航天货运飞船样机等。按照俄欧航天部门的介作构想，计划在位于法 属圭亚那的库魯航天中心建造联盟号运载火箭的发射装置以及相关的基础设施，利用联盟 号运载火箭向世界航天市场提供发射服

29、务，其中包括发射快船号。上述协议的签署为俄欧真 正开展合作、共同实施“联盟2库鲁”项目开了绿灯。3欧洲esa表示，为了确保独立进入太空，满足政府的发射盂求并在商业发射市场上占冇一席 之地，欧洲计划在2020年左右研制出下一代航天运输系统。和现有运输器相比，下一代航 天运输系统貝有成本更低、可靠性更高、适应性和可用性更强的优点。此外，为了响应非欧 洲国家在航天领域的技术突破，欧洲也耍发展相应的技术能力。esa表示，一次性使用方案和可重复使用方案都在欧洲下一代航天运输系统考虑范i罚 z内。在做出绘终选择z前，将分3个阶段进行下一代航天运输系统的研制。(1) 2004 - 2007年：选定rlv方案,为试验飞行器计划做准备；降低一次性使用运载火 箭(elv)的成本。(2) 2007201()年：通过地面验证、飞行试验和rlv与elv的比较研究确定rlv技 术。(3) 2010-2012年：最后确定esa下一代运输系统建议方案和最终任务要求。耍实现上述目标,esa在运输系统体系结构、推进技术、材料、空气动力学、航空电子 学和飞行试验方面都将面临严峻挑战。即便如此，欧洲各国仍iii信心百倍、按部就班地展开 各项研究工作。200