2016年全球载人航天器发展综述（上）
2016年，全球共计开展14次载人航天任务，成功13次，失败1次。其中5次载人飞船发射任务，8次货运飞船发射任务，1次空间实验室任务，发射数量与2015年持平。俄罗斯发射4艘“联盟”载人飞船和3艘“进步”货运飞船，其中进步MS-04飞船任务失败，是俄罗斯近一年半以来发生的首次航天事故；美国商业公司成功发射4艘货运飞船；日本成功发射1艘货运飞船，即第6部“H-2转移飞行器”（HTV-6）。中国发射首个空间实验室，1艘载人飞船。2016年，载人航天领域发展较为平稳。重点围绕低地球轨道开展空间应用，同时积极推进低地球轨道以远的系统建设，以载人火星为长远目标持续推进。任务执行上，美、俄围绕“国际空间站”开展运营维护。美国仍然依靠商业公司的“龙”、“天鹅座”飞船开展货物运输；俄罗斯载人飞船再升级，联盟MS-01首飞成功，联盟-U火箭再遇发射失利，进步MS-04飞船损毁。系统建设和技术研发上，美国持续推进以“猎户座”飞船和“空间发射系统”为主的探索系统开发，受预算影响，小行星计划面临推迟；俄罗斯新一代载人飞船联邦号进展缓慢，东方发射场完成首次发射，计划2023～2025年间进行首次载人发射，2030年起开展月球探索任务。
空间应用方面，重点围绕“国际空间站”这一在轨平台开展技术开发与验证试验。商业化发展方面，近地轨道商业运输稳步推进，商业公司进军太空旅游和开发，美国国家航空航天局不断开拓新型公私合作伙伴关系。美国国家航空航天局授出第二轮“商业补给服务”（CRS2）合同，SpaceX、轨道-ATK和内华达山脉公司均获胜，将从2019年起分别用“龙”飞船、“天鹅座”飞船和追梦者号太空飞机为“国际空间站”提供货物补给；波音公司、SpaceX公司有望2017～2018年实现低地球轨道商业乘员运输；毕格罗公司研制的毕格罗扩展活动舱（BEAM）在轨成功展开，成为全球首个与“国际空间站”对接并成功展开的充气式活动太空舱；太空旅游呈现重大进展，维珍银河公司成功进行了第二艘“太空船二号”（SpaceShipTwo）首次无动力滑翔飞行试验；此外，洛马、轨道﹣ATK、联合发射联盟、SpaceX等诸多商业公司提出地月空间及载人火星探索规划。
一、各国围绕“国际空间站”积极开展空间活动
（一）俄罗斯发射新型“联盟”MS载人飞船
“联盟”MS是俄罗斯“联盟”系列载人飞船的最新一代型号，继承了“联盟”TMA-M飞船的设计，同时也将成为“联盟”系列的最后一代飞船，之后俄罗斯将启用新一代载人飞船“联邦号”（Federation）。据称，“联盟”MS与“进步”MS构造的大部分技术方案将用于俄罗斯新一代载人运输飞船的研制。截至2016年12月30日，共有三艘“联盟”MS飞船成功发射，并与国际空间站对接。莫斯科时间04时36分40秒，俄罗斯联盟-FG运载火箭搭载联盟MS-01新型载人飞船从哈萨克斯坦拜科努尔发射场成功发射升空。飞船采用两昼夜交会飞行模式，于7月9日抵达国际空间站， 10月30日安全返回地球。莫斯科时间11时05分，俄罗斯联盟-FG运载火箭搭载联盟MS-02新型载人飞船从哈萨克斯坦拜科努尔发射场成功发射升空。飞船于10月21日与国际空间站成功对接，计划于2017年2月返回地球。
莫斯科时间17日23时20分，俄罗斯联盟-FG运载火箭搭载联盟MS-03新型载人飞船从哈萨克斯坦拜科努尔发射场成功发射升空，于11月20日成功与国际空间站对接，预计于2017年5月返回地球。
自20世纪60年代以来，该系列飞船就在外观设计上保持了一致性。但在飞船内部，“联盟”MS型号则进行了众多明显改动，包括将乌克兰制造的量子-B（Kvant-V）无线电通信系统替换为统一指令遥测系统，结束了俄罗斯对乌克兰天线、馈线和通信电子设备产品的依赖；新的遥测指令系统能够使用“射线”（Luch）对地静止通信卫星向地面中继遥测数据并接受中继指令。有了新的通信系统，“联盟”飞船能在70%在轨时间内保持与地面的联系。
MS型号飞船的一个通信升级是安装启用了邻近通信链路，与空间站交会过程中可建立连接实现相对导航，作为飞船导航数据的额外来源。联盟MS-01装置了GPS和“格洛纳斯”接收器，用于准确测时、状态向量计算和轨道确定，不再依赖于仅在经过地面站时才能使用的雷达跟踪，之前雷达跟踪只能在通过地面站时进行。MS型号还安装了改进型摄像系统并采用数字视频传输向空间站和地面传送更佳画质的画面。MS型号采用数字电视系统取代了模拟电视系统（Klyost），使视频能够作为数据流的一部分通过天对天通信链路传输。对飞行控制系统、船载软件和通信系统的改进也将推动从模拟向数字视频传输的转换。
“航向”（KURS）导航系统在最新一代的俄罗斯进步和联盟号飞船上有了重大的改进，飞船现有的航向-A交会对接设备将升级为使用俄罗斯国产现代化电子元器件的航向-NA系统。进步号和联盟号飞船上的“航向”系统是基于无线电的系统，可以保证航天器能够完全实现自主交会、最终逼近和对接序列。“航向”系统使用由目标飞行器发送到追踪飞行器天线的信号来确定其视线角和始于距离200公里的远交会节面角，航向、视线角度线及近交会的距离和距离变化率。航向-NA使得乌克兰制造的组件从系统中彻底清除，而为飞船提供了整体质量更轻，系统能力更强的组件。航向-NA只需要一根天线，可以为“联盟”MS飞船提供更精准的测量，使其与国际空间站完全自主对接。
“联盟”MS飞船上的升级版信息记录系统SZI-M是完全俄罗斯国产电子产品，该系统安装在返回舱飞行座椅下，扮演“黑匣子”角色，负责收集和存储大量的飞行数据,包括技术信息、乘员的生理参数及在返回和着陆过程中的语音通信。
此外，飞船太阳能电池板的有效面积增加了1.1平方米，使电源系统效率提高25%，同时增加了第五个蓄电池组以提供额外电力储能能力；推进系统将小推力的定位推力器替换为130牛的发动机，让飞船外部的推力器能得以重新布置，将所有发动机成对安装，使系统更具鲁棒性，现在能容许两台推力器同时故障的情况；轨道舱加装了碎片防护层，对接机构内加入了备份驱动机构。
“联盟”MS还采用了新型数字式备份环路控制器（BURK）；飞船姿态控制系统采用了新型速率传感器（BDUS-3A）；新型LED前灯可在对接序列过程中提供照明。
（二）俄罗斯进步MS-04货运飞船发射失败
2016年12月1日北京时间22点51分52秒（莫斯科时间17点51分52秒），联盟-U运载火箭搭载质量7290kg的进步MS-04货运飞船从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场发射升空，计划进入193×245km、倾角51.66°的轨道，并执行两天的飞行程序，于12月3日对接“国际空间站”星辰号舱。然而，在起飞后383s时，火箭遥测突然消失。这是俄罗斯一年半以来首次重大航天事故。初步掌握的资料显示，本次事故会让俄航天国家集团（ROSCOSMOS）损失超过40亿卢布（约合6300万美元）。俄罗斯航天国家集团已经成立了调查委员会，着手调查联盟-U运载火箭通信异常的原因。
俄罗斯国际新闻通讯社（RIA Novosti）报道说，初步分析显示，直至飞行383s遥测数据消失前，没有发现任何问题。据俄罗斯卫星网2日援引航天领域消息人士表示，联盟-U运载火箭第三级的PD-0110发动机生产过程中的疏忽可能是“进步MS-04”货运飞船坠毁的原因之一。该人士表示，调查委员会根据调查结果很可能将不得不指出PD-0110发动机装配工作的不合格。在此之后可能会做出某些人事决定，而所有成品发动机，包括已经安装到“联盟”运载火箭上的，务必将被更换，并再次进行测试，排除装配过程中可能的缺陷，这将导致既定的发射计划被再次推迟。同时，该人士强调，在事故委员会的工作结束之前，做任何最终性结论都为时过早。12月23日俄罗斯航天国家集团表示，故障调查工作仍在进行，将尽快得出最终结论。
目前在没有货物到达的情况下，“国际空间站”内的必备物品储备足以用到2017年3月，水和食物等关键物资可维持到2017年6月初。12月9日，日本发射H-2转移飞行器，并于13日与“国际空间站”成功对接。后续的运输补给计划包括：2017年3月发射轨道-ATK公司的“天鹅座”飞船，SpaceX公司的“龙”飞船也可能在2017年初回归发射。俄罗斯的“进步”飞船原定于2017年2月1日再度发射，但可能会因此次发射失败而调整。后续发射次数也会根据空间站货物储存状况调整，可能会在现有的基础上有所增加。
另外，联盟号火箭分别在10月19日和11月17日将6名航天员运达“国际空间站”，最早的返航时间应在2017年5月中旬，因此即使此次联盟号火箭的故障分析需要持续一段时间，也不会影响航天员的运送。
（三）日本发射一艘“H-2转移飞行器”
2016年12月9日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）使用三菱重工的H-ⅡB火箭在种子岛航天中心成功将第六部“H-2转移飞行器”（HTV-6）送入预定轨道。HTV-6除了向“国际空间站”运送饮用水、食物、日用品等补给物资外，还搭载了7颗由大学及民间企业开发的超小型卫星、日本生产的锂离子电池组成的作为空间站电源的新型电池等总计约5.9吨的物质。飞船于12月13日与“国际空间站”交会，站上日本航天员操作机械臂夹持HTV-6完成停靠、对接。由于欧洲“自动转移飞行器”（ATV）已于年初退役，目前负责给“国际空间站”运送物资的国家仅剩美国、俄罗斯和日本，而HTV已成为目前运力最大的空间站货运飞船。日本HTV-6飞船携带长700米的电动绳系测试系统“白鹳号集成绳系实验”（KITE）抵达“国际空间站”后，开始测试用于部署绳系的机构。
电动绳系系统可用于清除空间碎片。该系统方案在2014年首次提出，包括一个700米长的电动绳、用于部署电动绳并引导与空间碎片连接的航天器，以及将碎片拖至大气层焚毁的操作航天器。电动绳由铝和不锈钢缆线通过渔网公司的编制技术制成，在通电后，通过切割地球磁场产生动力，进而改变与飞船的相对位置，朝向空间碎片运动。目前测试用的绳长700米，最终将采用5000～10000米长的绳。电动绳系系统有望在2025年左右正式部署，用于清除数百千克至数吨重的大型空间碎片。
（四）技术试验成为国际空间站应用重点
2016年5月，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与菲律宾联合研制的迪瓦塔-1（DIWATA-1）微卫星成功释放，该卫星是菲律宾研制的首颗微卫星，也是JAXA首次从“国际空间站”的希望号实验舱（Kibo）上部署50kg级微卫星。6月，NASA在国际空间站上建立了可行的“延迟/中断容忍网络”（DTN）服务，在创建“太阳系互联网”方面迈出关键一步。8月，NASA航天员凯特·鲁宾斯在“国际空间站”内成功完成微重力条件下的DNA测序，这标志着人类已迎来“能对太空活体生物进行基因测序”的全新时代。
（文章来源：中国载人航天）
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