| 出品：科普中國 制作：太空精釀 監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 2021年是人類航天史上極不平凡的一年：世界各國共計實現(xiàn)了145次火箭發(fā)射，是史上發(fā)射次數(shù)最多的一年。 而2022年，全球航天不僅在發(fā)射次數(shù)上有望再創(chuàng)新高，也將迎來一系列高難度的重大任務(wù)。今天，就一起來看看2022年有哪些值得期待的航天大事件吧！ 1. 中國天宮空間站建成：開啟嶄新載人航天時代 在過去的20多年內(nèi)，國際空間站一直是人類唯一的空間站，也是國際載人航天長期在軌駐留的唯一平臺。但2021年4月29日，中國空間站天和核心艙成功發(fā)射升空，意味著中國正式開啟空間站建設(shè)。
中國空間站示意圖（圖片來源：中國載人航天） 我國計劃通過十一次發(fā)射任務(wù)，將三個主要艙段、四艘載人飛船和四艘貨運飛船送入太空并建立天宮空間站，預(yù)計將在2022年建成。這意味著人類載人航天將實現(xiàn)兩大空間站同時在軌運行的局面，預(yù)計二者都將工作到2030年后。 與此同時，國際載人航天事業(yè)也將迎來一系列成果：中美俄陸續(xù)推出新一代載人飛船和火箭；阿爾忒彌斯月球計劃中的“月球門戶”空間站將開始建設(shè)；商業(yè)航天空間站進(jìn)入實質(zhì)發(fā)展階段，各太空旅游計劃蓬勃發(fā)展……這些都意味著從2022年起，人類各種載人航天紀(jì)錄都將被逐漸刷新，甚至將迎來爆炸性發(fā)展的年代。 2. 首批太空圖片將傳回：詹姆斯·韋布打開“深空之眼” 2021年12月25日，由20個國家持續(xù)25年投入、數(shù)萬名科學(xué)家傾力合作造就的史上最貴航天器詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)射，它的總預(yù)算已經(jīng)超過100億美元。考慮到它的質(zhì)量僅為6.5噸，這意味著它的單價超過10000人民幣每克，是黃金單價的20余倍。它的各項頂級科技將聚焦于搜尋宇宙大爆炸后產(chǎn)生的首批紅外線，為我們揭示130多億年前的宇宙秘密，找尋世界的根源。 韋伯雖然昂貴，但貴有貴的道理：韋伯的鏡片面積（25.4平米）遠(yuǎn)超它的前輩哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（4.5平米），以至于它必須先將18面鏡子折疊，進(jìn)入太空后再展開。同時，它還攜帶了五層厚度不足頭發(fā)絲的巨大隔熱板（太陽傘）隔絕熱量，躲在距離地球150萬千米外的日-地拉格朗日2點，這一系列操作必須一次成功，因為它無法回到地球維修。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已順利展開（圖源：NASA） 經(jīng)過十余天的旅途，韋伯最重要的太陽傘和18面鏡片已順利打開。在經(jīng)過入軌機(jī)動和在軌調(diào)試后，它將在約6個月后，發(fā)布首批成像圖片。毫無疑問，它是人類最強(qiáng)大的一雙“深空之眼”。韋伯的旅途非常順利，不僅節(jié)省了大量推進(jìn)劑，甚至有潛力工作20年左右，可以預(yù)見，它將極大地推動人類對宇宙的認(rèn)知。 3. 重開登月時代：太空發(fā)射系統(tǒng)和“獵戶座”飛船首飛 從1969年的阿波羅11任務(wù)實現(xiàn)人類首次登月，到50年后的現(xiàn)在，人類航天科技獲得了飛躍式發(fā)展。目前，幾個主要的航天大國計劃于未來十年重返月球，實現(xiàn)載人登月。其中，阿爾忒彌斯計劃和中俄聯(lián)合建設(shè)國際月球科研站將是兩大重要力量。 此外，各國也紛紛立項重型登月火箭、新一代載人飛船和登月著陸器等航天項目，人力、資金和技術(shù)資源快速匯集。 值得關(guān)注的是，作為暫時處于領(lǐng)先地位的太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）和獵戶座飛船組合，將會在2022年迎來首秀，實現(xiàn)一次環(huán)繞月球的“一箭多星”無人探月首飛測試任務(wù)。
太空發(fā)射系統(tǒng)和獵戶座飛船（圖源：NASA） 這個超級組合在過去十多年內(nèi)已經(jīng)花掉了400億美元的巨額資金，它們的首秀必將成為人類重返月球之旅的重要節(jié)點，同時也為各大航天力量吹響沖刺月球的號角。 4. 星艦全箭首飛：商業(yè)火箭能否顛覆載人航天未來？ SpaceX（太空探索科技公司）以火箭發(fā)動機(jī)和各類火箭回收技術(shù)而知名，而它醞釀的最重大項目則是星艦和超級獵鷹火箭組合，目標(biāo)是實現(xiàn)全箭可回收、百人次載人航天、深空探測、行星著陸和返回等高難度技術(shù)。在過去的三年內(nèi)，SpaceX一直在用完全顛覆傳統(tǒng)航天發(fā)展思路的“測試直到爆炸”技術(shù)開發(fā)手段。通過連續(xù)炸掉了十余個原型樣機(jī)，實現(xiàn)了星艦技術(shù)的快速迭代發(fā)展。 2021年，首個星艦與超級獵鷹火箭組合體實現(xiàn)了組裝測試，但由于技術(shù)細(xì)節(jié)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)環(huán)評推遲等因素影響，未能順利發(fā)射，預(yù)計將在2022年3月首飛測試。若測試順利，星艦將攜帶顧客環(huán)繞月球旅行。
已進(jìn)行組裝測試的星艦組合體（圖源：SpaceX） 從賬面數(shù)據(jù)看，星艦?zāi)軌虼钶d上百名乘客，推進(jìn)和運輸能力甚至超過目前世界各國研發(fā)的新一代登月火箭。它還擁有月球（已獲NASA合同）和火星（未來規(guī)劃）著陸探測能力，前景無限。 如果星艦?zāi)軐崿F(xiàn)預(yù)計中的低成本和超多載客能力，人類距離低成本商業(yè)航天時代真的很近了。 5. 撞擊危險小行星：將實現(xiàn)人類史上首次太空防御 恐龍滅絕隕石說和通古斯大爆炸隕石說，讓人類對地外天體的“來訪”始終保持著擔(dān)憂。這并非杞人憂天，一顆在太空中看似“小不點”的千米級小行星如果撞擊地球，足以導(dǎo)致地球氣候節(jié)奏徹底崩潰，毀掉大批物種，直接威脅人類未來。如果遭受更大的小行星的撞擊，后果將不堪設(shè)想。因此，防范對地球有潛在威脅的危險天體，毫無疑問是人類航天必須面對的課題。 2021年11月24日，人類首個小行星撞擊改道實驗器“DART”成功出發(fā)，它將撞擊一個雙小行星系統(tǒng)迪迪莫斯（Didymos）中的小個子迪莫夫斯（Dimorphos），隨后評估撞擊對小行星軌道的影響。
DART將會實現(xiàn)人類史上首次太空防御（圖源：NASA） 早在出發(fā)時，軌道已經(jīng)進(jìn)行了精細(xì)設(shè)計，預(yù)計撞機(jī)時間為2022年9月26日。屆時，不僅它所攜帶的小衛(wèi)星將會記錄全程，地球上各大望遠(yuǎn)鏡也會對準(zhǔn)它們，圍觀這一次壯觀無比的“太空煙花”。 雖然目標(biāo)小行星直徑僅有170米，但它相比DART而言已經(jīng)是個巨無霸，即便DART精準(zhǔn)撞擊并完全爆炸，也僅能把它的速度改變0.4毫米/秒，可謂真正的“蚍蜉撼樹”。不過，在太空環(huán)境中，任何一點軌道影響都會積累，即“失之毫厘，謬以千里”。但大家可以放心，科學(xué)家們已經(jīng)認(rèn)真研究過，這次碰撞無論怎么讓小行星改道，都不會威脅到地球。 6. 揭示更多秘密，史上最強(qiáng)火星探測陣容公布最新結(jié)果 2020年，人類派出了史無前例的火星探測陣容，中國、美國、阿聯(lián)酋均發(fā)射了火星探測器，并于2021年順利抵達(dá)火星。其中，中國的“天問一號”是人類首次成功的、單次任務(wù)實現(xiàn)“環(huán)繞、著陸和巡視”的探測器；NASA的“毅力號”則是史上最先進(jìn)的、攜帶了人類首架火星直升機(jī)“機(jī)智號”的探測器。 目前，將軌道器也計算入內(nèi)的話，人類正在火星和火星軌道工作的探測器數(shù)量，已經(jīng)增加到了11個，它們來自中國、美國、歐洲/俄羅斯、印度和阿聯(lián)酋。
中國祝融號和美國毅力號/機(jī)智號代表人類火星探測的最新高度 （圖源：CNSA/NASA） 2021年，中美兩大火星探測器著陸后，花了大量時間進(jìn)行工程驗證、測試和收集科學(xué)數(shù)據(jù)。例如，天問一號整體上攜帶了13種科學(xué)載荷，其中7個在火星上空的環(huán)繞器上，6個在降落在火星表面的祝融號火星車上。它們共有五大科研目標(biāo)，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將為中國科研界帶來火星的第一手資料。 目前，天問一號所攜帶的火星離子與中性粒子分析儀實測數(shù)據(jù)已經(jīng)促成了我國首批對行星際太陽風(fēng)徑向演化研究成果，成果發(fā)表在了《地球與行星物理雜志》。 2022年，更多數(shù)據(jù)將會被科學(xué)家們一一解讀，這將是人類探測火星史上最重要的科學(xué)成果之一，會極大增強(qiáng)人類對火星的認(rèn)知。 7. 目標(biāo)太空金礦，靈神號出發(fā)前往太陽系超級寶藏 人類的生存與發(fā)展離不開地球上各種寶貴的資源，特別是不可再生資源，其價值之高不言而喻，歷史上為此爆發(fā)的沖突也有很多。但在地球之外，這些資源的數(shù)量之多超乎想象，其中一類便是金屬資源。 如果將目標(biāo)設(shè)定成獲取金屬資源，小行星帶內(nèi)的靈神星（16 Psyche）將會是一個完美的選擇。它幾乎是由鐵、鎳、金等元素構(gòu)成，像極了巖石行星的內(nèi)核，也極有可能含有更多稀有金屬。它的重量為2.7億億噸級別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類每年僅利用的20億噸鐵礦石重量，足夠人類使用千萬年，可以說是某種程度上的“無限”資源。
靈神星探測器將為我們揭示一個充滿寶藏的世界（圖源：NASA） 預(yù)期在2022年8月1日，NASA將會利用獵鷹重型火箭發(fā)射靈神星探測器，出發(fā)前往這顆神秘的小行星，揭開它的面紗。雖然這個任務(wù)并不是真正意義上的“太空采礦”，但已然是一次標(biāo)準(zhǔn)的“太空探礦”。未來，或許人類不再困擾于匱乏的資源，因為宇宙中幾乎所有資源都是“無窮”的，只要人類航天有能力把它們?nèi)』貋怼?/p>
“羅莎琳德·富蘭克林”號終于要發(fā)射了（圖源：ESA） 此前，“羅莎琳德·富蘭克林”號先后由于經(jīng)費來源問題和方案設(shè)計變動等因素中途兩次延期，2020年又因為疫情和測試排期再次延后。2022年9月，地球再次迎來最佳探測火星窗口，“羅莎琳德·富蘭克林”號將聯(lián)合歐空局深空巡航技術(shù)和俄羅斯著陸器技術(shù)，再次發(fā)起嘗試。這次能否抓住機(jī)會，如期發(fā)射，我們還需拭目以待。 9. 多型火箭首飛：中美俄歐日同時迎來運載火箭大擴(kuò)容 運載火箭是航天發(fā)展的基石，隨著航天發(fā)射需求日趨復(fù)雜，各大火箭家族也在快速擴(kuò)容。 對于幾個國家的火箭事業(yè)來說，預(yù)計2022年有以下新發(fā)展：中國長征系列已于近些年迎來長征5/5B/6/7/7A/8/11等新成員，一些正在研發(fā)中的重點新型號（長征6A/8R/9，新載人火箭）也將于2022年迎來重大進(jìn)展；俄羅斯正在發(fā)展安加拉系列，預(yù)計2022年再次試飛主力安加拉A5和A1.2火箭；美國則要進(jìn)行大換血，宇宙神和德爾塔目標(biāo)直接退役，逐漸由將在2022年首飛的火神火箭接班，重型火箭太空發(fā)射系統(tǒng)也將首飛月球；日本將在2022年迎來新一代H3火箭首飛；歐空局投資近40億歐元研發(fā)的新一代阿里安6火箭也將挑戰(zhàn)首飛。
歐空局阿里安6火箭藝術(shù)效果圖（圖源：ESA） 除了各大航天國家隊，商業(yè)火箭公司也如雨后春筍般崛起。除了風(fēng)光無限的SpaceX獵鷹系列火箭，2022年還將迎來多型商業(yè)火箭首飛。例如藍(lán)色起源蓄勢已久的“新格倫”重型火箭，將直接對標(biāo)獵鷹重型火箭的能力。此外，美國還有多家商業(yè)火箭公司宣布將在2022年首飛自家火箭。 在另一個商業(yè)航天戰(zhàn)場，中國民營火箭公司也將迎來全液體推進(jìn)劑火箭首射的競爭。 10. 航天黃金時代的隱憂：太空垃圾或成為最大課題 如今是商業(yè)航天的黃金年代，但它在快速推廣、應(yīng)用航天技術(shù)的同時，也在造成不小的問題。例如，星鏈在短短兩年就大規(guī)模組網(wǎng)到近2000顆衛(wèi)星，不僅給地球上的天文觀測造成麻煩，還數(shù)次逼迫多顆衛(wèi)星變軌避免碰撞，甚至導(dǎo)致天宮空間站的兩次避讓。而星鏈的長期規(guī)劃是數(shù)萬顆衛(wèi)星，遠(yuǎn)超目前的初期階段。
太空交通正在變得越來越繁忙，也越來越危險（圖源：ESA） 低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這個“錢”途無限的紅海市場，在吸引大批硬核玩家加入，亞馬遜、三星、空客、一網(wǎng)、星網(wǎng)等都將有龐大的組網(wǎng)計劃。如果都成為現(xiàn)實，意味著我們將在未來迎接多達(dá)十萬顆級別的衛(wèi)星數(shù)量。此外，大量商業(yè)火箭也在不斷向太空發(fā)射各式各樣的載荷，但不少載荷的科研意義極其有限，很快就會變成太空垃圾。 未來，我們將面臨越來越頻繁的載人航天任務(wù)，也將面臨越來越多的太空垃圾。如何商討出一套合理的太空開發(fā)規(guī)則并嚴(yán)格執(zhí)行，或許將是未來人類航天發(fā)展最大的課題之一。 寫在最后 2021年，人類航天獲得了歷史性的快速發(fā)展，2022年這種輝煌還將延續(xù)。我們在逐漸打開大航天時代的大門，為人類成為“跨行星生存物種”而努力。但我們也需要意識到，快速發(fā)展航天事業(yè)與和平有序利用太空是一個必須多國妥善合作的課題，越來越繁忙的太空，需要人類更多的智慧和協(xié)作。 太空，是人類踐行“命運共同體”理念的最好平臺。 主要參考文獻(xiàn)： 【1】《“天和”核心艙成功發(fā)射，中國為什么要建自己的空間站？》，http://www.xinhuanet.com/sikepro/20210429/28d65fc260914ac8a63e5ab4d9552d8d/c.html，新華網(wǎng)。 【2】《2022 in spaceflight》，https://en.wikipedia.org/wiki/2022_in_spaceflight#Expected_maiden_flights，Wikipedia. 【3】《JWST (James Webb Space Telescope)》， https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/j/jwst。 【4】《Starship》，https://www.spacex.com/vehicles/starship/. 【5】《Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission》，https://www.nasa.gov/planetarydefense/dart. 【6】《Psyche》，https://www.jpl.nasa.gov/missions/psyche. 【7】《Exomars 2022 rover》，https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/ExoMars_2022_rover. 【8】Zhang, A. B., Kong, L. G., Li, W. Y., Li, L., Tang, B. B., Rong, Z. J., Wei, Y., Ma, J. J., Zhang, Y. T., ... and Wang, Chi. (2022). Tianwen-1 MINPA observations in the solar wind. Earth Planet. Phys., 6(1), 1–9. http://doi.org/10.26464/epp2022014.
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