美国+俄罗斯+欧洲+日本+印度发展综述

1美国1.1出台“太空探索新构想”2004年1月15日,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个新目标:①在2010年前完成“国际空间站”(ISS)的建设;②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;③在2020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),并将航空与航天技术的管理分离。此外,NASA还调整了部分航天项目以适应新预算,其中涉及可重复使用飞行器的内容包括:·逐步停止或转移“轨道空间飞机”(OSP)计划、下一代发射技术(NGLT)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目;推迟X-37轨道飞行器的研制项目。·2005年为航天飞机和ISS项目提供43亿美元的资金,其中2亿美元用于航天飞机的复飞;2007年前投资618亿美元用于改进航天飞机。2005年9月19日,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回;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,使其与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,显著提高下一代航天运输系统进入太空、太空转移和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,适应美国政府目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:①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)计划的基础上发展中、重型有效载荷的运载工具。②空间探测方面。其重点是使用EELV改进型来满足空间探测的要求。③航天运输能力转变方面。强调从进入太空转变为进入并利用太空。大幅度提高下一代航天运输系统的可靠性、反应能力并降低成本,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。④商业航天运输方面。尽可能购买美国商业领域提供的航天运输产品和服务。⑤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。⑥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,利用弹道导弹发射有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。由于哥伦比亚号航天飞机失事的影响以及航天飞机安全改进项目进展不如人意,NASA多次推迟了航天飞机的发射时间,最终发现号于北京时间2005年7月26日重返太空。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中后抹平;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。出于安全方面的考虑,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瓦内;用绝缘材料填充裂缝后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月以后进行第2次复飞。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计划的基础上研制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;在航天飞机退役后承担向ISS运送航天员的任务。因此,研制、试验和运行CEV将成为NASA未来10～20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。波音公司也提出了自己的CEV方案。后来参与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目的主承包商。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(HamiltonSunstrand)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,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乘员舱返回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来研制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日,方案确定时间为2005年9月。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日,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月进行的CEV工程系统评估。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。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,主要用于月球货物运输和火星探测。虽然这种运载火箭设计用于运输货物,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2014年。1.5下一代发射技术(NGLT)项目为了发展未来航天发射系统,NASA于2002年成立了NGLT项目办公室。NGLT项目分为推进技术、运载器相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RS-84和X-43C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。1.5.1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NGLT合同下进行的。2004年3月,诺格公司成功试验了用于下一代RLV的RCS推力器。这种新型推力器由纯铂铱合金制成,燃烧液氧和乙醇混合的无毒燃料,不再需要陶瓷防护涂层。其安全性、可靠性大幅度提高,成本可以负担得起。RCS推力器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NGLT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,可重复使用,推力为1135kN,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月在斯坦尼斯航天中心完成了IPD发动机的点火试验。1.5.3X-43AX-43A的第1次飞行试验失败后,NASA一方面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,另一方面积极着手准备第2次和第3次的飞行试验。2004年3月28日,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X-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8000km/h的速度飞行了22km后坠入太平洋。X-43A的第2次飞行试验,以约7Ma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日,X-43A进行了第3次试验飞行,接近10Ma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918Ma的速度成功飞行了177000km。X-43A的飞行试验推进了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-43CX-43C项目于2001年启动,预计投资115亿美元,计划持续到2009年。NASA原计划在2003-2005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日,NASA以与新太空政策关系不大为由取消了X-43C计划。计划取消时,该项目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中心的工程师们圆满完成了低温复合材料贮箱的有关试验。该试验始于2003年11月,2004年8月9日结束,历时9个月,总耗资约为3000万美元,最终目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,具有良好的结构,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10%～25%,能够装载更多的有效载荷。1.6“自主交会技术演示”(DART)试验虽然OSP计划被取消了,但是作为OSP的三个飞行验证器之一的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,在自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”(MUBLCOM)。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3