2022年01月13日 09:00
【科學快訊】
2021年是人類航天史上極不平凡的一年：世界各國共計實現了145次火箭發射，是史上發射次數最多的一年。
而2022年，全球航天不僅在發射次數上有望再創新高，也將迎來一系列高難度的重大任務。
今天，就一起來看看2022年有哪些值得期待的航天大事件吧！
Part.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，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台。但2021年4月29日，中國空間站天和核心艙成功發射升空，意味著中國正式開啟空間站建設。
（圖片來源：中國載人航天）
我國計劃通過十一次發射任務，將三個主要艙段、四艘載人飛船和四艘貨運飛船送入太空並建立天宮空間站，預計將在2022年建成。這意味著人類載人航天將實現兩大空間站同時在軌運行的局面，預計二者都將工作到2030年後。
與此同時，國際載人航天事業也將迎來一系列成果：中美俄陸續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；商業航天空間站進入實質發展階段，各太空旅遊計劃蓬勃發展……這些都意味著從2022年起，人類各種載人航天紀錄都將被逐漸刷新，甚至將迎來爆炸性發展的年代。
Part.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25年投入、數萬名科學家傾力合作造就的史上最貴航天器詹姆斯·韋布太空望遠鏡成功發射，它的總預算已經超過100億美元。考慮到它的質量僅為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餘倍。它的各項頂級科技將聚焦於搜尋宇宙大爆炸後產生的首批紅外線，為我們揭示130多億年前的宇宙秘密，找尋世界的根源。
韋布雖然昂貴，但貴有貴的道理：韋布的鏡片面積（25.4平米）遠超它的前輩哈勃太空望遠鏡（4.5平米），以至於它必須先將18面鏡子折疊，進入太空後再展開。同時，它還攜帶了五層厚度不足頭發絲的巨大隔熱板（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。
（圖源：NASA）
經過十餘天的旅途，韋布最重要的太陽傘和18面鏡片已順利打開。在經過入軌機動和在軌調試後，它將在約6個月後，發布首批成像圖片。毫無疑問，它是人類最強大的一雙「深空之眼」。韋布的旅途非常順利，不僅節省了大量推進劑，甚至有潛力工作20年左右，可以預見，它將極大地推動人類對宇宙的認知。
Part.3
重開登月時代：
太空發射系統和「獵戶座」飛船首飛
從1969年的阿波羅11任務實現人類首次登月，到50年後的現在，人類航天科技獲得了飛躍式發展。目前，幾個主要的航天大國計劃於未來十年重返月球，實現載人登月。其中，阿爾忒彌斯計劃和中俄聯合建設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、資金和技術資源快速匯集。
值得關注的是，作為暫時處於領先地位的太空發射系統（SLS）和獵戶座飛船組合，將會在2022年迎來首秀，實現一次環繞月球的「一箭多星」無人探月首飛測試任務。
（圖源：NASA）
這個超級組合在過去十多年內已經花掉了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點，同時也為各大航天力量吹響沖刺月球的號角。
Part.4
星艦全箭首飛：
商業火箭能否顛覆載人航天未來？
SpaceX（太空探索科技公司）以火箭發動機和各類火箭回收技術而知名，而它醞釀的最重大項目則是星艦和超級獵鷹火箭組合，目標是實現全箭可回收、百人次載人航天、深空探測、行星著陸和返回等高難度技術。在過去的三年內，SpaceX一直在用完全顛覆傳統航天發展思路的「測試直到爆炸」技術開發手段。通過連續炸掉了十餘個原型樣機，實現了星艦技術的快速迭代發展。
2021年，首個星艦與超級獵鷹火箭組合體實現了組裝測試，但由於技術細節和監管機構環評推遲等因素影響，未能順利發射，預計將在2022年3月首飛測試。若測試順利，星艦將攜帶顧客環繞月球旅行。
（圖源：SpaceX）
從賬面數據看，星艦能夠搭載上百名乘客，推進和運輸能力甚至超過目前世界各國研發的新一代登月火箭。它還擁有月球（已獲NASA合同）和火星（未來規劃）著陸探測能力，前景無限。
如果星艦能實現預計中的低成本和超多載客能力，人類距離低成本商業航天時代真的很近了。
Part.5
撞擊危險小行星：
將實現人類史上首次太空防禦
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」始終保持著擔憂。這並非杞人憂天，一顆在太空中看似「小不點」的千米級小行星如果撞擊地球，足以導致地球氣候節奏徹底崩潰，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，後果將不堪設想。因此，防範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，它將撞擊一個雙小行星系統迪迪莫斯（Didymos）中的小個子迪莫夫斯（Dimorphos），隨後評估撞擊對小行星軌道的影響。
（圖源：NASA）
早在出發時，軌道已經進行了精細設計，預計撞機時間為2022年9月26日。屆時，不僅它所攜帶的小衛星將會記錄全程，地球上各大望遠鏡也會對准它們，圍觀這一次壯觀無比的「太空煙花」。
雖然目標小行星直徑僅有170米，但它相比DART而言已經是個巨無霸，即便DART精准撞擊並完全爆炸，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，在太空環境中，任何一點軌道影響都會積累，即「失之毫厘，謬以千裏」。但大家可以放心，科學家們已經認真研究過，這次碰撞無論怎麼讓小行星改道，都不會威脅到地球。
Part.6
揭示更多秘密，
史上最強火星探測陣容公布最新結果
2020年，人類派出了史無前例的火星探測陣容，中國、美國、阿聯酋均發射了火星探測器，並於2021年順利抵達火星。其中，中國的「天問一號」是人類首次成功的、單次任務實現「環繞、著陸和巡視」的探測器；NASA的「毅力號」則是史上最先進的、攜帶了人類首架火星直升機「機智號」的探測器。
目前，將軌道器也計算入內的話，人類正在火星和火星軌道工作的探測器數量，已經增加到了11個，它們來自中國、美國、歐洲/俄羅斯、印度和阿聯酋。
（圖源：CNSA/NASA）
2021年，中美兩大火星探測器著陸後，花了大量時間進行工程驗證、測試和收集科學數據。例如，天問一號整體上攜帶了13種科學載荷，其中7個在火星上空的環繞器上，6個在降落火星表面的祝融號火星車上。它們共有五大科研目標，主要涉及火星空間環境、地表形貌特征、土壤表層結構等研究，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據已經促成了我國首批對行星際太陽風徑向演化研究成果，成果發表在了《地球與行星物理雜志》。
2022年，更多數據將會被科學家們一一解讀，這將是人類探測火星史上最重要的科學成果之一，會極大增強人類對火星的認知。
Part.7
目標太空金礦，
靈神號出發前往太陽系超級寶藏
人類的生存與發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，曆史上為此爆發的沖突也有很多。但在地球之外，這些資源的數量之多超乎想象，其中一類便是金屬資源。
如果將目標設定成獲取金屬資源，小行星帶內的靈神星（16 Psyche）將會是一個完美的選擇。它幾乎是由鐵、鎳、金等元素構成，像極了岩石行星的內核，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，遠遠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。
（圖源：NASA）
預期在2022年8月1日，NASA將會利用獵鷹重型火箭發射靈神星探測器，出發前往這顆神秘的小行星，揭開它的面紗。雖然這個任務並不是真正意義上的「太空采礦」，但已然是一次標准的「太空探礦」。未來，或許人類不再困擾於匱乏的資源，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取回來。
Part.8
火星「鴿王」沖刺，
歐俄是否再次錯過火星探測窗口？
火星探測窗口期每26個月才一次，著實不易。在2020年7月，中國、美國、阿聯酋都抓住了寶貴的機會，但歐洲和俄羅斯醞釀許久的ExoMars第二個任務卻再次錯失良機。
該任務的巡視器（火星車）早在2019年雄心勃勃准備發射時，就已被命名為「羅莎琳德·富蘭克林」號，用以紀念這個在DNA和病毒研究領域做出過偉大貢獻的女性科學家。這也昭示了該火星車的核心使命之一是尋找火星水、有機物和潛在生命，和其他火星車的探測任務形成有效互補。
（圖源：ESA）
此前，「羅莎琳德·富蘭克林」號先後由於經費來源問題和方案設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後。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」號將聯合歐空局深空巡航技術和俄羅斯著陸器技術，再次發起嘗試。這次能否抓住機會，如期發射，我們還需拭目以待。
Part.9
多型火箭首飛：
中美俄歐日同時迎來運載火箭大擴容
運載火箭是航天發展的基石，隨著航天發射需求日趨複雜，各大火箭家族也在快速擴容。
對於幾個國家的火箭事業來說，預計2022年有以下新發展：中國長征系列已於近些年迎來長征5/5B/6/7/7A/8/11等新成員，一些正在研發中的重點新型號（長征6A/8R/9，新載人火箭）也將於2022年迎來重大進展；俄羅斯正在發展安加拉系列，預計2022年再次試飛主力安加拉A5和A1.2火箭；美國則要進行大換血，宇宙神和德爾塔目標直接退役，逐漸由將在2022年首飛的火神火箭接班，重型火箭太空發射系統也將首飛月球；日本將在2022年迎來新一代H3火箭首飛；歐空局投資近40億歐元研發的新一代阿裏安6火箭也將挑戰首飛。
（圖源：ESA）
除了各大航天國家隊，商業火箭公司也如雨後春筍般崛起。除了風光無限的SpaceX獵鷹系列火箭，2022年還將迎來多型商業火箭首飛。例如藍色起源蓄勢已久的「新格倫」重型火箭，將直接對標獵鷹重型火箭的能力。此外，美國還有多家商業火箭公司宣布將在2022年首飛自家火箭。
在另一個商業航天戰場，中國民營火箭公司也將迎來全液體推進劑火箭首射的競爭。
Part.10
航天黃金時代的隱憂：
太空垃圾或成為最大課題
如今是商業航天的黃金年代，但它在快速推廣、應用航天技術的同時，也在造成不小的問題。例如，星鏈在短短兩年就大規模組網到近2000顆衛星，不僅給地球上的天文觀測造成麻煩，還數次逼迫多顆衛星變軌避免碰撞，甚至導致天宮空間站的兩次避讓。而星鏈的長期規劃是數萬顆衛星，遠超目前的初期階段。
（圖源：ESA）
低軌衛星互聯網這個「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、星網等都將有龐大的組網計劃。如果都成為現實，意味著我們將在未來迎接多達十萬顆級別的衛星數量。此外，大量商業火箭也在不斷向太空發射各式各樣的載荷，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，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規則並嚴格執行，或許將是未來人類航天發展最大的課題之一。
寫在最後
2021年，人類航天獲得了曆史性的快速發展，2022年這種輝煌還將延續。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，快速發展航天事業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作。
太空，是人類踐行「命運共同體」理念的最好平台。
參考文獻：
<1>《「天和」核心艙成功發射，中國為什麼要建自己的空間站？》，http://www.xinhuanet.com/sikepro/20210429/28d65fc260914ac8a63e5ab4d9552d8d/c.html，新華網。
<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。
出品：科普中國
制作：太空精釀
監制：中國科學院計算機網絡信息中心
本文首發於中國科普博覽（kepubolan）
