2006年第1期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 No.1 2006 总第281期 MISSILE AND SPACE VEHCILE Sum No.281收稿日期：2005-11-23作者简介：果琳丽(1975-)，女，高级工程师，从事运载火箭设计和战略研究文章编号：1004-7182(2006)01-0001-05中国航天运输系统未来发展战略的思考果琳丽,申 麟, 杨 勇,胡德风（中国运载火箭技术研究院研发中心，北京，100076）摘要：概括了航天运输系统的概念、任务、总体技术要求的发展变化，总结了国外航天运输系统的技术特点和发展状况，分析了我国航天运输系统的差距和不足，进而提出了我国航天运输系统未来的发展战略。
关键词：运载火箭；空间飞行器；重复使用运载器；发展战略中图分类号： V475 文献标识码：AStudy on the Development Strategy for China SpaceTransportation SystemGuo Linli ，Shen Lin ，Yang Yong, Hu Defeng(China Academy of Launch Vehicle Technology, R&D ，Beijing ，100076)Abstract : In this paper, the development on the concept, task and technology requirement of space transportation system(STS) is introduced. Based on the technology characteristics and development tendency of STS, the deficiency of China STS is analyzed. Also an development strategy for China STS is put forward.Key Words : Launch vehicle; Space vehicle; Reusable Launch vehicle; Development strategy1 引 言随着航天技术的发展，航天运输系统的概念、任务和总体技术要求都发生了根本性变化。
航天运输系统是指承担从地球表面到空间轨道、空间轨道到空间轨道、空间轨道到地球表面航线上所有运输任务的运载工具系统的统称。
从运载火箭到航天运输系统的发展历程来看，共经历了3个方面的拓展：a ）概念的拓展：由一次性运载火箭拓展到包括一次性运载火箭、天地往返运输系统及空间运输系统在内的综合航天运输系统。
b ）任务的拓展：由单纯的入轨运输，逐渐向天地往返运输、在轨维修服务、深空运输、空间救援等方向发展，具备“进入空间、空间转移、空间返回”的能力。
c ）总体技术要求的拓展：除满足基本的运载能力、入轨精度要求外，进一步向“可靠、安全、环保、快速、机动、廉价”等方面发展。
航天运输系统是保持空间优势能力的关键支柱，它的发展水平体现了一个国家自由进出空间的能力。
确保可靠、安全、环保、快速、机动、廉价地进出空间，不仅是未来实现迅速部署、重构、扩充和维护航天器的基础，也是大规模开发利用空间资源的前提。
导弹与航天运载技术 2006年22 国外航天运输系统的技术特点和发展状况目前美国、俄罗斯、法国、中国、英国、日本、印度和以色列等国家已拥有或拥有过能发射卫星的航天运输系统。
全世界已经先后研制出近百种运载火箭、航天飞机、宇宙飞船等，修建了10多个大型航天器发射场，进行了4 000多次航天发射[1]。
从世界各国航天运输系统的构成来看，大致可以分为一次性使用运载火箭、重复使用运载器及空间运输飞行器等几类。
2.1 一次性使用运载火箭纵观世界各国一次性运载火箭的发展历程，可以看出以下技术特点和发展趋势：a）现有一次性运载火箭型谱比较健全，对于大中小型各类有效载荷都有性价比合适的运载工具进行发射。
美、俄、欧、日等国都建立了比较完善的一次性运载火箭型谱，例如美国的宇宙神系列、德尔它系列、雅典娜系列、飞马座系列、金牛座系列；俄罗斯的质子号系列、安加拉系列和天顶座、联盟、第聂伯、隆声号、起跑号等火箭，火箭的运载能力覆盖大中小各类有效载荷的需要。
b）在2005年前后各主要航天国家将完成大型运载火箭的更新换代，原有的中型和大型运载火箭将逐渐退役，新型运载火箭将朝着大直径、大运载能力方向发展。
根据国外公布的计划，2003～2006年全球各主要航天国家将完成大型运载火箭的更新换代，至2010年，低成本、高可靠性、无污染、大推力的新一代火箭将替换现有的绝大部分中型和大型火箭。
国外运载火箭型号的发展与更新换代见图1所示[2]。
图1 国外大型运载火箭的更新换代示意图c）进一步强调降低一次性运载火箭成本，提高可靠性和发射成功率。
为了满足市场竞争的需要，降低发射价格成为各国新研制运载火箭的发展重点，在研制的初期就提出了降低发射成本的目标。
如美国研制一次性改进型运载火箭（EELV）时就明确提出把发射费用降低25%～50%，西欧在研制阿里安5火箭时明确规定每次发射成本低于阿里安44L火箭发射成本的90％。
发射价格固然重要，但可靠性是运载火箭扩大市场份额必不可少的条件。
例如欧空局的阿里安系列运载火箭曾经占领近一半的国际商业发射市场，主要是因为它具有良好的发射记录、较高的可靠性和安全性。
d）注重发展具备快速机动发射能力的小型运载火箭。
未来军事斗争准备要求能够在战时快速发射军用小卫星入轨，执行对地侦察、监视、通信等任务，并兼顾民用小型有效载荷的发射要求。
从快速第1期果琳丽等中国航天运输系统未来发展战略的思考3机动发射方式上看主要有车载发射、空中发射以及潜艇发射等多种发射方式，当前世界各国正在积极研发新一代快速机动、廉价、可靠的小型运载工具，进一步缩短发射准备周期，降低发射成本。
例如美国FALCON计划中的FALCON-1车载快速机动发射小运载、美国的改进型飞马座空射小运载、俄罗斯AN-124AL飞机采用内装式空中发射的飞行号（POLYOT）小运载、潜艇发射的波浪（V olna）小运载等等。
2.2 空间运输系统空间运输系统是航天运输系统的重要组成部分，它不仅能将有效载荷送入工作轨道，也可进行轨道转移飞行，满足不同轨道任务的需求，还能为有效载荷提供在轨服务和燃料加注补给。
国外空间运输系统的发展方向主要是以运载上面级研制为基础，在此基础上进一步发展成为轨道转移运输飞行器。
a）研制运载上面级，增强运载火箭的任务适应性和多星分配能力。
为了提高运载火箭的任务适应性，世界各国研制了近10种各类上面级，如大型运载火箭所使用的上面级有半人马座G、H2的第2级、质子号D 级、阿里安5的上面级、液体过渡级、IUS、PAM-DII 以及轨道转移级等。
这些上面级一般都具有多次起动变轨能力，可以进行多星分配轨道部署，同时具有较好的通用性，适合多种运载火箭进行发射。
b）研制轨道转移运输飞行器，增强空间轨道转移运输和服务能力。
轨道转移运输飞行器由于具有轨道机动、离轨、再入等功能，较常规的火箭上面级具有更大的机动性和灵活性。
这种飞行器不仅可机动部署卫星，还能提供在轨服务和维修。
例如美国空军明确提出要在2015年以后部署一种轨道转移飞行器（OTV），其主要作用是通过对美国空间资源进行在轨服务，显著提高这些空间资源的灵活性和作战能力。
还有欧洲为了支持国际空间站任务，正在研制自动转移飞行器（ATV），ATV主要用于向国际空间站运送食品、氧气、氮、水、实验设备和燃料等货物。
2.3 重复使用天地往返运输系统重复使用运载器是实现快速、机动、可靠、廉价进出空间的重要技术途径之一。
虽然美国航天飞机的失事及退役给重复使用运载器的研发蒙上阴影，但是重复使用运载器单项关键技术的研发仍在继续，新型重复使用运载器的研究更加热烈。
a）重复使用运载器单项关键技术的研发仍在继续。
尽管国际上有许多重复使用运载器研制计划已经停止，但是重复使用运载器的单项关键技术的开发始终在向前发展。
例如运载器气动力/热设计技术、先进推进技术、轻质结构和部件技术、防热材料技术、再入制导控制技术、自动着陆技术、综合飞行器健康监控技术等。
许多单项关键技术已经接近或达到飞行演示验证阶段（技术成熟等级TRL6），如机身结构、推进剂贮箱、防热材料、着陆装置等都已达到TRL5～6级，以火箭发动机为动力的SSTO推进系统也已达到TRL5～6级。
b）新型重复使用运载器的研制更加热烈。
由于自身方案设计的缺陷使得美国航天飞机计划将在2010年退役，这标志着第1代重复使用运载器时代的结束。
与此同时一批新型重复使用运载器的研制更加热烈，例如美国新空间计划公布的NASA停止转移轨道空间飞机（OSP）的研究，并决定在OSP和下一代发射技术（NGLT）计划的基础上研制乘员探索飞行器（CEV）。
CEV计划在2008年前完成研制和试验,并在2014年前完成首次载人任务。
此外，2004年9月29日，美国私营公司研制的太空船一号飞船成功试飞，带动了亚轨道重复使用运载器技术的新兴。
3 我国航天运输系统的发展现状与差距分析我国的航天运输系统构成比较简单，仅包括长征系列运载火箭和神舟号载人飞船两种运输工具。
长征系列运载火箭主要执行卫星、飞船等有效载荷的入轨发射任务，神舟系列飞船主要执行载人空间实验及再入返回运输等任务。
当前长征系列运载火箭已发展成为由多种型号组成的大家族，近地轨道运载能力覆盖0.3～9.0 t，地球同步转移轨道运载能导弹与航天运载技术 2006年4力达到5.1 t，太阳同步轨道运载能力达到6.1 t，基本能够满足国内不同用户的需求[3]。
而我国自行研制的神舟号飞船已经成功地掌握了载人空间飞行及返回技术，具备了开展多人多天多任务空间实验的能力。
但是与国外先进的航天运载技术和完备的航天运输系统相比，我国航天运输系统还有比较明显的差距，一是航天运输系统现有的技术水平和能力与未来国防建设与国民经济发展的要求不相适应；二是核心基础技术的发展与航天运输系统的整体发展不相适应，突出表现为基础薄弱、能力不足。
例如：a）现役运载火箭的价格优势正在逐步丧失，同时运载能力不足、发射准备周期长、任务适应性差，运载火箭产业化进程缓慢，与国民经济建设的需求不相适应；b）重复使用运载器仍处于概念论证阶段，基本关键技术尚未突破，与国外成熟的重复使用技术水平相比，有较大的技术差距；c）快速机动发射小型运载火箭、重型运载火箭、空间运输飞行器、亚轨道飞行器、可重复使用飞船等一些先进的航天运载器尚处于空白，航天运输系统构成较为单一，与多任务的需求不相适应；d）发展航天运输系统所需的先进动力与新型推进剂技术、气动防热技术、制导导航控制技术、新型发射技术等核心基础技术科研力量薄弱，技术储备严重不足。