现代航天趋势：推动太空探索的技术与科学如何变化

过去十年是航天史上发展最为迅猛的时期之一。2025年，全球共完成315次成功的轨道发射，几乎是十年前的四倍。其中165次由同一种火箭——Falcon 9完成。全年约有4500个航天器被送入轨道，而十年前还只有数百个。

本十年最重要的技术变革，是火箭级的回收复用。这个理念并不新鲜：早在上个世纪，人们就建成了部分可重复使用的系统。Space Shuttle的轨道器能够返回，固体火箭助推器则通过降落伞落入海中，再由船只打捞；只有外部燃料箱是一次性的。尽管如此，这套运输系统仍是历史上造价最高的，三十年间总共只执行了135次发射。

当时同样希望实现高频运行：整个计划以五架轨道器组成的机队和每年50次飞行为基础。但这一目标未能实现，原因有两个，首先是技术问题。轨道器并不像飞机，而是一件每次飞行后都必须拆解检修的航天器：设计中的两周周转期，在实际中变成了三至四个月；24000块隔热瓦每一块都要检查，其中数百块需要更换；三台主发动机要拆下大修；从海中打捞的助推器也要逐段修复。第二个原因是有效载荷不足。“航天飞机”原本被设计为美国唯一的运载工具，但“挑战者号”事故发生后，它被禁止承运商业载荷，军方也转向了一次性火箭。结果，每年不是发射50次，而是平均只有4.5次，固定成本无从摊薄。

事实证明，关键在于飞行间维护成本，以及是否拥有稳定的发射载荷。Falcon 9恰好同时具备这两个条件：截至2026年7月，一枚助推器已完成36次飞行，同一级火箭两次飞行之间的最短间隔仅为9天。稳定的载荷则由公司自己创造。Starlink星座不仅需要部署，也需要持续维护：卫星的设计寿命只有数年，到期后必须更换，因此发射任务从不间断。

从成本来看，差距十分明显。若只计算直接发射费用，“航天飞机”将1千克载荷送入近地轨道约需1.4万美元；若将研发在内的整个项目成本按入轨质量分摊，则高达6万美元。如今，Falcon 9按公开报价每千克约3000美元，而且这是售价而非成本：SpaceX使用复用助推器再次发射的实际成本更低。也就是说，我们在比较时有意让“航天飞机”占优：对它采用最有利的数字，对Falcon 9则采用最不利的数字。即便如此，两者仍相差近5倍；若按项目总成本计算，差距则达到20倍。

目前已有五种系统具备火箭级回收能力，但成熟度各不相同。只有Falcon 9实现了常态化运行；Falcon Heavy自2018年起便能回收两侧助推器，但由于这一量级的载荷很少，发射次数并不多。Starship的第一级已经实现复用，第二级目前仍采用海上溅落方式。Blue Origin的New Glenn已两次成功着陆助推器，但2026年5月，火箭在静态点火试验中爆炸，并损坏了发射设施。第五种系统是中国的“长征十号乙”：2026年7月，其火箭级在高精度进场后，被海上平台上方张设的网成功捕获。

下一轮轨道运输成本的大幅下降，被寄望于新一代超重型运载火箭，但这一突破尚未到来。

继火箭之后，有效载荷也发生了变化：批量部署的近地轨道星座，取代了单独研制的大型卫星。应用卫星过去也承担着基础设施的作用，是地面通信、气象和侦察系统的轨道组成部分。真正的新变化在于，由数百乃至数千颗卫星组成的星座能够提供单颗卫星无法实现的连续全球覆盖，并由此催生出过去不可能实现的服务：任何地点的宽带接入、每日对全球陆地进行成像、无缝导航以及物联网。

与此同时，卫星不再是独一无二的定制产品：电子设备不断小型化，组装进入流水线，零部件也不再需要具备极高可靠性或数十年的使用寿命。卫星一旦失效，换一颗新的反而更便宜。这类星座退离轨道的规模，与部署时同样庞大：低推力电推进器负责维持星座构型，并在卫星寿命结束后将其降轨。低成本发射打通了整个链条，而规模化又让生产成本再降低了一个数量级。

如今，Starlink拥有超过10000颗卫星。中国正在同时部署“国网”和“千帆”两大星座，公布的目标规模分别为13000颗和15000颗卫星。俄罗斯的Bureau 1440公司正在建设“黎明”星座：首批商业卫星已于2026年3月发射，第二批于7月发射，目标是在2030年前建成由292颗卫星组成的星座。它与中美项目的差异并非落后，而是架构不同：俄罗斯卫星体积更大，设计运行轨道也更高——公布的高度为800千米，而Starlink约为550千米。不过，首批发射的卫星目前实际运行高度明显更低；独立观察人士认为，目标轨道高度可能会调整。轨道越高，实现连续覆盖所需的卫星数量就越少。Amazon也在建设自己的Leo系统。

这些新服务中，最直观的是卫星直连。过去两年间，卫星已经能够不借助终端、天线或机顶盒，直接与智能手机通信，像普通的蜂窝基站一样工作。

轨道位置和无线电频率都是有限资源，其分配遵循“先申报、先部署”的原则。因此，Starlink、“国网”、“千帆”、IRIS²和“黎明”并不是同一市场上的五个竞争者。每套系统都被视为国家级资产，IRIS²则是全欧洲的共同资产：今天对轨道位置的占据，就像过去对领土的占据一样。

军事领域的转向也源于此。美国太空军早在2019年便被设立为独立军种。但真正的变化发生在此后：商业通信与观测星座证明，自己已成为能够直接影响作战进程的基础设施。

在这十年间，太空不再只是人类飞往的地方，也变成了各方争相占有的空间。

早在半个世纪前，无人探测器就已开始探索太阳系，因此，其发展本身并不能算是一种新趋势。真正发生变化的是制造这些探测器的模式，但这种变化并未覆盖所有领域。

低成本领域经历了一场革命。政府机构从“按实际成本研制航天器”的模式，转向“以固定价格购买服务、由承包商承担风险”的模式：机构给出将每千克载荷送达月球表面的价格，承包商自行决定如何实现。2024年2月，Intuitive Machines公司的“奥德修斯”成为首个实现软着陆的商业探测器。它着陆在斜坡上，仍带有横向速度，导致一条着陆腿折断并侧翻，但仍工作了约一周。2025年3月，Firefly公司的Blue Ghost首次实现了完全成功的商业月球着陆。

不过，相关数据依然严峻：迄今7次商业月球任务中，只有1次取得了完全成功。行业有意识地接受了这种取舍——低成本探测器可以损失，再发射下一台即可。之所以能这样做，恰恰是因为航天器上没有人员；载人航天项目原则上根本不能这么算账，因此进展更慢、成本也更高。不过，商业模式并不会自动带来低成本：印度的“月船3号”于2023年在常规政府项目框架内登陆月球，费用约为7500万美元。

而在高成本领域，几乎一切照旧。旗舰级科学任务仍由政府主导，耗资数十亿美元，研制周期长达10至15年。原因很简单：人们已经能够以固定价格购买已有先例的服务，例如运送载荷、持续提供同类图像或大气探测数据。但要以固定金额订购一台独一无二的仪器却行不通，因为没人能提前知道这项工作的成本，包括承包商自己。

这一领域承受的压力正在增大。例如，火星样本返回计划被终止，并非出于技术原因，而是因为优先事项发生了调整。美国政府提出的2026年预算方案，计划将NASA预算削减近四分之一，降至188亿美元，并将科学项目预算削减一半；国会否决了这一方案，将预算维持在接近原有水平的244亿美元。美国太空军同年申请了263亿美元预算，若计入额外拨款，则约为400亿美元。

人类重返月球。2026年4月，“阿尔忒弥斯2号”乘组沿自由返回轨道绕月飞行——即使发动机此后一次也不点火，飞船也能自行返回地球。这是自1972年以来首次载人飞行超越近地轨道。

中国计划在2030年前实现航天员登月。下一步是建设中俄国际月球科研站，目前已有约15个国家加入。但按照2030年代中期的基础方案，该科研站将采取无人运行模式，人员长期驻留则被安排在更晚阶段。

人类进入轨道的方式也发生了变化：完全由私人组成的乘组和商业访问任务相继出现。2024年，私人任务乘组首次完成出舱活动；2025年，印度、波兰和匈牙利的代表进入国际空间站工作，而这些国家的前辈上一次飞入太空还是40多年前参加苏联的“国际宇航”计划。

轨道空间站的情况则更为复杂。目前有两座长期载人运行的空间站——国际空间站和中国的“天宫”空间站。原计划由商业空间站接替国际空间站，但这一方案一直动荡不定。Vast公司的首座商业空间站Haven-1已推迟至2027年发射。2026年3月，NASA提出调整整体架构：空间站核心部分仍归政府所有，私营企业则在其上对接各自的舱段。正在建造独立空间站的承包商对此提出异议；到6月，NASA又回到了最初方案，并于7月发布招标文件草案：至少两家公司将获得早期研发合同。由此可见，整体方向得以保留，但架构一年内两度调整，工期已经推迟，NASA自身仍是主要客户——目前尚未看到足以在没有NASA支持的情况下维持空间站运营的市场需求。

俄罗斯轨道站仍在按照已公布的节点推进——首个舱段计划不早于2028年发射，2034年前完成全部配置——但其整体方案已发生明显变化。2025年12月，轨道倾角从近极地轨道调整为51.6度，与国际空间站相同。极地轨道虽可观测俄罗斯全境，却会让空间站穿越辐射水平较高的区域：要么只能采取短期乘组访问模式，而非长期载人运行；要么必须增加额外防护。采用国际空间站的轨道倾角便可避开这一问题，成本也低得多——这不仅因为从拜科努尔发射时能将更大质量送入这条轨道，空间站的建设方式本身也将改变：既然位于同一轨道，就不必从头建造所有设施。“科学”号实验舱的使用期限将延长至2035年年底，并计划纳入俄罗斯轨道站。也就是说，新空间站并非从零起步，而是以已经在轨运行的国际空间站俄罗斯舱段为基础。官方还给出了政治层面的理由：保留国际合作的可能性，因为合作伙伴如有意愿，也能够抵达这条轨道。

更重要的是，目前并没有在建设第二个像国际空间站那样由多国共同参与的项目。俄罗斯轨道站是国家项目，“天宫”空间站也是国家项目；2026年3月，NASA暂停了月球轨道空间站Gateway项目，而各国探月计划也已分化为两大阵营。

过去一年里刚刚显现出的一个趋势，是核能重返太空。而且它回归的方式并非人们原先所期待的那一种。

半个世纪以来，人们一直将主要希望寄托在核热火箭发动机上：反应堆加热推进剂——也就是发动机向外喷射的物质——其推进效率约为化学燃烧的两倍，因此完成同一任务只需一半的推进剂。2025年，美国终止了联合研发该技术的项目，DARPA给出的理由颇具代表性。这类发动机的核心价值原本在于减少需要送入轨道的质量，但如今单位入轨质量的成本已经下降。与其完善一套复杂且本身造价高昂的机载反应堆系统，不如为普通火箭多加一些推进剂。研发重点因此转向核电推进装置：反应堆负责发电，电火箭发动机负责产生推力。

2026年3月，NASA与美国能源部宣布研制SR-1 Freedom航天器，配备功率约20千瓦的反应堆：计划于2028年年底发射，2029年抵达火星，载荷为3架配有探地雷达的火星直升机，用于寻找地下冰。俄罗斯自2010年起一直在研制兆瓦级运输与能源舱：2026年4月完成初步方案设计并进入试验设计阶段，同时还将空间核能单列为一项实施至2036年的联邦项目。

这一领域已有实践经验，而且主要来自苏联和俄罗斯。1970年至1988年间，苏联发射了30多颗搭载核能装置的航天器。其中，1987年发射的“宇宙-1818”和“宇宙-1867”搭载了“黄玉”热离子发电装置及由其供电的等离子体发动机。这是世界上首套实际可运行的“反应堆加电推进”组合：美国1965年的SNAP-10A反应堆运行了43天，但离子发动机不到1小时便被迫关闭；“黄玉”反应堆则分别运行了142天和343天，并持续为等离子体发动机供电，尽管功率仅为数千瓦。能够推动行星际飞船的兆瓦级装置至今尚未进行过飞行。

采用核电推进装置的意义在于能够飞得更快。使用化学发动机同样可以快速飞行，问题在于代价：其喷射速度较低，航程每缩短一个月，所需推进剂就要成倍增加，最终飞船质量将大到无法发射。因此，目前通常选择较为经济的轨道，飞往火星需要半年以上。电火箭发动机的喷射速度约高一个数量级，实现同样的速度增量所需推进剂质量可减少数倍，从而使快速飞行成为可能。反应堆的作用，则是在太阳能电池板无法提供足够能源的区域为这些发动机供电。

飞行时间意味着不断累积的辐射剂量和持续消耗的物资，而这些都不是抽象概念：水、氧气、二氧化碳吸收剂、食物，以及航天服和过滤器的使用寿命。每多飞行一个月，就要多携带数吨与飞船一同加速的物资，还会增加无法抵消的辐射剂量。

月球基地面临的则是另一个问题——月面能源供应。太阳能电池板无法应对长达14个地球日的无日照期，因此规划中开始出现功率约100千瓦的月面反应堆。

越来越多的计算任务必须直接在轨完成，原因有两个。

第一个原因是数据经济性。对地观测卫星每天产生数TB数据，而将其传回地面成本高昂：既要占用地面站的工作时间和频率资源，也要消耗星上能源。但客户通常需要的并非图像本身，而是从中得出的答案——港口里有多少艘船、哪些区域的冰已经消退、采伐区边界是否发生变化。星上处理可将数TB数据转化为数KB的结果：过去需要在地面人工判读的图像，如今可由航天器上的神经网络分类器直接处理。

第二个原因来自外部。地球已经越来越难以容纳持续增长的算力需求：电网、可接入容量和冷却用水都成为制约因素。在轨道上，太阳持续照射，也无需与其他用户共享电网，于是计算产业主动进入太空。首台自由飞行的轨道数据中心验证机自2025年11月起已在轨运行，Google和SpaceX也公布了各自的项目。

轨道上的能源足够充裕，瓶颈在于散热：真空中只能通过辐射散热，因此散热器会比航天器本身还大。这项技术并不新鲜，液体循环系统早已在国际空间站长期运行，但如今所需的规模截然不同，而规模正是决定轨道数据中心形态的关键。从本质上说，这与行星际飞行面临的是同一道难题：既要获得大量能源，又要设法排出热量——行星际飞行是为了速度，轨道计算则是为了算力。

过去十年，航天事业同时沿着多个方向发展。进入轨道的成本已大幅降低，发射成为常态；下一次飞跃将在完全可重复使用的超重型运载火箭投入运行后到来。少量定制卫星被大规模星座取代，并催生了全球性服务。政府改变了采购模式，允许私营企业进入航天产业。人类重返月球，轨道空间站却各自走向国家项目。核能重返太空，计算产业也进入了太空。与此同时，作为这一切的另一面，近地空间正成为各方争夺所有权和展开竞争的对象。

航天领域的预测很少如期实现：从20世纪70年代初开始，人们一直声称载人火星任务将在“20年后”实现，但每一次倒计时都会重新开始；大规模亚轨道旅游也曾被预计会在2010年代到来。这个行业过度依赖行业之外作出的决策，也依赖那些往往并非诞生于预期领域的技术。

不过，还有一点观察超出了上述趋势清单。在我看来，离开大气层后，人类应当作为一个统一的文明共同前行。如今，各国建设自己的空间站，推进相互竞争的探月计划，打造主权轨道基础设施，这种分化趋势与上述目标背道而驰。与此同时，国际空间站在过去25年里一直证明：即使各方在地球上无法达成一致，也依然能够在太空中携手合作。这个项目曾将不同的国家和社会联系在一起，而且无论遭遇什么，至今仍在发挥这种作用。真正令人忧虑的，正是这一刚刚初现雏形的进程正在走向碎片化。

人类并不会仅仅因为能够飞得更远，就成为真正的太空文明。这不是技术发展的问题，而是自我认同的问题。关键在于，人离开大气层后如何看待自己的身份。只要身处太空的人首先仍将自己视为某个国家的代表，太空就依然只是地球边界的延伸。只有当轨道上的乘组和地球上大多数决策者都将自己视为全人类的代表时，我们才会真正成为太空文明。

数据截至2026年7月29日。

本文为俄罗斯国家开发集团城市实验室特别项目《城市实验室引领潮流》撰写，并发表于“观点”栏目。

亚历山大·米苏尔金——俄罗斯联邦宇航员、主旨演讲嘉宾。

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