【独家】中国发射次数全球第一：2021全球航天发射活动分析报告（附详单表格）
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2022-01-03 17:47
中国发射次数全球第一
——2021全球航天发射活动分析报告
文 | 刘李辉 王昊 姚飞
本文原载于《卫星与网络》杂志2021年12月刊
图1 2021年全球航天发射活动总体态势图
2021年，全球共进行航天发射活动144次（1月7次、2月10次、3月10次、4月11次、5月10次、6月13次、7月11次、8月12次、9月11次、10月11次、11月16次、12月22次），是近几年发射次数最多的一年，其中成功134次，失败10次。涉及21个航天发射地点和40个国家/地区，共向太空送入1816个航天器（含发射失败留在近地轨道的IPN-1卫星模拟器），其中近地轨道1777个、中地球轨道5个、高地球轨道31个、地外轨道3个。（编者注：12月30日，伊朗官方称，该国“凤凰”运载火箭将三个“研究装置”送入距离地面470千米的高空，因当前还不能确定是否有航天器入轨，因此本文未将该发次统计在内。）
一次航天发射活动可产生诸多信息，比如：国家/地区、发射时间/地点、载荷所属国家、运载火箭、卫星名称、卫星载荷、卫星用途等，下面根据常用的信息辨识角度从以下几个方面对发射情况进行分析。考虑到俄罗斯是航天发射大国，且发射活动相对独立，因此该部分内容将俄罗斯从欧洲抽离出来作为单独统计，以便更好地分析各国家/地区航天发射活动情况。
全球开展的144次航天发射活动中，根据发射任务的主导组织或机构国籍来划分，美国51次（含在新西兰发射的6次），中国55次（居世界第一），俄罗斯16次，欧盟+英国15次，日本3次，印度2次，伊朗1次，韩国1次。其中，美国失败3次、中国失败3次、韩国失败1次、印度失败1次、伊朗失败1次、俄罗斯失败1次，全球发射活动成功率为93.1%，如图2所示。
图2 2021年全球航天发射活动次数统计图（按国家/地区）
图3 2021年全球每月航天发射次数统计
美国和中国仍然是全球航天发射大国，总发射次数接近，两国发射次数占全球总发射次数的73.6%，均比其他国家发射次数总和还多；欧洲、俄罗斯处于第二梯队，在全球疫情较为紧张的态势下，航天发射活动稳中求进；日本、印度仍保持2~3次的航天发射频率；伊朗今年仍未扭转去年多次失败的颓势；值得注意的是，韩国从去年制定了发展独立航天的战略后，今年开始了自制运载火箭的发射活动，不过离成功还差一步。
（1）北京时间2021年5月15日19时11分，火箭实验室公司在玛希亚半岛航天发射场使用“电子”小运载火箭执行一次一箭双星发射任务时以失败告终，本次发射任务瞄准430公里、倾角50度的轨道，有效载荷为美国黑色天空全球公司的两颗商业遥感卫星。
（2）北京时间2021年8月29日6时35分，美国小运载研制商群星公司（Astra）在科迪亚克岛阿拉斯加太平洋航天港使用Rocket 3.3加长型LV0006号运载火箭进行了第三次入轨发射，火箭起飞后并未直接上升，而是出现了倾斜和侧移，上升一段距离后，发动机关机，发射任务失败。
（3）北京时间2021年9月3日9时59分，美国萤火虫宇航公司在范登堡天军基地使用“阿尔法”小型运载火箭发射NPS-CENETIX-Orbital 1等12个航天器，但在起飞后约2.5分钟发生爆炸，发射任务失败。
（1）北京时间2021年2月1日16时15分，北京星际荣耀空间科技股份有限公司在酒泉卫星发射中心使用双曲线一号运载火箭开展发射任务时，由于火箭一级推进器出现问题，导致发射任务失败，星箭俱毁。
（2）北京时间8月3日15时39分，星际荣耀公司在酒泉卫星发射中心使用双曲线一号运载火箭执行光魔方01A卫星发射任务时，由于火箭第三级发动机提前熄火导致星箭提前分离，最终未能送入500km太阳同步轨道，发射任务失败。
（3）北京时间2021年12月15日10时许，我国在酒泉卫星发射中心使用快舟一号甲运载火箭执行GeeSAT1A/1B卫星商业航天发射任务，火箭起飞后，飞行异常，发射任务失败。
北京时间2021年8月12日8时15分，印度在萨迪什·达万航天中心使用GSLV（静地卫星运载器）-MK.2（4）型运载火箭发射EOS-03地球静止轨道遥感卫星时，由于火箭上面级低温发动机点火问题而导致火箭姿态失控，发射任务失败。
北京时间2021年6月12日，伊朗国家航天局在塞姆南航天发射中心使用“神鸟”（Simorgh）运载火箭发射了“胜利”（Zafar）2号遥感卫星，不过卫星未能进入轨道，任务失败。
北京时间2021年10月21日16时00分，韩国航空宇宙研究院（KARI）在罗老航天中心使用“韩国航天运载器”（KSLV）2型运载火箭进行了首次入轨试射，但火箭未能进入预定轨道。本次发射携带的是重1.5吨的一件模拟有效载荷，也就是一个质量模拟器。
北京时间2021年12月28日3时00分，俄罗斯在普列谢茨克航天发射场开展“安加拉A5/DM-03 Persey上面级”运载火箭发射试验活动，拟计划将代号为IPN-1的卫星模拟器采用三级点火方式直接送入地球静止轨道，但第二次点火失败将载荷留在了近地轨道，发射任务失败。
全年航天发射活动共涉及21个发射地点，详细信息如表1所示。
全球较为活跃的发射场主要有美国的卡纳维拉尔角天军基地（19次）、肯尼迪航天中心（12次），中国的太原卫星发射中心（12次）、酒泉卫星发射中心（22次）、西昌卫星发射中心（16次），俄罗斯的拜科努尔航天发射场（14次）；欧洲阿里安航天发射公司今年利用俄罗斯的东方航天发射场和拜科努尔航天发射场共开展了8次航天发射任务，其中在东方航天发射场5次、拜科努尔航天发射场3次；另外，美国在加州莫哈维沙漠空域、靠近范登堡天军基地的太平洋上空共进行了3次空中平台火箭发射任务，再根据去年美国类似发射活动情况，加州莫哈维沙漠空域将是美国未来基于空中平台进行发射活动的主要场所。
从航天器运行轨道的角度区分，全年144次航天发射活动送入的1816个航天器中，1777个运行于近地轨道，5个运行于中地球轨道，31个运行于高地球轨道，3个运行于地外轨道，详细信息如图4所示。
图4 2021年入轨航天器运行于不同卫星轨道的数量统计图
在运行于近地轨道的1816个航天器中，有378个运行于太阳同步轨道、1399个运行于非太阳同步轨道；在运行于中地球轨道的5个航天器中，有3个运行于中圆地球轨道、2个运行于中椭圆地球轨道；在运行于高地球轨道的31个航天器中，有1个运行于倾斜地球同步轨道、26个运行于地球静止轨道、2个运行于闪电轨道、2个运行于坟墓轨道；3个地外轨道航天器运行于不同的深空轨道。
运行于近地轨道的航天器数量占比98.0%，这一比例是历年来最高（2020年为96%、2019年为91%、2018年为83.7%），主要有两方面原因：一是基于近地轨道建设的卫星星座数量呈爆发式增长，二是多个国家利用拼单式发射活动向近地轨道发送数量巨大的科学技术试验卫星，今年最多一次送入了143颗卫星；运行于坟墓轨道的2个航天器是美太空军同时送入轨道的STPSat-6卫星和LDPE-1卫星，刚开始运行于地球静止轨道，后变轨至坟墓轨道开展多个高新技术试验；运行于深空轨道的2个航天器是“露西”小行星探测器和DART航天器，它们都是通过地日分离轨道分别进入特洛伊小行星和双小行星系统的深空轨道。
全年成功发射进入太空的1816个航天器中，通信类有1349个、对地观测类有107、科学技术类有164个、地外探测类有1个、空间站服务类有21个、空间行动类有1个、其它类173个（有170个多功能卫星、3个军事秘密卫星），详细信息如表2所示。
图5 2021年各类型航天器入轨数量统计图
从具体用途来看，网络服务卫星数量占比71.9%，这主要来自于“星链”、OneWeb卫星星座25次专项发射和2次拼单发射活动的贡献；“技术试验”和“多功能”这两类航天器数量破百，数量比其它类型航天器（网络服务卫星除外）相对较多，这是当前航天领域呈现“积极发展复合型卫星”“努力追求航天技术突破”的特点所致；这几年“教学资源”“系统/仪器测试”和“卫星部署”三类航天器正在逐渐兴起，今年累计入轨近46个，这也是“太空利用多元化”“航天技术快速发展”所带来的必然结果；另外，其它类型的入轨航天器数量在去年基础上有些有所增加、有些有所减少，这与各国发射任务规划以及疫情态势有关，实属正常。
不过，需要强调的是，由于今年我国在空间站建设上的持续推进，全球围绕空间站的航天发射活动较为活跃；最后，全年有3颗用途未知的军事秘密卫星于北京时间6月15日发射，任务代号NROL-111，属于美国国家侦察局所有，根据军事卫星追踪专家的说法，卫星很可能运行在几百公里、倾角大约为50度的轨道。
全年进入太空的1816个航天器中，所属权分别归于40个国家/地区，其中个别航天器为两国共同出资研发，共有产权，详细信息如表3所示。
由于“星链”卫星星座的组建实施，美国在入轨卫星数量上遥遥领先，比其它所有国家总和还多，占比达到69%，继续保持着卫星数量和轨位资源的优势，随着后续多个卫星星座的规划落地，这种优势将继续扩大；随着OneWeb公司破产重组并在今年开启了OneWeb卫星星座组建之路，英国入轨航天器数量排在了第二位，虽然有印度资本进注OneWeb公司并占据相当大比例股份，但印度商业航天战略还不成熟，星座还是主要受英国支配；我国入轨航天器数量破百，近几年基本处于“稳中求进”的状态，但值得注意，日本实行航天大国战略后，今年利用3次本国发射活动和3次拼单任务成功向太空送入22个航天器，超过俄罗斯成为入轨航天器第四多的国家。
美国太空探索技术公司通过17次专项和2次拼单式发射活动，将989颗“星链”卫星送入太空，如图6所示。其中1.0版本的有782颗、1.5版本的有207颗，运行于壳层1（高度550km、倾角53°左右）的有772颗、运行于壳层2（高度570km、倾角70°左右）的有51颗、运行于壳层3（高度560km、倾角97°左右）的有3颗、运行于壳层4（高度530km、倾角53°左右）的有153颗，还有10颗运行于300km左右、97.5°的轨道。
接续去年年底势头，太空探索技术公司在上半年高频次发射1.0版本“星链”卫星，已基本完成壳层1的卫星部署。经过三个月的调整改型后，该公司开始了向壳层2和壳层4部署1.5版本“星链”卫星的计划，该型号卫星主要增加了激光通信装置，能够无需经过地面站而相互传递数据，实现高效网络业务。这项升级将让太空探索技术公司能够在极区附近和没地面站可用的其它区域提供网络连接，减少网络时延。
截止到12月31日，太空探索技术公司已发射“星链”卫星1944颗，除去已主动和被动离轨再入的139颗，目前“星链”星座在轨卫星总数最多为1805颗，仍能工作的卫星应不超过1781颗，而已处于“工作壳层”内的为1467颗（哈佛-史密森天体物理学中心更新的数据）。据此，“星链”星座建设呈现“壳层1基本部署完毕”、“壳层4是未来重点”、“专项/拼单同步开展”、“星舰方式正在筹划”的特点。
图6 2021年“星链”星座每月入轨数量统计图
OneWeb星座是OneWeb公司正在建设的低时延低轨互联网卫星星座，初期规划648颗卫星，首批卫星由12×49颗卫星组成，分为12个轨道平面，应用市场主要包括航空、海事、回程服务、社区Wi-Fi和应急响应服务等。每颗OneWeb卫星采用氙等离子体推力器，配备与用户和地面站连接用的Ku和Ka波段天线，每颗发射重量147.5公斤，携带两个TTC遥控遥测全向天线、2个Ku波段天线和2个Ka波段天线，采用1200公里、倾角87.9度的低地轨道，通量至少为8吉比/秒，设计寿命7年以上。（参见图7）
2021年，OneWeb公司通过8次专项发射活动，将284颗OneWeb卫星送入太空，在轨总数已达到394颗。根据目前星座规模和公司计划，OneWeb星座在2022年初能够实现对英国、阿拉斯加、北欧、格陵兰岛、冰岛、北冰洋和加拿大等国家/地区的信号覆盖，如果一切顺利，将在2022年中下旬实现全球覆盖。今年的OneWeb卫星发射活动全部由阿里安航天公司承包，该公司再通过俄罗斯航天局并使用联盟2-1b/“弗雷盖特”M型运载火箭和俄所属航天发射场完成卫星发射任务，不过随着今年阿里安-5ECA+型运载火箭复飞和“维加”运载火箭多次成功发射，阿里安公司会增强在明年使用本公司火箭发射OneWeb卫星的信心。
图7 OneWeb卫星示意图
SpaceBee星座是美国蜂群技术公司正在建设的微小卫星星座，计划由150颗0.25U立方体卫星组成，每颗重约0.25kg，主要用于卫星通信和数据中继。（参见图8）
图8 SpaceBee卫星示意图
自2018年建设以来，该星座共有121颗卫星发射入轨。2021年是SpaceBee卫星入轨数量比较多的一年，共有76颗由3次拼单发射活动（2次是太空探索技术公司的发射任务、1次是印度空间研究院的发射任务）进入太空，并运行于太阳同步轨道。
BlackSky星座是美国黑色天空公司正在建设的遥感卫星星座，除BlackSky-1、BlackSky-2卫星处于太空同步轨道外，其它均运行于440km×420km、42°的近地轨道，星座卫星规模为16颗，另有4颗补网卫星。每颗卫星采用“侦察兵”平台建造，每颗重55kg、设计使用寿命3年，配备“天观”（SpaceView）24成像系统，孔径24cm，500km轨道地面分辨率0.9～1.1米，均配备星载推进器。黑色天空公司的长远目标是运营一个由60颗快速重访、高分辨率卫星组成的星座，旨在为商业和政府客户提供高分辨率的地球图像，其潜在客户是美国军方和情报机构。（参见图9）
图9 BlackSky卫星实景图
自2018年建设以来，共有13颗卫星发射入轨。2021年，围绕BlackSky卫星发射的活动共有5次，其中4次成功、1次失败；成功4次中有2次为专项发射任务、2次为拼单发射；共有7颗发射入轨、2颗入轨失败，7颗均运行于440km×420km、42°的近地轨道。有消息显示，明年黑色天空公司在加发2~4颗BlackSky卫星后，将在2023年实现卫星的升级换代，分辨率将由现在的1m提升到0.5m。
ICEYE星座是芬兰ICEYE初创公司正在组建的雷达成像卫星星座，旨在提供近乎实时的SAR图像。卫星携带紧凑而高效的合成孔径传感器，可最大限度地穿透云层，运行于516km×535km、97.5°的太阳同步轨道。（参见图10）
图10 ICEYE卫星示意图
自2018年组建以来，共有14颗卫星发射入轨。2021年，共有7颗由2次太空探索技术公司的拼单发射任务送入太空，运行于太空同步轨道。
Lemur-2系列星座是美国尖顶（Spire）公司正在组建的3U立方体电子侦察卫星星座，每颗卫星重约4kg，主要携带两种有效载荷：GPS无线电掩星测量有效载荷和跟踪船舶用的AIS接收器。该星座主要用于监测船只、飞机和天气。从第78颗开始，卫星增加了AirSafe ASD-B有效载荷来跟踪飞机。GPS无线电掩星测量有效载荷能够实时测量GPS卫星信号，可根据信号受大气层影响的数值变化非常精确地计算出温度、压力和湿度廓线；AIS接收器能够接收AIS信号以跟踪世界各地的船只。（参见图11）
图11 Lemur-2卫星示意图
自2015年组建以来，共有135颗卫星发射入轨（4颗未能正常工作）。2021年，共有16颗由3次拼单发射活动（2次是太空探索技术公司的发射任务、1次是阿里安公司的发射任务）送入太空，运行于510km×530km、97.5°的太阳同步轨道。
Flock星座是美国初创公司行星实验室（Planet Labs）建设和运营的集群式对地观测星座，自2014年组建以来，已经过了三次升级换代，主要分布在太阳同步轨道和极地轨道，大多数配备了标准的RGB成像系统和行星望远镜，具有成像质量高的特点。每颗Flock卫星重量在5~10kg左右、寿命约为2~3年。根据测算，目前在轨正常运行的大约在150颗左右。（参见图12）
图12 Flock卫星示意图
2021年，行星实验室公司仅利用1次拼单任务发射了Flock-4s卫星，但48颗的规模让Flock星座观测和重访能力得到了大幅度提升，每颗卫星成像分辨率为3m，有8个光谱波段，改善了图像质量和清晰度，为用户提供全球的中分辨率高频次卫星影像，在农业、林业、海洋、土地利用以及应急等方面发挥重要的作用，随着美国传感器能力水平的提升，待Flock星座迈入高分辨率行列，其业务范围将得到进一步拓展。
早期的卫星星座主要应用于导航定位（GPS、伽利略、格洛纳斯、北斗），也有一些用于商业遥感和移动通信的星座（Flock、铱星等），但随着太空领域的特殊性和商业价值，近几年越来越多的卫星进入太空，并且集群趋势日益明显，比如近几年出现的“星链”星座（网络服务）、OneWeb星座（网络服务）、ASTROCAST星座（网络服务）、Centauri星座（网络服务）、Capella星座（成像侦察）、TROPICS Pathfinder星座（气象预报/监测）、ICEYE星座（成像侦察）等，一方面可以利用星座数量优势更多地抢占轨道资源，一方面也可利用卫星集群优势实现“1+1>2”的综合效益，还可以借星座组建契机实现技术突破，提升本国太空竞争力，因此才会发生今年多国抢着申报建设巨型卫星星座的局面，甚至出现了“搞笑”的一幕：迄今只发射过1颗卫星的卢旺达居然提出要建设327230颗卫星组成的两个星座。
今年，我国航天事业最大的进步莫过于建成了属于中国人的空间站。4月29日，天和核心舱被送入高度400km、倾角41°左右的近地轨道，随后迎来了天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船，并完成中国空间站首个“一”字构型，随着航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波凯旋，天舟三号货运飞船启程出发并与天和舱顺利对接，转入三舱（船）组合体飞行状态，并于10月16日与神舟十三号载人飞船成功对接，中国另外3名航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻成功。
我国今年围绕空间站，共向太空送入1个太空舱、2艘载人航天飞船和2艘太空货运飞船，其中载有6名宇航员和大批物资、实验器材/设备，未来的载人航天飞船、太空货运飞船不仅仅只有“联盟号载人飞船/进步号货运飞船”“载人龙飞船/天鹅座货运飞船/龙货运飞船”了，神舟载人飞船/天舟货运飞船已经引得世界关注。接下来，我国还将围绕天和核心舱延展建设问天实验舱、梦天实验舱，完成空间站三舱组合体在轨组装建造。另外，俄罗斯在今年也围绕空间站建设向国际空间站发射了“科学”（Nauka）号空间舱，全球与空间站有关的发射活动从2019年的15次、2020年的13次增长至21次。
近几年兴起的火箭发射平台变化在持续更新，美国在加州莫哈维沙漠空域和靠近范登堡天军基地的太平洋上空使用“运载器一号”空射型运载火箭和飞马座XL空射型运载火箭，共完成3次机载平台的航天发射活动，向近地轨道发射20颗卫星，机载平台航天发射活动今年零失败。至此，机载平台的航天发射技术日趋成熟，形成了陆地平台、海洋平台、机载平台三位一体的航天发射模式。
另外，一箭多星的拼单式航天发射活动在卫星释放时引进了卫星部署器，一般来说，以卫星部署器为主导的释放方式，使卫星定轨更为精确，同时完成卫星部署任务后，其本身也可以作为平台预先装好卫星载荷成为具有一定用途的航天器。今年，有3次航天发射活动带有卫星部署器，均为拼单式任务，其中美国2次、俄罗斯1次，共计使用6个卫星部署器。Sherpa-FX 1、Shperpa-FX 2、Sherpa-LTE 1卫星部署器（美国研制）分别帮助13颗、25颗、10颗卫星定轨；ION SCV-002、ION-SCV 003卫星部署器（意大利研制）分别帮助20颗、6颗卫星定轨；Unisat-7卫星部署器（意大利研制）帮助5颗卫星定轨，而后其成为开展技术试验的卫星平台。（参见图13）
图13 卫星部署器：Sherpa-FX 1/2（左上）、Sherpa-LTE 1（右上）、ION SCV-002/003（左下）、Unisat-7（右下）
随着科学技术发展，星上载荷集成化、小型化趋势越发明显，在卫星平台上可部署多个不同功能的载荷，在增强卫星能力的同时还能节省项目成本，这也导致了多功能卫星数量的增多。前几年其实早有迹象，只是当时大家更多关心卫星主载荷而忽略了其它功能，随着卫星复合型设计的强化，逐渐有些卫星也就没有主次载荷之别。今年，入轨的多功能卫星有169个，主要以同类型卫星的功能复合为主，比如：常见的多功能卫星主要以技术试验和教学资源、电视广播和移动通信、资源勘查和地球环境探测等进行功能复合。多功能卫星一定是未来发展的重点方向，特别是在星座集群化趋势影响和人工智能、大数据技术驱动下，多种功能的集成更有利于发挥星座集群效力、丰富应对各类事件的方法途径、增加卫星系统自身弹性。
太空探索技术公司去年完成全球首次商业载人发射后，太空旅游概念一直被不断讨论，多个公司声称即将开展太空旅游业务，于是今年就迎来了太空商业旅游的新纪元。
今年，蓝色起源和维珍银河公司在亚轨道旅游上开启了竞争之路，以预售舱位的营销模式分别完成3次和1次的亚轨道（100km左右）太空旅游，让乘客体验了完全失重的感觉。美国NASA也在今年将宇航员的空间站“接送”任务完全交给太空探索技术公司，基于对此项工作的成熟经验，太空探索技术公司在9月执行了全球首次全私人的载人航天活动Inspiration 4，成功带着4名不同职业的航天爱好者完成了3 天在轨旅行任务；俄罗斯在这方面也不甘示弱，先是带着女演员和导演到空间站拍摄航天题材影片《挑战》，然后接受美国太空历险公司的商业旅行合同，安排日本富商及其助理完成历时12天的太空旅游。
美国、俄罗斯今年都开展了专项商业太空旅游任务，相信太空商业载人的产业会逐年壮大，并成为又一种时髦的生活旅游方式。
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