来源：科普中国
导读
2020年，人类面临了众多前所未有的巨大挑战，在超难模式下，中国航天不断创造奇迹，又迎来了厚积薄发的一年，在新型火箭首飞、卫星导航系统、月球与深空探测与商业航天等领域取得了重大成就。
今年是中国航天的超级2020，这些高光时刻值得铭记。
01
嫦娥五号，完美完成中国航天史上最复杂任务
2004年，嫦娥探月工程正式启动，计划通过“绕、落、回”三步走发展战略全方位研究月球。目前已有嫦娥一号、二号、三号、四号、鹊桥号、五号T1试验器等完成任务，完整突破了环绕和着陆两大月球探索使命，实现了人类首次软着陆月球背后和巡视的壮举。
2020年11月24日嫦娥五号发射成功，挑战月球采样返回，时隔44年（1976年苏联月球24号），它将为人类再次带回月球样品。
嫦娥五号的任务流程高度复杂，是无人探月的极致。图片来源：作者改编。嫦娥五号探测器组合体总重达8.2吨，采用轨道器/返回器/着陆器/上升器联合的方式探测月球，是人类无人探月史上最复杂最重的探测器。
2020年12月17日，嫦娥五号成功返回，最终收获了1731克样本，超过了苏联三次无人采样任务采样总重量（301克）。在经历了11个重大阶段和关键步骤后，中国终于告别了仅有美国阿波罗登月计划赠送的1克月球样本的历史，并全面掌握了无人地月往返系列技术。
不仅如此，嫦娥五号实现了中国航天五大首次技术突破：
地外天体自动采样封装；
地外天体起飞并精准入轨；
月球轨道无人交会对接；
携带月球样本高速（近11.2千米/秒的第二宇宙速度）返回地球；
建立中国月球样品的存储、分析和研究系统。
02
北斗系统全面建成，精准时空尽在手中
2020年6月23日，北斗卫星导航系统第55颗卫星搭乘长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心成功升空。北斗系统，历时26年研发，经历了三代系统、共计发射了59颗卫星，终于完成全部组网星座发射任务，正式建成！
在理论上，卫星导航系统能无限量为用户提供全球覆盖、全天候、全天时的高精度定位与授时服务，事关国家安全、经济建设和科学研究等重要领域，是任何一个大国必须掌握的核心竞争力。
北斗系统采用三种轨道，重点服务亚太地区。图片来源：北斗办。整个北斗建设过程分成了三步走策略，对应北斗一号、二号和三号系统。其中，一号主要为试验系统；二号为区域服务系统；三号为最终定型的全球服务并带有区域增强的系统。
北斗三号系统的30颗卫星包括3颗为GEO（静止地球同步轨道）卫星，3颗为IGSO（倾斜地球同步轨道）卫星，24颗为MEO（中远地球轨道）卫星，是人类现有导航卫星系统中最独特创新的设计，能通过高轨卫星导航和短报文功能重点为亚太地区提供更高质量的服务。
03
天问一号，下一站火星！
屈原曾在长诗《天问》中发出了“九天之际，安放安属？”和“日月安属，列星安陈？”的旷世之问，其中“荧惑”（火星）始终是中国古人们最关心的行星之一。历时走入现代，火星不仅是人类研究行星科学和太阳系演化史的核心参照，也是人类未来走向深空的突破目标。
为此，中国航天正式启动了行星探测计划——“天问”。执行第一站任务的就是去往火星的天问一号。2020年7月23日，天问一号搭乘长征五号遥四火箭，从文昌航天发射场成功升空，开启前往火星数亿千米的旅程。
天问一号在深空中发回的中国最远自拍。图片来源：国家航天局。它将在这次任务中挑战在火星“绕”（环绕）、“着”（降落软着陆）、“巡”（移动巡视）三大工程目标。组合体携带13项科学仪器，计划对火星进行全方位研究，是近几十年来人类火星探测技术复杂度之最，将打破人类探测火星新纪录。
目前，天问一号已经完成了多次轨道修正、深空机动、星上载荷和仪器测试、太空自拍等复杂操作，预计在2月10日抵达火星附近开始制动，将在2021年农历新年为14亿中国人献上超级新年礼物。
04
高分专项建设收官，观天测地明察秋毫
地球原本仅有一颗天然卫星，进入航天时代后，人类发射了上万颗人造卫星，并通过这些卫星来了解地球的方方面面。
高分辨率对地观测系统，是我国中长期科学和技术发展规划纲要提出的重大专项之一，主要依靠卫星系统实现全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力。
高分一号卫星。图片来源：央视。2020年12月6日，中国发射高分十四号卫星，从2013年4月26日发射高分一号至今，中国在7年内发射了十四个系列、二十余颗卫星组成高分卫星网络，它们分别分布在地球静止轨道和太阳同步轨道。
历时七年，高分卫星专项系统建设成功收官，它们几乎覆盖了航天领域所有对地观测方式，如可见光、红外、雷达等，为我国长期稳定地获得高分辨率全球遥感信息提供重要保障，战略意义明显。
05
长征五号B火箭，重载力士托起天上宫阙
运载火箭是航天事业的基石，决定了一国航天发展的能力上限，长征五号是我国目前最强大的重型任务运载火箭。它将长征火箭家族近地轨道运力上限从8吨级提到25吨以上，能将东方红五号平台这类大型载荷发射到高轨，能执行大型月球探测和火星探测任务等，是一个通用化、系列化、组合化的大型运载火箭平台。
长征五号基本型和B型运载火箭对比图。图片来源：Memorian-QN。中国最重要的航天工程之一，载人航天，起步于1992年，2021年将迎来最为关键的时刻——全面建造天宫空间站。为此，长征五号要专门定制一个型号，负责实施近地轨道20-25吨级重载任务，这就是长征五号B运载火箭。相较于长征五号，它采取一级半的“矮胖紧实”布局，采用更大的整流罩，重点服务于天宫空间站核心舱和实验舱。
2020年5月5日，长征五号B运载火箭在文昌航天发射场成功首飞，为2021年全面开启天宫空间站建设创造了条件。
06
新载人飞船，突破天宫走入深空
神舟飞船是载人航天工程的功勋飞船，采用三舱式（推进舱、轨道舱和返回舱）构型。中国航天人通过11次任务成功掌握了载人航天的各项核心技术。然而，面对未来“星辰大海”的载人探测梦想，它的不足也愈发明显，例如仅能运送3名航天员、货运能力有限、一次性使用、寿命较短、功能和拓展性有限，极有必要研究下一代载人飞船。
世界三款现役载人飞船和四款在研载人飞船对比。图片来源：Memorian-QN。2020年5月5日，新载人飞船试验船随着长征五号B火箭成功首飞。它采用最新的两舱式（推进舱、返回舱）布局，效率更高，技术更先进，容量更大、最多能搭载7名航天员、拥有较强载货能力，在太空中使用寿命更长。
通过模块化和通用化设计，它可以通过更换隔热模块实现多次低成本重复使用。群伞气囊缓冲设计，也使得回收过程舒适性和安全性大幅提升。为适应不同任务需求，新载人飞船试验船设计了大、小两个版本。
飞船整体隔热能力大幅提升，足以适应包括载人登月在内的载人深空探测计划。这些优势远远超过了神舟飞船的核心指标，也使得新载人飞船成为目前世界最先进的新一代载人飞船之一。
07
长征八号火箭，弥补空白期待回收
我国长征火箭家族目前处在从传统的二/三/四系列火箭逐渐更新为五/六/七/八/十一等的过程中，尚存在一些不足，其中之一是在太阳同步轨道和极地轨道的运输能力和性价比较低：一方面，主要负责的长征二/四很难实现中型以上（3吨）载荷发射，长征三号甲系列需要大幅改进（2020年首次通过改型突破了这种轨道）且未来空间有限；另一方面，用重载的长征五/七等发射成本过高，亦需要改型。
而国际同行已经开始布局使用火箭回收等技术进一步降低成本，并且计划占领商业发射市场份额。这两种轨道事关核心的遥感、资源、气象、科研、低轨通信等卫星类型，任务众多业务量大，我国亟需对应火箭弥补这些空白。
首飞前的长征八号。图片来源：航天科技集团。2020年12月22日，长征八号在文昌航天发射场成功首飞。它主要依托长征七号和长征三号甲系列火箭技术，取长补短，采用模块化设计理念，使用更加环保高效的液氧液氢和液氧煤油推进剂组合，定位于中型载荷发射。在运力方面，重点针对这两种轨道实现不低于4.5吨的发射能力。
与此同时，长征八号将在未来逐渐验证火箭可回收技术，并通过高可靠性、通用化、准备周期短、发射频率高等设计，集中于高性价比的商业载荷发射任务，是长征火箭家族图谱的重要支撑力量。
08
长征十一号火箭，海上发射再创辉煌
长征系列火箭主要依托于各类四氧化二氮/偏二甲肼、液氧液氢、液氧煤油等纯液体推进剂，固体推进剂的应用还有待开发。由于储存时间长、准备周期极短，固体推进剂火箭主要在特殊情况时做应急使用。
从发射场的角度，海上发射无火箭残骸落区问题、可移动、可靠近赤道，能最大限度利用地球自转惯性，是各大国都会储备的重要火箭发射技术。
长征十一号会采取先冷发射弹出再点火的方式，从海上平台发射。图片来源：光明日报。纯固体推进剂的长征十一号火箭填补了上述空白。乍一看它是个“小不点”，火箭长21米、直径2米、重58吨，运力在0.5-0.7吨级别（太阳同步/低轨轨道），但它的战略意义非常重要。
它的绝活在于能以很低成本执行小型载荷的一箭多星任务，并能够适用于各种陆地固定发射场、移动发射场和海上发射场等环境。2020年，长征十一号在酒泉、西昌、黄海（移动平台）均进行了发射，其中依托海上平台为第二次发射，实现了一箭九星的壮举。目前，长征十一号火箭共计发射十一次，成功了十一次！
09
嫦娥玉兔鹊桥，持续突破探月记录
嫦娥系列月球任务，不仅以非常浪漫的“嫦娥”（轨道器和着陆器）、“玉兔”（巡视器）、“鹊桥”（嫦娥四号中继星）和“广寒宫”（嫦娥三号着陆地）等大家耳熟能详的名字而著名，还以它们不断实现的新纪录而广受国际科研界关注。
嫦娥四号、玉兔二号和鹊桥号概念图。图片来源：国家航天局。其中，嫦娥三号在2013年着陆月球，至今保持一定程度的工作状态。2019年初，嫦娥四号和玉兔二号着陆月球背面，一直正常工作至今，完成了超过25个月球日夜（月球的一天约为地球上的28天）的工作。不仅如此，她们是人类唯一着陆月球背后的着陆器和巡视器。玉兔二号行驶距离超过600米，服务于它们的中继卫星——鹊桥号也一直保持良好的工作状态。
最新发射的嫦娥五号任务轨道器，在完成运送返回器和月球样本到地球附近的任务后，又利用剩余推进剂，继续前往距离地球150万千米的日地拉格朗日点。
嫦娥探月工程，取得了人类航天众多新纪录，而这些记录每天都在更新。2020年的嫦娥探月，是人类航天近些年载入史册的亮点之一。
10
商业航天，高歌猛进前途可期
进入21世纪后，商业航天开始崛起，成为60多年人类航天事业高速发展中的一大亮点，以Space X和蓝色起源为代表的新秀甚至成为能搅动整个航天事业的“超级鲶鱼”。中国作为航天大国，也孕育出了一批优秀的商业航天企业。
“谷神星一号”火箭发射瞬间。图片来源：星河动力。2020年，依然是中国商业航天不断突破的一年。星际荣耀、蓝箭航天、星河动力、九天微星等企业获得了数亿乃至十余亿人民币的巨额融资，不断突破纪录。
在业务领域，星河动力“谷神星一号”卫星首飞成功，且进入太阳同步轨道，长光卫星高分辨率对地观测卫星星座进展迅速，银河航天5G通信低轨卫星成功测试，天仪研究院等进入民用SAR卫星领域……更多的探索取得新进展。
在发展潜力方面，星际荣耀、蓝箭航天等公司在不断突破液氧甲烷火箭可复用发动机的试车进展，将于2021年首次发射液体推进剂火箭，也将是中国商业航天的重大进展。
总体看来，这是中国航天最好的一年，未来发展前景充满希望。
2020年，有辉煌的成功，也有包括长征七号甲火箭首飞、长三乙火箭、快舟商业火箭发射失利等的不幸。航天从来不是一件容易的事情，当然，正是因为困难重重，我们才要更努力发展航天。
天可补，海可填，南山可移。日月既往，不可复追。这是悲喜交加的一年，但喜远大于悲。2021年，天问一号将抵达火星、天宫空间站将全面开建、长征火箭家族将继续扩容（长六甲等）、数型民营火箭和卫星也将有新突破，让我们共同期待中国航天超级2021！
注：出品：科普中国；制作：太空精酿；监制：中国科学院计算机网络信息中心。
制版编辑 | Morgan
