作者:薛惠锋 来源: 中国科学报 发布时间:2019-4-23
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纵横博览新时代的中国航天

 

薛惠锋

“十三五”及未来一段时期,中国航天将以航天强国建设为统领,坚持创新发展,全面贯彻落实国家创新驱动发展战略,把提高自主创新能力作为事业发展的战略基点,更加注重原始创新和颠覆性技术创新;坚持协调发展,统筹科学部署各类航天活动,推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。

■薛惠锋

现代航天之父齐奥尔科夫斯基曾说过:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”人类对太空的好奇与求索自古有之,从中国远古时候的女娲补天、嫦娥奔月,到明朝的万户乘自制的火箭飞天,从冷战时期美苏太空争霸,到今天航天领域成为主要航天大国竞相角逐的战略高地。新的航天时代已经到来,航天的竞争也更加激烈。

目前,全球共有12个国家具备航天发射能力,70多个国家拥有自己的卫星,有1400多颗卫星在轨道上正常运行,250多名宇航员曾在太空生活工作,人类已经把探索的触角延伸到了太阳系各大行星。

世界航天发展态势

整体上看,世界航天发展呈现四个突出特点:

战略上顶层牵引、高度重视。遵循战略优先,如美国历届政府均将“确保美国在太空领域领导地位和全球领先优势”作为国家战略的核心之一;遵循统一领导,建立总统或总理最高决策、统一领导的管理体制;遵循规划引领,制定未来20年乃至30年的总体规划,分步实施,避免一事一议;遵循法律保障,已有29个国家颁布了航天法,建立了较为完善的法律法规体系。

技术上快速提升、创新驱动。快速提升进出空间、利用和控制空间能力。美国、俄罗斯均开始研制近地轨道运载能力达到100吨以上的新一代重型运载火箭。卫星由传统单星向“一星多用、多星组网、多网协同”的体系化、智能化转变,并呈现出微小型化卫星和高性能卫星两极发展趋势。高度重视前沿性、颠覆式的创新。更加注重强健航天工业基础,美国把航天在内的国防工业基础作为“新三位一体”战略(由核力量和常规力量构成的进攻性打击系统、主动和被动防御系统以及能够迅速应对多种威胁的后备反应基础设施组成)的重要一极,持续加大对研制、生产、试验、测试等基础设施建设的投入,着力构建自主可控、灵活健康、竞争力强的工业基础。

模式上多元发展、国家主导。政府投入稳定增长,近年来,美国航天局和国防部对航天投入每年均超过400亿美元。注重军民融合,国际上已形成军用、民用、商业航天协调发展的格局,民、商用卫星平战结合,平时为经济社会发展服务,战时则为军事斗争需要服务。市场力量积极参与,例如,美国SpaceX公司着力研发低成本、可重复使用运载火箭,成为撬动美国“廉价”航天的杠杆。航天技术溢出转化效益显著,美国航天局有3万多项技术成功转化,其中60%产生明显经济效益、15%进入到产业化进程。据统计,美国航天投入产出比高达1:14。

国际间竞争激烈、合作密切。空间战略资源竞争激烈。未来10年,全球卫星发射数量预计将超过2000颗,SpaceX和OneWeb等商业公司还分别提出了多达上千颗卫星的组网计划,空间轨道、位置、无线电频率等已成为战略性资源,争夺日趋激烈。空间安全形势日趋严峻。太空军事应用已成为现实,空间碎片数量大幅增加,国际空间站为躲避空间碎片撞击每年要变轨10多次。国际规则主导权争夺不断加剧。传统航天大国和新兴国家激烈争夺新的国际规则主导权。国际合作不断深入,航天多边、双边合作日趋活跃。

中国航天重大工程

中国航天自1956年10月8日国防部第五研究院诞生之日起,在党中央的英明决策、坚强领导下,在以钱学森为代表的科技泰斗的接续奋斗下,创造了以“两弹一星”、载人航天、月球探测为里程碑的辉煌成就,走出了一条自力更生、自主创新的发展道路,我国已昂首屹立于世界航天大国之列。

步入新时代,在以习近平新时代中国特色社会主义思想的指导下,中国一系列航天重大工程顺利推进。“长征”“神舟”“嫦娥”“天宫”频频闪耀在公众视野,中国航天一次次的跨越,也不断标注着中国太空探索的新高度,火箭运载能力进入国际先进行列,空间技术、空间应用取得丰硕成果。

载人航天工程第二步胜利完成,中国航天迈进了“空间站时代”,载人航天工程第三步空间站工程已全面展开,各主要系统均在按计划进行初样研制。探月工程实现了“绕”“落”“回”三步走战略中“落”这个第二阶段,“嫦娥四号”飞行任务的成功,实现了人类探测器首次月背软着陆、首次月背与地球的中继通信,开启了人类月球探测新篇章。北斗三号卫星导航系统按计划完成基本系统组网部署,并开始提供全球服务,使我国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。高分辨率对地观测系统目前已初步建成了高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的自主可控对地观测“天眼”工程,全面提升了我国自主获取高分辨率观测数据的能力。中国最大运载能力新一代运载火箭“长征五号”成功首飞,实现中国液体运载火箭直径从3.35米到5米的跨越,使我国进入空间的能力从此达到国际先进水平,跻身世界一流行列。

中国航天发展走势

2016年,在中国航天事业创建60周年之际,经党中央批准,自2016年起,每年4月24日定为“中国航天日”。“中国航天日”的设立,对激励全民族创新精神,普及航天科学知识,建设航天强国,意义深远。

我国要在21世纪中叶全面建成航天强国,“具备六个能力,拥有四个要素”,即具备有效可靠的国家安全保障能力、自主可控的创新发展能力、聚焦前沿的科学探索研究能力、强大持续的经济社会发展服务能力、科学高效的现代治理能力、互利共赢的国际交流与合作能力;拥有先进开放的航天科技工业体系、稳定可靠的空间基础设施、开拓创新的人才队伍、深厚博大的航天精神。

“十三五”及未来一段时期,中国航天将以航天强国建设为统领,坚持创新发展,全面贯彻落实国家创新驱动发展战略,把提高自主创新能力作为事业发展的战略基点,更加注重原始创新和颠覆性技术创新;坚持协调发展,统筹科学部署各类航天活动,推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。

力争到2020年左右实现重点突破,加速迈向航天强国;2030年左右实现整体跃升,跻身航天强国之列;2050年之前实现超越引领,全面建成航天强国。

面向未来,中国航天探索宇宙的脚步不会停歇,将持续积累培育发展新技术动能。

从单项突破到群体创新

当前,各学科交叉融合加快、新兴学科不断涌现,重大创新更多地出现在学科交叉领域,加快产业技术体系整体演进和生产生活方式深刻变革。随着先进材料、先进制造、微电子等技术与航天科技日益融合,航天领域新概念、新技术大量涌现,迎来新一轮创新发展和升级换代高潮。科技发展呈现出群体突破的态势,信息技术、生命科学、纳米技术、先进制造技术、新材料、新能源等构成的高技术群体,与航天科技彼此渗透交叉,构成了协同发展的复杂体系;随着数理科学、信息科学、材料科学、生命科学等领域出现的重大进展,一些重要的科学问题和关键技术发生革命性突破的先兆已经显现,这将是多个学科的“群体突破”,航天科技将进入一个前所未有的创新群体集聚时代。新一轮科技革命引发的航天科技发展的认知、信息、电子、通信、材料、制造、能源/动力等基础技术领域的“群体突破”,必将为中国航天科技的革命性突破孕育出重大机会。

从依赖地面到轻量智能

随着人工智能技术的发展和应用,航天器将能够自主完成制导、导航和控制、数据处理、故障判断和部分重构与维护工作,从而大大减少对于地面测控、通信等支持系统的依赖。同时,集成电路和人工智能技术的发展,可为航天系统小型化、轻量化、智能化、低功耗以及自主可控的需求提供解决方案。除此以外,在大数据的支持下快速发展的认知计算,将极大地提高机器人分析和决策能力;灵活的机器人末端执行器将大大提高机器人的应用范围。人机协作机器人是智能机器人在工业领域迈出的第一步,将帮助人摆脱简单重复性劳动,替代人独立完成精巧复杂的操作。

从简单重复到模块通用

借助前沿技术和先进制造,带来了制造理念和制造模式的转变,充分利用信息化等技术和手段,进行航天制造业务流程的优化和整合,可以有效提高型号产品的研发效率、降低研发成本、缩短研制周期、提升产品质量,不断满足进度需求,航天制造进入体系化、模块化、通用化发展新阶段,对航天装备的研制、生产、使用、维护和保障具有多重意义,全面支撑航天装备制造转型和发展。

从信息封闭到天地一体

信息时代,信息系统的互联互通、信息的顺畅传输与智能分布式处理成为必需,这进一步推动了天基的航天器系统与地面的其他信息系统全面实现互联互通,并高度交互和融合。在对地观测卫星领域,时空信息获取的天地一体化与全球化,时空信息处理加工的自动化、智能化与实时化,时空信息管理和分发的网格化,时空信息服务的大众化等需求,时刻推动着对地观测卫星系统与其他观测系统的设计一体化、部署一体化和应用一体化。

从近地为主到走向深空

随着2024年国际空间站的退役,届时中国作为全球唯一拥有空间站的国家,将会加速空间资源的研究和开发。从以往重微重力研究、生命科学和航天医学逐渐转向技术验证、空间科学等领域,促进空间和地面水的创新技术和应用发展。

未来,空间探测将持续保持热度,探测目标重点集中在月球、火星和小天体,兼顾太阳系其他天体,任务类型更加复杂,并向载人探测方向发展。月球探测以月球资源、能源和特殊环境利用以及通过月球向更远深空为目标,未来将重点探测月球表面、极地以及水资源和各类矿藏,从而为月球基地的建设做准备。火星探测将重点探测生命信号以及宜居性,为载人火星探测做准备和奠定技术基础。小天体探测将关注科学、资源利用以及地球防护方面,同时作为空间探测技术能力发展和储备的重要试验场,重点研究其保留的太阳系原始物质,同时开展小行星撞击预警和防护研究。

(作者系国际宇航科学院院士、中国航天系统科学与工程研究院院长)

《中国科学报》 (2019-04-23 第8版 探索发现)
 
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