以原始創(chuàng)新點亮航天強(qiáng)國之路
——我國空間系統(tǒng)與技術(shù)未來展望

● 文 |許社村 侯宇葵 孫亞楠 任迪 趙建偉 鄧連印

以原始創(chuàng)新點亮航天強(qiáng)國之路
——我國空間系統(tǒng)與技術(shù)未來展望

● 文 |許社村 侯宇葵 孫亞楠 任迪 趙建偉 鄧連印

一、前言

外層空間是人類共同的財富，航天活動對人類文明和社會進(jìn)步的影響進(jìn)一步增強(qiáng)，航天科技在國家發(fā)展中的戰(zhàn)略地位日益凸顯。習(xí)近平同志指出：“發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國，是我們不懈追求的航天夢”。

未來一段時間是我國全面建成小康社會和進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列的決勝階段，以航天夢助力中國夢是航天人義不容辭的責(zé)任。

二、 新形勢、新挑戰(zhàn)

1.國家轉(zhuǎn)型發(fā)展新要求

我國發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，多數(shù)產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)、核心技術(shù)受制于人等問題突出。中央已將實施“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”戰(zhàn)略提升到事關(guān)“兩個一百年”奮斗目標(biāo)和實現(xiàn)中國夢的全局高度，強(qiáng)調(diào)抓創(chuàng)新就是抓發(fā)展，謀創(chuàng)新就是謀未來，先后頒布《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展綱要》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》等一系列綱領(lǐng)性文件。以戰(zhàn)略前沿領(lǐng)域創(chuàng)新突破帶動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，已經(jīng)成為黨和國家的共識。

在新中國成立之初，“兩彈一星”工程奠定了戰(zhàn)略威懾能力基礎(chǔ)，為國家發(fā)展?fàn)幦〉搅艘粋€長期穩(wěn)定的安全環(huán)境。在新的歷史條件下，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，對航天科技自主創(chuàng)新、原始創(chuàng)新提出更加緊迫的要求。

2.新一輪科技革命日益臨近

世界已進(jìn)入新一輪科技革命的前夜?！耙灾悄芑癁楹诵牡男乱惠喛萍己彤a(chǎn)業(yè)革命蓄勢待發(fā)，人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)日新月異”。航天領(lǐng)域最有可能產(chǎn)生知識突破和創(chuàng)新超越。世界科技的比拼更加聚焦航天科技實力的競爭，我國要走上世界舞臺的中心，必然要求航天成為科技創(chuàng)新的排頭兵。

3.航天產(chǎn)業(yè)競爭日趨激烈

航天產(chǎn)業(yè)是重要的新興產(chǎn)業(yè)，國際上，發(fā)達(dá)國家的大型宇航企業(yè)、衛(wèi)星制造商、運營服務(wù)商依靠政治勢力和資本力量，在上游對我們封鎖，在下游對我們圍堵，維持其在國際市場上的壟斷地位，使我國航天“走出去”異常困難。在國內(nèi)，航天領(lǐng)域的進(jìn)入門檻日益降低，科研院所、大型民企、高校等正在積極進(jìn)入航天產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)競爭格局更加激烈，很可能引發(fā)無序競爭。航天企業(yè)必須對未來的發(fā)展趨勢作出準(zhǔn)確判斷，主動創(chuàng)新，超前作為，只有掌握核心技術(shù)，才能在未來競爭中立于不敗之地。

三、 新機(jī)遇、新認(rèn)識

1.模式轉(zhuǎn)型是航天強(qiáng)國的必由之路

國家“一帶一路”倡議、“中國制造2025”、“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”等戰(zhàn)略的實施，對擔(dān)負(fù)著“富國強(qiáng)軍”歷史使命的航天事業(yè)提出了更高要求。面對新形勢、新挑戰(zhàn)，繼續(xù)按原有的與國外對標(biāo)、“就湯下面”的跟隨式發(fā)展模式，必不可能實現(xiàn)“領(lǐng)跑”，必?zé)o法建成航天強(qiáng)國。因此，航天必須轉(zhuǎn)變發(fā)展模式，聚焦服務(wù)，注重應(yīng)用，堅持“人無我有、人有我強(qiáng)、人強(qiáng)我優(yōu)、人優(yōu)我變”，走高效益發(fā)展道路，有力支撐國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，加快提升空間信息服務(wù)、空間資產(chǎn)保障與維護(hù)和空間資源利用等能力，早日建成航天強(qiáng)國。

2.強(qiáng)化應(yīng)用是贏得競爭的必然選擇

近年來，國內(nèi)外許多有實力、有想法的企業(yè)紛紛跨界競爭，提出了“谷歌衛(wèi)星”、“百度衛(wèi)星”、“聚劃算衛(wèi)星”等項目計劃，隨著技術(shù)的擴(kuò)展與快速發(fā)展，原有的行業(yè)界限逐漸模糊。同時，在信息時代，用戶的使用習(xí)慣、用戶的切身感受，均可能成為未來型號發(fā)展、技術(shù)路線選擇的決策依據(jù)，用戶不再僅僅要求“能用”，更希望“好用”、“管用”。因此，只有圍繞用戶需求，研究用戶使用要求、作戰(zhàn)樣式、業(yè)務(wù)模式，從技術(shù)視角向應(yīng)用視角轉(zhuǎn)型，切實發(fā)展出“好用”、“管用”的空間系統(tǒng)，才能獲得用戶認(rèn)可、贏得競爭。

3.原始創(chuàng)新是贏得未來的關(guān)鍵

航天強(qiáng)國必不是跟在別人后面、照抄別人能夠發(fā)展起來的，要想進(jìn)行“反抵消戰(zhàn)略”，實現(xiàn)對對手的超越，就是要能夠利用未來的技術(shù)對對手的技術(shù)能力進(jìn)行“清零”。為此，只有強(qiáng)化原始創(chuàng)新、從源頭做起，才能獲得具有戰(zhàn)略意義的顛覆性技術(shù)，奪得未來競爭的先機(jī)；也只有打破長期以來跟蹤研仿的思維定式，借鑒DARPA的“小團(tuán)隊大外圍，短周期快滾動”等先進(jìn)創(chuàng)新理念，真正建立起獨立自主的創(chuàng)新體系，形成核心技術(shù)競爭優(yōu)勢，以“黑科技”鑄就空間技術(shù)的“護(hù)城河”。

4.基礎(chǔ)研究是贏得長遠(yuǎn)的不竭動力

顛覆性技術(shù)創(chuàng)新不可能依賴現(xiàn)有的技術(shù)途徑，革命性的變化需要基礎(chǔ)理論的突破，并從基礎(chǔ)研究中獲取靈感。“一個國家基礎(chǔ)科學(xué)研究的深度和廣度，決定著這個國家原始創(chuàng)新的動力和活力”，基礎(chǔ)研究也決定著未來航天領(lǐng)域原始創(chuàng)新的動力與活力。因此，為實現(xiàn)航天科技的可持續(xù)發(fā)展，也需要更加關(guān)注天文、物理、生命、地球科學(xué)等基礎(chǔ)研究前沿進(jìn)展，結(jié)合航天需求，促進(jìn)我國原創(chuàng)性成果不斷涌現(xiàn)。

四、新使命、新任務(wù)

1.服務(wù)大眾、惠及民生，應(yīng)用衛(wèi)星超越發(fā)展

（1）發(fā)展思路

面向經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展重大戰(zhàn)略需求，以原始創(chuàng)新為引領(lǐng)，以滿足用戶需求、提升應(yīng)用效能和促進(jìn)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展為根本目的，公益與商業(yè)服務(wù)并舉，圍繞全球多要素綜合探測、全球互聯(lián)互通、全球化商業(yè)航天服務(wù)，探索新原理、新方法和新系統(tǒng)，為我國經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

（2）主要任務(wù)

圍繞支撐國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、惠及大眾生活等時代要求，一是服務(wù)國家戰(zhàn)略，發(fā)展全球尺度地球數(shù)據(jù)獲取及應(yīng)用能力，支撐海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議的實施；二是惠及民生，綜合利用多種譜段、高時空分辨率、高靈敏度探測系統(tǒng)以及高速通信網(wǎng)絡(luò)，滿足生態(tài)保護(hù)、氣象預(yù)報等重大民生需求，推動文化傳播、高品質(zhì)信息服務(wù)等信息消費；三是深化應(yīng)用，推動商業(yè)化航天服務(wù)和多源數(shù)據(jù)融合共享，支撐重要行業(yè)深化應(yīng)用和大眾服務(wù)。

（3）發(fā)展重點

1）全球立體綜合大氣觀測系統(tǒng)。充分發(fā)揮高軌系統(tǒng)的高時效特性和低軌系統(tǒng)的高分辨率特性，發(fā)展高軌50米級大氣成像、低軌激光風(fēng)場測量、低軌降雨測量雷達(dá)等衛(wèi)星系統(tǒng)，對臺風(fēng)、暴雨、霧霾、沙塵暴等災(zāi)害性天氣的形成、演變等進(jìn)行近實時觀測和預(yù)報，積累全球氣候變化觀測數(shù)據(jù)，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大的服務(wù)保障，并承擔(dān)相應(yīng)的國際責(zé)任。

2）面向地震預(yù)報的高精度探測系統(tǒng)。為提升地震綜合監(jiān)測預(yù)報能力，綜合利用紅外、電磁、重力場等探測手段，發(fā)展5m分辨率紅外成像、1 nT精度寬譜磁場探測、1mGal精度重力測量等衛(wèi)星系統(tǒng)，探索預(yù)測地震的新型方法手段，避免或減少地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)造成損失。

3）全維多手段生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。利用高分辨率成像、激光雷達(dá)、高光譜等新型載荷，發(fā)展亞米級成像、大氣污染監(jiān)測、水資源探測、海洋監(jiān)視等衛(wèi)星系統(tǒng)，對大氣、水、巖和生物等圈層等進(jìn)行多要素智能化探測，提高生態(tài)紅線維持、精細(xì)農(nóng)業(yè)、污染治理、大數(shù)據(jù)分析、智慧海洋建設(shè)等能力。

4）全球泛在高速信息網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展超大容量通信、高承載通信和可重構(gòu)通信等衛(wèi)星系統(tǒng)，支持構(gòu)建由通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)構(gòu)成的泛在信息網(wǎng)絡(luò)，滿足區(qū)域協(xié)調(diào)、軍民融合、大眾消費等多樣化需求。

5）中國特色商業(yè)航天服務(wù)。迎接“太空經(jīng)濟(jì)”時代的到來，利用大數(shù)據(jù)、智能處理、移動網(wǎng)絡(luò)、云計算等新興技術(shù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)一體化應(yīng)用體系，推動天地一體、多維信息智能同化與實時融合。發(fā)展智能在軌服務(wù)能力，推動太空旅游觀光，探索碎片清除服務(wù)、小天體勘查采礦和資源利用新途徑，促進(jìn)太空產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2.遙望星空、邁出搖籃，空間探測跨越發(fā)展

（1）發(fā)展思路

瞄準(zhǔn)解決空間科學(xué)探測概念與技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新不足、原創(chuàng)探測種類少等短板弱項，以科學(xué)問題為導(dǎo)向，以對未知世界的科學(xué)探索需求為牽引，充分探測宇宙、了解宇宙、認(rèn)識宇宙，反過來認(rèn)識地球，認(rèn)識人類自己，拓展人類的知識。

（2）主要任務(wù)

面向空間科學(xué)的原始創(chuàng)新、基礎(chǔ)發(fā)展能力的快速提升，未來航天領(lǐng)域的主要任務(wù)是：一方面，通過加強(qiáng)空間科學(xué)基礎(chǔ)研究，形成自主完善的空間科學(xué)探測研究體系，建立完備的學(xué)科和專業(yè)，提升研究團(tuán)隊的整體水平，涌現(xiàn)一批在國際上有重要影響力的科學(xué)家及團(tuán)隊。另一方面，圍繞宇宙的形成與演化、系外行星和地外生命的探索、太陽活動及其對地球空間環(huán)境的影響、超越現(xiàn)有物理理論的新物理規(guī)律等熱點和基礎(chǔ)性科學(xué)問題，通過系列科學(xué)計劃和任務(wù)，取得一批原創(chuàng)性的重大發(fā)現(xiàn)和成果。

（3）重點方向

圍繞上述任務(wù)，結(jié)合科學(xué)探測的特點，未來一段時期我國空間科學(xué)領(lǐng)域重點發(fā)展方向如下：暗物質(zhì)與宇宙射線探測、脈沖星宇宙時空基準(zhǔn)、可居住類地行星探測、系外行星大氣光譜探測、日地空間環(huán)境立體探測。

3.軍民融合、強(qiáng)基固本，空間技術(shù)飛躍發(fā)展

（1）發(fā)展思路

以促進(jìn)空間技術(shù)飛躍發(fā)展、突破瓶頸技術(shù)、形成核心能力為重點，堅持以應(yīng)用基礎(chǔ)研究支撐的原始創(chuàng)新，堅持以我為主、吸收國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，強(qiáng)化新材料與新結(jié)構(gòu)、新能源與新推進(jìn)、新興探測與新型載荷等基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，牽引新型應(yīng)用，助力空間技術(shù)在國家戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域的率先突破。

（2）主要任務(wù)

面向軍民商空間系統(tǒng)發(fā)展需求，增加先進(jìn)空間技術(shù)源頭供給，未來空間技術(shù)發(fā)展的主要任務(wù)為：一是發(fā)展先進(jìn)平臺技術(shù)，解決平臺的穩(wěn)定性、可靠性較弱，精度和敏捷性不足等瓶頸問題；二是探索新型載荷技術(shù)，拓展新型技術(shù)手段，面向應(yīng)用服務(wù)，突出效費比，完善載荷型譜；三是加強(qiáng)基礎(chǔ)前沿、新概念技術(shù)研究，促進(jìn)空間系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、智能化、體系化、彈性化發(fā)展。

（3）發(fā)展重點

1）先進(jìn)衛(wèi)星平臺技術(shù)。面向未來通信、遙感、空間科學(xué)、在軌服務(wù)等領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星平臺高精度、高穩(wěn)定度、高承載比以及智能自主、可擴(kuò)展可重構(gòu)等高品質(zhì)要素的迫切需求，聚焦智能化、長壽命、低成本、高可靠等性能要素，打造超大型可重構(gòu)衛(wèi)星平臺、超高精度超高穩(wěn)定度衛(wèi)星平臺、可維修和可服務(wù)衛(wèi)星平臺，提升衛(wèi)星平臺品質(zhì)，擴(kuò)展平臺能力包絡(luò)，進(jìn)一步增強(qiáng)平臺對新領(lǐng)域任務(wù)的支撐能力。

2）新型載荷技術(shù)。圍繞空間系統(tǒng)未來發(fā)展，開發(fā)靜止軌道3m分辨率光學(xué)載荷、大氣海洋一體化測風(fēng)雷達(dá)、高光譜分辨率載荷、激光三維成像、云雨三維測量等載荷，加大載荷效能仿真和數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究，提升遙感載荷分辨率，提高定標(biāo)、定位和探測精度，支撐遙感載荷數(shù)據(jù)深化應(yīng)用。發(fā)展新一代大容量寬帶衛(wèi)星通信和廣播技術(shù)、地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星移動通信技術(shù)以及星間激光通信及組網(wǎng)技術(shù)、太赫茲通信技術(shù)等新型通信有效載荷技術(shù)，提升通信有效載荷容量和移動通信、多功能復(fù)合通信和星際高速率互聯(lián)能力，形成新一代天線和射頻部組件等關(guān)鍵產(chǎn)品技術(shù)儲備。瞄準(zhǔn)更長遠(yuǎn)空間應(yīng)用，開展新概念、新原理、新體制有效載荷技術(shù)研究與探索，在技術(shù)體制、關(guān)鍵產(chǎn)品和業(yè)務(wù)化應(yīng)用等方面形成原創(chuàng)成果。

3）基礎(chǔ)前沿技術(shù)?；A(chǔ)前沿技術(shù)是空間技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的源泉，基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)的突破，都有可能引起人類征服和利用空間能力的大幅度提升，包括但不限于：大數(shù)據(jù)與云計算、量子技術(shù)、太赫茲技術(shù)、認(rèn)知科學(xué)與技術(shù)、智能材料與超材料、微納光電技術(shù)、自由空間光通信技術(shù)。