中国航天日 航天强国建设的思考
自中华人民共和国成立以来,中国在航天领域取得了一系列成就。从最早的“东方红一号”上天,到今天承载遥感、气象等各项机能和任务的卫星遍布近地轨道,再到具有长远战略意义的“北斗”占据远地轨道;从“长征”火箭到“神舟”飞船、空间站建设,到远程探测器先后登陆月球和火星,这些国之重器,让我们的航天强国梦有了坚实的物质基础。
中国航天科技快速地发展的背后,是几代航天人的艰辛付出,以及举国上下始终不变的、打造航天强国的决心和定力。然而,当下全球空间技术与空间科学竞争依然激烈,中国的航天强国建设尚任重道远。
中国是如何明智的选择并走出自己独特的航天之路的?未来我们航天强国的发展目标和路线规划将是怎样一幅图景? 在新的征程中,我们的航天实践将会把重点放在何处?2024年4月24日,是第九个“中国航天日”。今天,我们摘编了 2021年7月17日中国科协副主席、中国航天科技集团有限公司科技委主任、中国科学院院士包为民在“中国科技会堂论坛”上的专题报告,为我们解读这一系列问题。
自古以来,人类对宇宙充满了无限好奇和遐想,嫦娥奔月、敦煌飞天等寄托了古人对宇宙的向往。到了现代,随着科学技术发展,特别是火箭、卫星、飞船、空间站、探测器等航天器的研发,人类才真正的完成了进出太空、利用太空、探索太空及提高了管控太空的能力。
进出太空,是指使用运载火箭等航天运输工具将卫星等有效载荷送入地球轨道、遥远深空或按需返回地面。进出太空的能力有多大,航天的舞台就有多大。
利用太空,就是指通过卫星等航天器利用空间环境和资源,为社会大众提供通信、导航、遥感及其他服务。
探索太空,是指以空间站、探测器等航天器为主要平台,开展空间科学探索,揭示宇宙自然现象及规律。
管控太空,是指构建航天法规体系、太空交通管理,开展空间碎片清除、近地小行星防御等空间环境太空环境治理活动,实现空间可持续利用。
1956年10月8日,党中央根据钱学森的建议成立了负责导弹技术探讨研究的国防部第五研究院,拉开了中国航天事业发展的序幕。中国航天事业从起步开始,就是党的事业、国家的事业、人民的事业,一直以来得到党和国家及全国人民的全力支持。持续不断的发展的航天事业与国家发展同频共振,实现了从无到有,从有到全,在运载火箭、卫星、载人航天、探月工程、火星探测等相关领域取得了一系列举世瞩目的成就,极大地增强了中国国防实力、经济实力、科学技术实力、民族自信心与凝聚力。
1970年4月24日,“东方红一号”卫星成功发射,中国开启了进军太空的征程,变成全球上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。2003年10月15日,“神舟五号”载人飞船成功发射,中国成为第三个独立掌握载人航天技术的国家。2007年10月24日,“嫦娥一号”月球探测器成功发射,中国迈出了深空探测的第一步。2016年11月3日,中国新一代运载火箭“胖五”,即“长征五号”遥一火箭首飞成功,标志中国火箭运载能力跃居世界第二。2019年1月3日,“嫦娥四号”实现了人类探测器首次在月球背面软着陆。2020年6月23日,“北斗三号”最后一颗全球组网卫星发射升空;7月31日,“北斗三号”全球卫星导航系统正式开通,中国完全拥有了自己的卫星导航系统。2020年12月17日,携带着从月球采集的1731克月球样品,“嫦娥五号”以第二宇宙速度回到地球,中国变成全球上第三个实现月球采样返回的国家。2021年4月29日,天和核心舱成功发射,使中国天宫空间站进入在轨建设阶段。2021年5月15日,“天问一号”成功着陆火星,中国成为第三个登陆火星的国家。2021年6月17日,三位航天员顺利进驻天和核心舱,成为入驻中国空间站的第一批主人。以三大里程碑(首颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射,“神舟五号”飞船首次载人航天飞行,“嫦娥一号”月球探测器首次深空探测)为代表的一系列航天成就,奠定了中国航天大国的地位。
2021年6月23日,习在北京航天飞行控制中心,同“神舟十二号”的3名航天员进行历史性的天地通话。习指出,空间站建设是中国航天事业的一个重要里程碑,将为人类和平利用太空作出开拓性贡献。面对建设航天强国的时代要求,中国航天迎来了新的发展机遇。
中国长征系列火箭历经四代发展,共研制出20种型号的火箭,拥有完备的大、中、小型火箭型谱。“十三五”期间,“长征五号”等6型新一代运载火箭首飞成功,实现了近地轨道运载能力(LEO)提升至25吨级,地球同步转移轨道 (GTO)运载能力提升至14吨级的跨越,进入空间的能力达到世界一流水平。
提升运载能力一直是长征运载火箭发展的主线方向,其发展经历了三次重大技术跨越,包括从串联发展到捆绑式并联,推进剂从常规发展到低温、从有毒发展到环保 。
从运载能力来看,1970年发射的“长征一号”近地轨道运载能力仅有0.3吨,到2016年发射的“长征五号”近地轨道运载能力25吨提高了80多倍。从发展速度来看,长征火箭首个100次发射用了37年,而最近100次发射只用了3年,发展速度很快。
通信卫星以平台发展为主线,实现了从自旋到三轴、从试验到试用、从实用到商用、从固定业务到移动业务、从窄带业务到宽带业务、从单星系统到星座网络的跨越。比如从“东方红一号”卫星的自旋稳定到“东方红五号”卫星的三轴稳定,卫星重量从0.173吨提升到8吨,增加了46倍。
导航卫星采用了“三步走”的发展的策略。2000年年底完成的“北斗一号”服务中国,2012年年底完成的“北斗二号”服务亚太区域,到2020年7月31日实现全球服务,标志着北斗全球卫星导航系统星座部署全面完成,完成了“三步走”的发展的策略。北斗系统突破了新型导航信号、星间链路、高性能星载原子钟等核心技术,实现了卫星核心器部件100%自主可控,服务性能达到国际先进水平。
遥感卫星目前已经建成以资源、海洋、环境减灾、风云等为代表的遥感卫星系列,并实施高分辨率对地观测系统重大专项。遥感卫星对地成像分辨率最高优于0.5 米,观测手段覆盖可见光、红外、激光、高光谱、合成孔径雷达等,有力支撑国家及各行各业实际应用。
对太空的利用,带来很多效益,带动了产业链增长。2020年,卫星运营与应用服务业规模为5333亿元。其中,卫星通信800亿元,卫星遥感 500亿元,卫星导航4033亿元。现在,北斗导航星座有效管控700万辆营运车辆、2900余座海上导航设施。气象卫星已变成全球主力的气象卫星,风云气象卫星为全球115个国家和地区提供数据服务。
在载人航天方面,按照“三步走”发展的策略推进实施,已全方面进入空间站建造阶段任务。2021年7月时,我国已成功发射14艘飞船、2个空间实验室、1个空间站舱段,先后将17人次送入太空。中国“神舟”载人飞船执行任务12次,载人飞行7次,均获得圆满成功,总体技术水平与俄罗斯的“联盟号”相当。“天舟”货运飞船执行2次任务,物资上行能力6.9吨,载货比0.51,运输效率位居世界第一。通过载人航天的发展,中国突破了载人飞行、出舱活动、货物运输、推进剂补加等关键技术。例如,中国“天宫”空间站运行轨道高度在390千米左右,这个高度的轨道天天都会有衰减,要一直补充推进剂才能维持,只有这些关键技术突破才可能正真的保证其稳定运行。
在月球及深空探测方面,成功发射5个月球探测器。在嫦娥探测器发展中,突破空间核电源/核热源、复杂崎岖地形自主避障与高精度着陆、月面自动采样封装、月面上升及返回技术,建立了较为完善的月球探测工程体系。如今,“嫦娥”探测器取得了一系列成就:在国际上首次获得7米分辨率全月图;“嫦娥四号”首次实现月球背面软着陆与巡视勘察;“嫦娥五号”获得的1731克月球样品量,是苏联6次无人月球总采样量的近5倍。首次火星探测任务一步实现绕落巡,位居世界第一,其中“天问一号”是世界上最大的火星探测器。“天问一号”在火星上降落时,巧妙利用避障悬停技术,通过在高空观察地面情况,并结合伞的运动轨迹进行反方向机动着陆,实现了一次性成功着陆。
2013年6月11日,习在酒泉卫星发射中心观看“神舟十号”载人飞船发射时指出:“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦!” 2017年,建设航天强国写入党的十九大报告中,体现出国家的战略决策。专家、学者研究认为,建设航天强国应该有几个含义:具备世界一流的自由进出太空能力、高效利用太空能力、科学探索太空能力、有效管控太空能力,应成为尖端科学技术创新的引领者、经济社会高水平发展的推动者和人类文明发展的开拓者。
航天强国建设的目标是促进科技、经济、社会持续健康发展和文明进步。具体分为“三步走”来实现:第一步,到2025年夯实航天强国基础,建成载人空间站,建成民用空间基础设施,提升新一代运载火箭性能,基本建成卫星互联网。第二步,到2035年基本建成航天强国,包括建造近地轨道运载能力140 吨的重型火箭,建成可重复使用航天器,建立月球科研站,实现载人登月及火星采样返回等。第三步,到21世纪中叶实现航天强国,希望能实现航班化航天运输,对木星以远及太阳系边际进行探测等。
在进出太空方面,实现高性能、低成本、远距离、快响应、智能化、规模化的自由进出能力。建设重型火箭及新一代载人火箭,重型火箭近地轨道运载能力达140吨,2030年前后完成首飞。新一代载人火箭近地轨道运载能力达70吨,地月转移轨道运载能力达25吨,2027年前后完成首飞。同时,开发可重复使用运载器,建设航班化航天运输系统。
在利用太空方面,实现一星多能,多星组网,并拓展至地月空间,实现在轨服务。围绕通信、导航、遥感等应用需求,建成技术先进、全球覆盖、高效运行的国家民用空间基础设施体系。规划下一代空间基础设施体系,构建天基综合信息网络。建成在轨服务与维护系统,设立“空间4S店”,在空间对卫星进行在轨维修,可实现卫星在轨升级、在轨建造等。
在探索太空方面,实现近地空间站长期运营,地月空间重点开发,月球以远逐步探索。将在2030年前安排4次月球探测飞行试验,在月球上建无人科研站,到2030年以后实现载人登月,最后希望建成一个有人参与的月球实验室。对月球以远的地方,计划在2028年实施火星采样返回任务,在2030年前后实施木星系及行星际穿越的探测任务。另外,计划启动一项名为“觅音计划”的太空探索计划,寻找有几率存在的地外生命及可能适合人类的宜居星球。
在管控太空方面,坚持依法治天,颁布航天法,构建以航天法为核心的法律和法规体系,按照分步推进、急用先行、逐步完善的思路,确保航天活动全链条有法可依。同时,加强空间环境治理,保障空间资产和地面设施安全运作,支持国家政治博弈和外交权益争取。
航天科技是人类在认识自然和改造自然的过程中最活跃、发展最迅速、对人类社会生活产生巨大影响的科学技术领域,是高科学技术水平的代表,是一个国家科技水平和综合国力最有代表性的名片。
21世纪以来,航天科技已成为大国战略竞争的核心领域,航天强国建设面临的国际形势复杂严峻、挑战异常艰巨。纵观中国航天事业发展历史,来自外部的封锁与压力从未停止过,中国航天一直在封锁与打压中坚定发展。当前,航天事业处于快速发展阶段,内在驱动力强劲,只要有国家的支持和一代代航天人的接续奋斗,任何外部势力都卡不住中国航天事业的发展。
在中国开启全面建设社会主义现代化国家新征程的时代背景下,航天强国的建设实践中要重点关注以下几点。
新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,大国博弈日趋激烈,实施航天科技重大工程,可推进各类资源力量的配置优化,发挥新型制优势,确保航天强国标志性成果实现,并带动国防科技工业发展,支撑和带动国家科技发展,保障国家安全。
加快通信、导航、遥感等卫星应用产业高质量发展,加星数据产品与服务在资源环境与生态保护、防灾减灾与应急响应、社会管理与公共服务、城镇化建设与区域可持续发展等国民经济领域的深度应用;培育太空生物制药、空间育种、太空旅游等新兴太空产业,提升航天产业规模效应。
(三)加强原始创新,构建航天战略科技力量,实现从跟随式发展到创新引领发展的转变
持续探索新概念、新机理、新技术、新手段,前瞻布局航天领域新兴学科、前沿学科和交叉学科研究;加强能源、动力、控制、信息、材料、制造等方向的基础科学和应用基础研究,推动从0到1的原创性发现;构建开放融合、运行高效的航天创新体系,加快建设以国家实验室为引领的航天战略科技力量。
人才是航天事业的“发动机”,人才的高度决定着航天事业的高度。在航天强国建设过程中,创新管理制度,健全以创造新兴事物的能力、质量、实效、贡献为导向的人才评价体系;营造效率优先、公平公正的氛围,吸引更多人才加入国家重大科学技术工程。
加强航天精神的理论研究,深挖航天传统精神、“两弹一星”精神、载人航天精神、新时代北斗精神、探月精神的历史渊源和发展脉络,传承爱国奉献、自力更生、艰苦奋斗的航天基因。随着航天事业的发展壮大,不断丰富和发展航天精神,并充分的发挥航天精神对航天事业的内生驱动力,使之成为建设航天强国强大动能的精神源泉。
来源丨本文摘编自《迈向自立自强 中国科技会堂论坛(第1辑)》。2021年7月17日,以“航天强国建设的挑战”为主题的第十一期中国科技会堂论坛,中国科协副主席、中国航天科技集团有限公司科技委主任、中国科学院院士包为民作了《航天强国建设的思考》的专题报告。
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