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吴伟仁:在航天大国中,只有我国还没有航天法

2018-03-09 07:48:20

2017年9月19日,第三届中国航空科学技术大会在北京国家会议中心举行,吴伟仁院士作为航天专家、应邀做精彩开场报告,报告题目为《中国航天的发展与展望》。《卫星与网络》记者记录并编辑整理该实录,将吴院士的研究成果分享与各位读者。

航天一般指距离地面100公里以上大气层外空间活动的总称,主要包括空间技术、空间科学和空间应用三大领域。航空与航天的区别在于,航空一般是在距离地面20公里以内的稠密大气层进行的活动。距离地面20-100公里范围内,称为临近空间。

航天的产品包括弹、箭、星、船、器五大类,也就是导弹、火箭、卫星、飞船和探测器。我们一般把探测器定义为,不在地球轨道上绕行、而是飞往其它星球,或是在其它星球着陆的航天器。

航天是全世界最具挑战性和广泛带动性的高新技术领域之一,具有“四高一长”的特点,分别是高技术、高投入、高风险、高效益和长周期。

航天的意义:航天已经成为全面维护国家安全的战略基石,是推动科学技术进步,服务经济社会发展的重要力量,也是国家意志和综合国力的集中体现,是大国博弈的战略高地。

一  世界航天发展态势

现在意义上的航天,从上世纪初叶齐奥尔科夫斯基提出了著名的火箭理论开始,经历了初创于二战、加速于冷战、壮大于当代的三个发展阶段。二战时期德国率先研制成功V-2导弹,开创了从理论研究到工程实践的先河。冷战时期美苏争霸,开展了激烈的太空竞赛——1957年10月4日,前苏联发射了第一颗人造卫星;1961年4月12日,苏联宇航员加加林第一个进入太空,环绕地球飞行一个半小时;1969年7月20日,美国宇航员阿姆斯特朗登陆月球,迈出了人类在地外天体行走的第一步。

近几十年来,航天技术突飞猛进,深刻地改变了人类的生产生活方式。全球共有12个国家具备航天发射能力,50多个国家拥有自己的卫星,先后有8000多颗卫星被发射成功,目前在轨正常运行的有1400多颗卫星。几乎所有的国家都在使用空间服务。250多名宇航员曾经在太空生活和工作,21名宇航员献出了他们宝贵的生命(主要是美国和苏联的宇航员)。人类已经把生存和生活的空间,扩展到大气层以外,探索的触角已经延伸到太阳系八大行星。

当前,世界航天已经形成了美国、俄罗斯、欧洲为第一梯队,中国、日本、印度为第二梯队,其他航天国家为第三梯队的发展格局。

美国拥有全面领先,保持绝对优势,而且发展势头未减,并用颠覆性技术,推动快速发展的态势。俄罗斯创造了欧洲世界第一,具有规模庞大的航天工业体系,目前正在重整旗鼓,力图重返世界领先地位。欧洲以德国、法国为核心,多国联合、独立发展,并主要与美国合作,在运载火箭、对地观测、空间科学等领域具有独特的优势。日本主要通过以民掩军的方式发展军事航天,卫星应用或深空探索都处于国际先进水平,潜力巨大。印度雄心勃勃,发展迅猛。将我国视为主要的竞争对手,利用宽松有利的国际环境,在对地观测、深空探索领域都进展顺利。印度2014年发射了第一个火星探索器,成为火星探测领域的亚洲第一。

中国坚持自力更生、自主创新的发展道路,形成了完整配套的航天工业体系和种类齐全的产品体系,部分领域已经跻身世界先进行列。从发展水平、发展能力和发展环境三个方面进行综合比较,中国处于第二梯队的前列,与欧洲的水平非常接近。

世界航天发展总体来说,呈现以下四个特点:

(一)高度重视航天重大战略地位。

1、战略优先。

世界主要国家都高度重视航天发展,美国前总统肯尼迪曾经提出:“谁控制了宇宙,谁就控制了地球。谁控制了空间,谁就控制了战争的主动权。”美国历届政府,都将确保美国在太空领域的领导地位和全球领先优势作为国家战略核心之一。

2、统一领导。

建立了总统或者总理的最高决策、统一领导的管理体制。明确划分各个部门职责和权限。

3、规划引领。

鉴于航天产品研制周期长,需要超前部署,制定未来二十年乃至三十年的总体规划,分步实施。避免一事一议。如美国历届总统均制定目标长远的国家航天政策和重大战略规划。

4、法制保障。

已经有29个国家颁布了《航天法》,建立了较为完善的法律法规体系,对航天活动规范提供了法制保障。

(二)更加注重核心技术创新和能力水平的快速提升。

创新是航天发展的强大引擎,主要航天国家都采取有效措施,加强核心技术创新,着力提升能力和水平。

1、快速提升进出、利用和控制空间的能力。

运载火箭的能力决定了航天舞台的大小,所以世界各国都加快推进航天运输系统向多任务实用性、快速发射、低成本和重复使用方向发展。

美国、俄罗斯都开始研制近地轨道运载能力达到100吨以上的新一代运载火箭。

卫星由传统的单星向一星多用、多星组网、多网协同的体系化、智能化方向发展。形成了微小型卫星和高性能卫星两极发展态势。

2、高度重视前沿及颠覆性创新。

美国在第三次“抵消战略”指导下,加快推进新概念装备、人工智能、新型能源和动力等方面颠覆性技术研究,并确保其长期的领先地位。

3、注重强健航天工业基础。

美国包括航天工业在内的各方工业技术,作为新“三位一体”的战略议题。90年代,美国推行的老“三位一体”体系主要包括战略核导弹、战略轰炸机和战略核潜艇。从2000年以后,美国提出了新“三位一体”体系,进攻(核与非核打击能力)、防守(主动关于被动防御)和工业能力(灵活反应的基础设施)各为一个极,持续加大对研究、生产、实验、测试等基础设施的投入。着力构建自主可控、灵活健康、竞争力强的工业基础。

(三)加快形成国家主导的多元化发展模式

近年来航天大国都在加速推动发展模式转变,逐步形成国家主导、市场参与、全球配置多样化的发展格局。

1、政府投入稳定增长。始终保持与GDP增长相适应的稳定投资。

近几年,美国国防部对航天领域的投入每年均超过400亿美元。

2、注重军民融合。

国际上已形成军用、民用、商业航天协调发展格局。民用卫星或者商业卫星,平时主要为经济社会发展服务,战时集中为军事斗争需求服务。比如美国在伊拉克战争期间,一共调用了160多颗卫星,其中民用卫星和商业卫星占了70%。

3、市场力量积极参与。

配套完善相关政策,培育扶持一批具有强大国际竞争力的商业航天公司,降低成本,提升效益,创新发展模式。如美国SpaceX公司,着力研发低成本、可重复使用运载火箭。2016年实现了火箭第一级分别在陆上和海上回收;2017年,已实现将回收火箭重新投入使用,成为撬动美国廉价航天的杠杆。

4、航天技术溢出转化效益显著。

美国航天局有3万多项技术成果成功转化,其中60%产生了明显的经济效益,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,核磁共振、彩超、尿不湿都是源于的当年的阿波罗工程。

(四)总体呈现拥挤、竞争、合作的新常态。

1、空间战略资源竞争激烈。

随着人类航天活动数量快速攀升,参与主体和国家的日益增多。未来十年全球卫星发射数量预计将超过两千颗。SpaceX公司、OneWeb公司都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,争夺激烈。在36000公里的地球静止轨道上,早期是每间隔一度发射一颗卫星,能够容纳360颗卫星;现在,即使采取更先进技术,以每0.1度为间隔布置一颗卫星,也只能容纳3600颗。

另外,空间资源争夺正向月球、小行星、火星,乃至更远的深空逐步延伸。联合国外空委条约明确规定,外层空间是人类的共同财富,任何国家不得宣布拥有其主权。美国2015年批准了《太空资源探索与利用法》,鼓励私营企业或个人对月球、小行星等太空资源进行商业开采。目前美国已经批准三家私人公司可以在月球上“跑马圈地”。

2、空间安全形势日趋严峻。

太空军事应用已经成为现实,国际化阵营加速。如美国X-37B飞行器,有人把它称为“空间战斗机”,它可以在一小时之内到达全球任意地点,对任意目标实施精确打击,其中包括空间目标。

同时,由于失效的航天器、火箭残骸等原因产生的空间碎片大幅增加,1厘米以上高速运行的空间碎片有将近100万块,10厘米的空间碎片约为12万块,对航天器在轨安全运行构成了严重威胁。例如2009年2月11日,美国铱星和俄罗斯一颗废弃卫星在加拿大上空发生碰撞,一次产生了1200多块碎片;而国际空间站每年为了躲避空间碎片的撞击,需要变轨10多次。

3、国际规则主导权争夺不断加剧。

围绕航天新秩序的构建,传统的航天大国与新兴国家,激烈争夺新的国际规则主导权,呈现白热化的局面。

4、国际合作深入发展,已经成为服务国家政治外交大局重要手段。

当前航天的多边、双边合作日趋活跃,合作的范围向载人航天、月球探测、空间科学等方面深化拓展,如国际空间站由16个国家参与,它既发挥了多个国家的技术优势,又实现了成本共担、风险共摊、成果共享。

二 我国航天发展的现状

我国航天事业开创于1956年,最先从研究导弹起步,毛泽东主席在当时十分艰苦的条件下,高瞻远瞩,历届党和国家领导人都高度重视航天事业的发展。60多年来,在党中央、国务院、中央军委的领导下,通过几代航天人的持续奋斗,创造了两弹一星、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发展大国之列。

从总体来看,中国的航天实现了四个转变:

(一)自主创新能力显著增强,

部分领域已经实现从“跟跑”到“并跑”转变。

从1970年4月24号,我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射以来,长征系列运载火箭已经实施了250次发射,成功率达到97%,具备了发射高中低各种轨道和各种航天器的能力。完成第一个100次发射我们用了37年,而完成第二个100次发射我们仅用了7年。

2016年,长征五号火箭在海南文昌发射场成功首飞,把低轨运载能力由8吨提高到25吨,标志着我国已经跨入无毒、无污染、大火箭时代,进入空间的能力跻身于世界前列。

人造卫星方面,构建了通信、导航、遥感为主体的卫星体系,在轨卫星171颗,排名世界第二。

高轨卫星设计寿命已经从3-5年提高到15年左右,通信卫星技术水平大幅提升。今年4月份发射的实践十三号卫星,实现单星通信容量20个G以上,超过我国此前所有通信卫星容量的总和,步入高通量时代。目前我国正在研制容量为百G级别的高通量卫星。北斗导航系统在轨运行18颗卫星,向亚太及周边地区提供连续、高精度导航与授时服务,实时定位精度已达到米级,成为与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略比肩的全球四大卫星导航系统之一。当前我国正在加快全球卫星导航系统建设,2018年将实现全面覆盖“一带一路”70多个国家;2020年将完成35颗卫星组网,向全球提供服务。

遥感卫星进一步完善,已形成气象、海洋、资源、测绘、减灾等卫星型谱。光学成像分辨率目前已优于0.5米,目标达到0.3米。遥感卫星水平整体进入亚米级时代,与国外先进同类卫星大体相当。

载人航天工程提出了载人飞船、空间实验室、空间站“三步走”战略。已经成功发射12艘飞船;先后将共11名航天员、共14人次送入太空;掌握了天地往返、空间交会对接、航天员出舱与中期驻留的关键技术,已经完成工程第二步发展目标,目前进入第三步空间站建设阶段。

月球探测工程分为绕、落、回三步,已成功发射4个月球探测器,在国际上首次获得7米分辨率的全月图,以及首幅330米深的月球地质剖面图。创造了第一次月球软着陆即成功的先例(苏联月球探测器连续16次着陆失败,第17次才成功)。一些中国元素被历史性永远镌刻在月球上,嫦娥三号落月点被国际上命名为“广寒宫”。

当前进入第三步“采样返回”阶段,计划发射“嫦娥五号”,从月球表面采样2公斤月壤返回地球。

空间科学方面,利用空间科学卫星、月球探测器和空间实验室等平台开展了一系列空间科学实验。近年来成功发射了暗物质卫星卫星,硬X射线调制望远镜、量子通信等科学卫星,获取了宝贵的原始数据。

(二)工业体系完整配套,

实现了从无到有,从小到大转变。

1、研制生产体系完整配套。

科学生产实验体系不断完善,建成了一批研发平台、生产基地和重大基础措施。具备自主研发数十种战略和战术导弹,以及火箭、卫星、飞船、探测器等各类航天产品的研制生产能力,是继美国、俄罗斯之后,第三个拥有完整产品序列的国家,

近三年,我国发射航天器的次数,持续保持在每年20次左右,2016年达到了22次,与美国并列世界第一。

2、发射测控整体布局不断优化。

在酒泉、太原、西昌三个原有发射场的基础上,2016年海南文昌发射场正式投入使用,形成了沿海内陆相结合,高低纬度相结合,各种射向相结合的航天发射场布局,能够满足各类航天器的发射任务。测控布局形成了海陆天基一体、规模适度的航天测控网,由探月工程带动研制建设了最大口径为66米的深空测控网,深空测控站分布在喀什、佳木斯、阿根廷,测控能力由过去的4万公里近地空间,向数10亿公里星际空间的重大跨越,成为世界三大深空测控网之一。

3、管理体系科学规范。

航天工程技术密集、系统复杂、参与单位和人员众多,为确保工程的成功实施,中国航天始终坚持质量第一方针,创新形成一整套行之有效的系统工程管理体系,以及“严慎细实”的工作作风。特别是创新性提出了技术归零和管理归零的“双五条”标准,保障了近二十年来中国航天的高可靠发射和运行,也被其他行业广泛采用,并成为国际标准,为世界航天发展贡献了中国智慧。

(三)服务支撑能力大幅提升,

实现从技术验证向应用服务转变。

1、支撑国家安全。

天地信息与航天防务有效综合,具备了复杂战场环境下对地、对海、对空、对天多目标精确打击能力。射程覆盖近程、中程、远程,战略威慑力量有效促进,为我国确立大国地位奠定了战略基石。

2、服务社会经济发展。

当前航天深入到经济社会各个领域,在资源开发、环境保护、防灾减灾、反恐应急、交通物流等领域发挥不可替代的作用。例如通信卫星,覆盖了边远山区的电视和广播,村村通工程实现了全国覆盖;遥感卫星数据支持率,从10年前的30%提高了现在的80%以上。在北斗导航方面,终端持有率超过了3000万台,显著提升了大众生活品质。

3、航天技术溢出效益显著。

已经有2000多项航天技术成果转移到国民经济各个领域;近年来开发应用的1100种新材料中,80%是在航天技术转移下完成的;航天成果培育了新能源、煤化工等新兴产业,也孕育了智慧城市、太空育种、太空制药等新业态。

(四)开放合作深化拓展,

实现从相对封闭到协同共享转变。

1、六大力量全力协同。

包括以航天科技集团、航天科工集团为主的军工集团,军队科研院所,中科院等国家科研机构,含港澳台在内的高等院校,国有民口企业,及民营企业在内的六大力量全力协同,有利地保证航天持续快速发展。

2、国际交流与合作成效显著。

中国国家航天局已与37个国家和4个国际组织签署117项合作协定,深度参与联合国外空委等16个国际组织的活动,启动了“一带一路”信息走廊、亚太空间合作组织、多任务小卫星、金砖国家遥感卫星星座等多边和双边合作项目。

3、宇航产品出口不断扩大。

中国航天坚持“走出去”战略,拓展形成了商业发射、搭载服务、整星出口等多种国际商业服务模式。为21个国家和国际组织实施了49次商业发射服务,已出口整星14颗。各类宇航产品出口到各大洲,成为我国高端装备“走出去”的新名片。

4、60年来中国航天工业创造了航天传统精神、两弹一星精神、载人航天的精神,成为中华民族奋勇前进的磅礴力量。

以钱学森为代表老一辈的杰出科学家在极端艰苦的条件下,开创了祖国的航天事业,一代又一代的青年知识分子再创辉煌,他们以青春热血和智慧铺就了祖国太空之路,这也是支撑中国航天60年来快速发展的力量源泉。

(五)存在的差距和面临的挑战

尽管我国航天取得了辉煌成就,但是距离航天强国,仍有较大差距,主要体现在四个方面:

1、军民融合程度不深

军民卫星资源共享壁垒;军民卫星轨位频率资源难以统筹;航天基础设施开放共享不够;“军转民”“民参军”潜力远未释放。

2、原始创新能力较弱

航天基础理论、颠覆性技术和前沿研究基础、核心技术储备不足;原始创新成果和新概念装备少;“五大瓶颈”尚未根本解决,分别是:新材料、技术软件、新动力、高端器件、特种供应。

3、管理机制体制不畅

我国航天发展缺乏顶层统筹协调,军民需求对接机制不健全;航天的管理分设在多个部门,形成“九龙治天”的局面;国际合作“多头对外”,出现一个国际会议上,多方代表都是中国人,在会议上发表不同的言论,达不成统一共识的局面。

4、政策法规体系缺失

我国是世界航天大国中唯一没有航天法的国家;配套法律法规体系不健全。

三航天强国建设

2016年,经党中央批准,将每年的4月24日设为中国航天日,这是祖国的航天事业发展的历史性的表彰。在首个航天日到来之际,习总书记发出“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。”的伟大号召,为我国航天发展指明了方向,吹响了建设航天强国的号角。

经过研究论证,航天强国建设路线分“三步走”:

第一步,2020年左右,

重点突破,进入航天强国行列。

标志性成果是:

1、建成长期有人照料的载人空间站,将于2020年完成。

2、实现月球采样返回,和世界首次月球背面着陆探测。

3、完成北斗导航卫星全球系统建设。

4、完成高分辨对地观测系统建设,最高分辨率由现在的0.5米提高到0.1米,与美国目前的水平相当。

5、实现我国首次火星着陆探测,预计将在2020年完成。

第二步,2030年左右,整体跃升,

跻身世界航天强国的前列。

标志性成果是:

1、完成百吨级、十米直径重型运载火箭首飞,预计在2028年。

2、建成空间飞行器在轨服务与维护系统,实现“三自主”服务:燃料在轨自主加注,航天器在轨自主维护,空间碎片在轨自助清除。这将大幅度提高我国航天器的寿命和安全。

3、建成天地一体化信息网络,实现信息实时获取,安全可控、按需服务。

4、争取2030年实现载人登陆月球,还要建成月球无人科研站的基本型。

5、实现火星和近地小行星取样返回,预计将在2028年。

第三步,2050年,超越引领,全面建成航天强国。

成为世界航天发展的领跑者之一,

具有强大的国际领导力

标志性成果是:

1、成功载人登陆火星并返回。

2、建立功能完备、长期运行的月球科研开发基地,既可以对月球进行深度开发,又可以在月球上对地球进行大尺度、长时间的观测,还可以作为去往其他星球的中转站。

3、深空探索,航天器飞抵100亿公里以外的外太空,到达太阳系边缘。

4、研制完全可重复使用的天地往返运输系统,实现水平起飞、水平着陆,能够快速、低成本地进入空间。

结束语

航天是支撑中华民族伟大复兴的最前沿领域之一,在很大程度上体现了我国现代化水平的高度和广度,建设航天强国的宏伟蓝图已经绘就。请朋友们一如既往地关心、支持和参与祖国的航天事业,共筑航天梦,共同助推实现中国梦!…谢谢大家。

吴伟仁

吴伟仁

中国工程院院士,探月工程总设计师

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来源:卫星与网络 | 责任编辑:孙武
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