太空是人類努力開拓的未知疆域,,是未來大國競爭的重要高地,。世界航天發(fā)展已進入以新一代全球星座,、常態(tài)化載人進出太空,、大規(guī)模深空探測為代表的新階段,。
中國正在從航天大國走向航天強國,。在這個過程中,,技術(shù)創(chuàng)新將是最重要的驅(qū)動力量,。為此,,我國航天領(lǐng)域正在新型舉國體制下,,大力促進技術(shù)創(chuàng)新。由此,,國營航天企業(yè)是航天技術(shù)創(chuàng)新的中堅力量,,但正在興起的中國民營航天企業(yè),必然成為中國航天技術(shù)創(chuàng)新的新生力量,。
1.航天領(lǐng)域的顛覆性創(chuàng)新
建設(shè)航天強國,,必須始終堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,,加強顛覆性技術(shù)、新概念技術(shù)的研究與儲備,。
1995年,,美國哈佛商學院教授克萊頓·克里斯滕森與他的同事在《顛覆性技術(shù)的機遇浪潮》一文中,首先提出顛覆性(Disruptive)技術(shù)的概念,。顛覆性技術(shù)是一種另辟蹊徑,、對已有傳統(tǒng)或主流技術(shù)途徑產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù),可能是全創(chuàng)的新技術(shù),,也可能是基于現(xiàn)有技術(shù)的跨學科,、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。顛覆性技術(shù)打破了傳統(tǒng)技術(shù)的思維和發(fā)展路線,,是對傳統(tǒng)技術(shù)的跨越式發(fā)展,。例如,數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)移應(yīng)用到照相領(lǐng)域,,顛覆了傳統(tǒng)的基于膠片的照相技術(shù),;計算機技術(shù)和通信技術(shù)的融合,產(chǎn)生的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),,顛覆了傳統(tǒng)的信息傳輸和應(yīng)用方式,。在這基礎(chǔ)上,克里斯滕森于1997年又出版了《創(chuàng)新者的困境》一書,,在書中他首先提出了存在兩種創(chuàng)新,,即持續(xù)性(Sustainning)創(chuàng)新和顛覆性創(chuàng)新。維持性創(chuàng)新是企業(yè)沿著既有技術(shù)和產(chǎn)品的改進軌跡逐步向前推進,;顛覆性創(chuàng)新則是創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)完全不同的新技術(shù),,創(chuàng)造更為簡單、更加便捷與更廉價的產(chǎn)品,。
在航天領(lǐng)域,,顛覆性創(chuàng)新遠比克里斯滕森教授所描述的要復雜得多:
首先,航天是高風險事業(yè),。人類的航天活動十分復雜而繁重,。由于面臨高風險和高成本,航天任務(wù)往往采用比較保守的成熟技術(shù),,以保證高的可靠性,。對于新興技術(shù)的應(yīng)用,,要求在技術(shù)的先進性和可靠性,、安全性之間進行平衡。
其次,,航天新技術(shù)的成熟周期較長,。一項新興技術(shù)是否是能夠在航天中產(chǎn)生顛覆性創(chuàng)新,,要用實效來檢驗。由于航天工程的研制周期長,,而且要求進行飛行試驗驗證,,因而其成熟周期較長。
再次,,與一般的民用產(chǎn)品不同,,航天領(lǐng)域很長時期承擔國家任務(wù),并由政府主導,。進入新世紀后各國開始關(guān)注市場需求,,在完善的市場環(huán)境下,企業(yè)逐漸成為航天技術(shù)創(chuàng)新的主體,。
最后,,世界技術(shù)的發(fā)展是波浪向前推進的。不同技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢有很大差別,。實際上,,在技術(shù)的發(fā)展中,會不斷出現(xiàn)一些帶頭技術(shù),,帶動其他技術(shù)的發(fā)展,。當代,信息技術(shù)是一種帶頭技術(shù),。利用現(xiàn)代信息技術(shù)的成果,,包括人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)等,,正在推動航天技術(shù)的發(fā)展?,F(xiàn)代的控制技術(shù)、通信技術(shù),、遙測技術(shù)等,,進一步提高了航天運輸系統(tǒng)的性能。由于衛(wèi)星使用的信息技術(shù)的成分比航天運輸系統(tǒng)要多,,信息技術(shù)對衛(wèi)星的發(fā)展影響更大,。航天運輸系統(tǒng)的發(fā)展還取決于動力技術(shù)和材料技術(shù)等的發(fā)展。衛(wèi)星的發(fā)展也取決于載荷技術(shù),、推進技術(shù)和電源技術(shù)等的發(fā)展,。展望未來,在航天領(lǐng)域除了利用信息技術(shù)和人工智能技術(shù)等成果外,,更要在動力技術(shù),、材料技術(shù)、結(jié)構(gòu)技術(shù),、能量轉(zhuǎn)化技術(shù)及綜合它們的總體技術(shù)方面,,爭取出現(xiàn)顛覆性的創(chuàng)新,。
事實上,發(fā)展顛覆性技術(shù)固然重要,,但更重要的是把顛覆性創(chuàng)新和一般傳統(tǒng)的持續(xù)性創(chuàng)新融合起來,,既要注意顛覆性的技術(shù)出現(xiàn),同時也要關(guān)注那些漸進性的持續(xù)創(chuàng)新,。因為顛覆性創(chuàng)新往往是在不斷的漸進性創(chuàng)新之后出現(xiàn)的,。
2.航天發(fā)展迎來新高潮
回顧歷史,航天技術(shù)在它正式誕生之后,,就產(chǎn)生一個發(fā)展的高潮,,在美國實現(xiàn)“阿波羅”(Apollo)登月計劃時,幾乎到達了航天技術(shù)發(fā)展頂峰,。在這之后航天技術(shù)就處于平緩的上升發(fā)展期,,例如火箭發(fā)動機的比沖,在幾十年中雖有提高,,但幅度很小,。
當今,信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,,正在推動航天技術(shù)的發(fā)展,。目前,人工智能技術(shù),、核技術(shù),、增材制造技術(shù)、量子技術(shù),、電推進技術(shù),、納米材料等新材料技術(shù)、激光等定向能技術(shù)等,正在快速發(fā)展,,必將推動推動航天技術(shù)發(fā)生革命性的變化,。作為對經(jīng)濟和安全有重大影響的航天領(lǐng)域,就像地球發(fā)生地震一樣,,在較長時期積累能量以后,,總會出現(xiàn)突破。我們期望這個日子能早日到來,。
美國SpaceX公司自2002年成立以來,,已經(jīng)發(fā)展了多項顛覆性的航天技術(shù),如低成本高可靠的火箭重復使用技術(shù),、火箭垂直回收技術(shù),,超大規(guī)模的低軌衛(wèi)星的設(shè)計技術(shù),衛(wèi)星的成批制造和發(fā)射技術(shù)等,,為SpaceX公司取得成功奠定了技術(shù)基礎(chǔ),。SpaceX的火箭回收技術(shù),大大地降低了火箭發(fā)射的成本,。SpaceX的超大規(guī)模的低軌道的衛(wèi)星技術(shù),,使得公司實現(xiàn)贏利。
SpaceX公司發(fā)展的顛覆性技術(shù),,帶動了整個航天領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新,。在信息技術(shù)方面,人工智能技術(shù)將應(yīng)用到整個航天領(lǐng)域,。特別是通信遙感一體化必須要利用人工智能技術(shù),。人工智能能夠很快的完成遙感數(shù)據(jù)的處理,這樣才能夠很快地通過通信轉(zhuǎn)發(fā)到地面上來,。在動力技術(shù)方面,,開始利用甲烷作為火箭發(fā)動機的,它在發(fā)動機燃料后的結(jié)焦很少,,且很容易清洗掉,,所以很多未來重復使用的火箭發(fā)動機大多采用甲烷作為燃料,而且甲烷很便宜,。為了充分利用空氣中的氧氣,,正在發(fā)展火箭發(fā)動機和吸氣式發(fā)動機組合起來的組合發(fā)動機。現(xiàn)在由于核能安全技術(shù)的發(fā)展,,已經(jīng)可以啟動核火箭的研制了,。衛(wèi)星的動力系統(tǒng)發(fā)展也很快,各種電推進技術(shù),,包括霍爾效應(yīng)的電推進系統(tǒng)也取得了成功,,已經(jīng)出現(xiàn)全部使用電推進的衛(wèi)星。在材料和制造技術(shù)方面,,先進材料和3D打印等先進的制造技術(shù)發(fā)展很快,。這些技術(shù)的發(fā)展,可在一個月生產(chǎn)幾百顆衛(wèi)星,,并全部在在地面完成測試好,。當然,航天領(lǐng)域還會涌現(xiàn)許多其他方面的技術(shù)創(chuàng)新,。
由于技術(shù)創(chuàng)新的推動,,在商業(yè)航天領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新熱點:
1) 低軌互聯(lián)網(wǎng)星座。要讓全球航天經(jīng)濟總量在本世紀40年代達到上萬億美元,,需要出現(xiàn)“轉(zhuǎn)折點”,,需要讓太空經(jīng)濟的推動力有根本改變。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是最可能的風口,。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是繼有線互聯(lián),、無線互聯(lián)之后的第三代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,,以SpaceX公司的“星鏈(Starlink)”計劃和一網(wǎng)公司的“一網(wǎng)(Oneweb)”系統(tǒng)為代表。發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將實現(xiàn)全球互聯(lián)網(wǎng)無縫鏈接服務(wù),,成為滿足目前還未入網(wǎng)這部分人的經(jīng)濟,、高效解決方案,有著廣闊的市場前景,。國外在建的互聯(lián)網(wǎng)星座,,正在加緊頻率資源爭奪。Ku頻率資源已基本被瓜分殆盡,;Ka頻率資源雖已有低軌星座系統(tǒng)規(guī)劃,,但尚無實際衛(wèi)星應(yīng)用;V頻率資源已成為多個星座系統(tǒng)作為規(guī)模擴展階段擬申報的儲備,。目前低軌寬帶星座,,正在努力攻克高效接入(直接聯(lián)通手機)、星間鏈路組網(wǎng),、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,、大規(guī)模干擾規(guī)避等關(guān)鍵技術(shù),并向通信和遙感一體化的方向發(fā)展,。
2)新一代航天運載系統(tǒng),。新一代航天運載系統(tǒng)是低成本且運營靈活方便的運載系統(tǒng)。它們包括重復使用的運載火箭,、飛船,、航天飛機和空天飛機等。SpaceX公司正在研制的新型垂直起降運輸系統(tǒng)“星艦”,,既可望出現(xiàn)一個跨星球的運輸系統(tǒng),,又可能實現(xiàn)地球上的快速運輸。為了實現(xiàn)航班化運輸,,成本更低機動性更高的空天飛機也許是一種長遠的選擇,。發(fā)展重復使用的航天運載系統(tǒng),首先要解決能重復使用的動力系統(tǒng),。對于單純使用火箭發(fā)動機或使用組合發(fā)動機,,需要攻克一系列不同的關(guān)鍵技術(shù),后者由于要發(fā)展適合在寬域內(nèi)穩(wěn)定燃燒的發(fā)動機和發(fā)動機與機體一體化設(shè)計技術(shù),,其難題更多,。當然,兩者還有許多共性的關(guān)鍵技術(shù),,如防熱材料和結(jié)構(gòu),、人工智能的控制系統(tǒng)、先進的故障診斷技術(shù)等。
3)太空旅游,。2001年4月28日,,由美國太空探險公司用俄羅斯的聯(lián)盟號飛船,將美國商人丹尼斯·蒂托送入國際空間站,。2021年維珍銀河公司和藍色起源公司相繼實現(xiàn)了亞軌道旅游,。2021年9月16日,SpaceX公司實現(xiàn)了首次“全平民”太空旅游,,將4名太空游客帶到距離地面550公里環(huán)繞地球飛行,進行為期3天的太空旅游觀光,。今后,,隨著航天運輸費用的下降和商業(yè)空間站的建成,太空旅游將有廣闊的前景,。隨著太空旅游的發(fā)展,,對航天運輸系統(tǒng)的可靠性和安全性會提出更高的要求,為此要發(fā)展新一代的太空救生技術(shù),。
4)現(xiàn)代航天制造業(yè)?,F(xiàn)代航天公司正在將飛機和導彈的批量制造經(jīng)驗,融合到衛(wèi)星,、火箭和地面設(shè)備的制造中,,并希望應(yīng)用3D打印,人工智能,、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù),,增加使用商用工業(yè)級器件的比例,通過標準化,、模塊化以實現(xiàn)批量生產(chǎn),,以縮減研制成本和研制周期。
5)在軌服務(wù),。包括對航天器的軌道加注(燃料和能量),、軌道維修、軌道加工和軌道碎片清理等,。在軌服務(wù)的發(fā)展,,呈現(xiàn)出從低軌到高軌再到深空的漸進式發(fā)展態(tài)勢。星座的發(fā)展,,大大增加了在軌服務(wù)對象的數(shù)量和類型,,需要采用更經(jīng)濟、更高效的在軌服務(wù)方式,。太空機器人技術(shù)是在軌服務(wù)的核心技術(shù),,他包括目標捕獲跟蹤與測量技術(shù)、太空平臺技術(shù)、太空機械手技術(shù),、遙操作技術(shù)等,。
6)太空采礦。行星,、衛(wèi)星和小行星等天體具有豐富的太空資源,,包括金屬、水,、氫,、氧和稀有礦物等,這些資源在地球上存量有限,,而在宇宙中十分豐富并可持續(xù)利用,。要早日實現(xiàn)太空采礦,需要攻克太空資源勘探與采選,、太空導航定位與信息感知,、太空采礦智能裝備、太空資源就地加工與原位利用,、太空資源快速運輸?shù)纫幌盗屑夹g(shù)難題,。
3.中國民營商業(yè)航天的創(chuàng)新
1)中國民營商業(yè)航天的興起
中國的商業(yè)航天與美國商業(yè)航天全由民營企業(yè)承擔的有所不同。我國國營的中國航天科技集團公司和中國航天科工集團公司,,除了承擔繁重的國家任務(wù)外,,仍然是發(fā)展商業(yè)航天的主力。同時也有多種類型的企業(yè),,(包括其他國營企業(yè),、混合制企業(yè)和民營企業(yè)),參與發(fā)展我國的商業(yè)航天,。
2014年的11月,,國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于創(chuàng)新重點領(lǐng)域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》中,鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),。完善民用遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)政策,,加強政府采購服務(wù),鼓勵民間資本研制,、發(fā)射和運營商業(yè)遙感衛(wèi)星,,提供市場化、專業(yè)化服務(wù),。引導民間資本參與衛(wèi)星導航地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè),。自此,我國開啟了民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施的大門,,拉開了中國民營商業(yè)航天的序幕,。至今為止,,航天創(chuàng)企超過400家,總共獲得的融資額大概有500億元人民幣,。目前這些創(chuàng)業(yè)公司的產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋了從運載系統(tǒng),、衛(wèi)星平臺、載荷及其地面應(yīng)用,,以及發(fā)射,、測控等航天產(chǎn)業(yè)鏈。這些民營航天公司彌補了國企在開拓市場和創(chuàng)新能力方面的不足,,促進了國企的改革,,形成了多種所有制共存合作的局面;調(diào)動了地方政府和社會資本的積極性,,通過政企合作,,與區(qū)域經(jīng)濟結(jié)合,成為地區(qū)經(jīng)濟增長的新動力,。在世界商業(yè)航天領(lǐng)域,,我國已處于僅次于美國的世界第二的位置,。
2)民營商業(yè)火箭公司的創(chuàng)新
在商業(yè)火箭領(lǐng)域目前已有五家非國有的火箭公司,,已將商業(yè)火箭發(fā)射入軌。這些公司為星際榮耀,、星河動力,、中科宇航、天兵和藍箭航天,。估計后續(xù)還有幾家民營火箭公司將發(fā)射火箭入軌,。特別是星河動力連續(xù)完成8次成功發(fā)射,并曾在一個月內(nèi)完成兩次發(fā)射,,將單個火箭制造與發(fā)射,,擴展到批量制造與發(fā)射。藍箭的“朱雀二號”運載火箭發(fā)射成功,,成為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭,。這些成就,都是在民營火箭技術(shù)創(chuàng)新的標志性事件,。這些民營火箭公司有的采用“先固后液”的技術(shù)路線,,有的“直接攻液”。而在發(fā)展液體發(fā)動機方面,,有的選擇煤油,,有的選擇甲烷??傊?,這些民營公司實現(xiàn)了差異化競爭。有些公司也在火箭回收技術(shù)方面開展了預先研究??傊?,它們并沒有照抄國企的成果,而十分注重技術(shù)創(chuàng)新,。
3)民營商業(yè)衛(wèi)星公司的創(chuàng)新
商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域已有多家商業(yè)遙感衛(wèi)星公司已取得了重大創(chuàng)新成果,。其中長春的長光衛(wèi)星科技公司已經(jīng)發(fā)發(fā)射了109顆吉林一號衛(wèi)星,可以對世界各地每天拍攝18次,。這家公司突破了一系列關(guān)鍵技術(shù),,包括星載一體化整星設(shè)計制造技術(shù)、先進光電成像技術(shù),、超大規(guī)模星座智能運管技術(shù),、遙感影像快速自動化生產(chǎn)技術(shù)、海量遙感大數(shù)據(jù)智能解譯技術(shù)等,,實現(xiàn)了遙感衛(wèi)星技術(shù)的飛躍,,大幅降低了成本,提升了性能和服務(wù)能力,。珠海的上市公司歐比特發(fā)射并運營的商業(yè)遙感微納衛(wèi)星星座“珠海一號”(已發(fā)射成功4顆視頻衛(wèi)星和8顆高光譜衛(wèi)星),填補了我國高光譜遙感領(lǐng)域的空白,。這家公司致力于遙感數(shù)據(jù)地面系統(tǒng)與人工智能處理技術(shù)的結(jié)合,引導衛(wèi)星大數(shù)據(jù)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展,。微小衛(wèi)星已成為商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展的主流,,已涌現(xiàn)出天儀研究院、微納星空,、九天微星,、零重力實驗室等一大批研制微小衛(wèi)星的民營公司。其中天儀研究院借助互聯(lián)網(wǎng)思維推行快速迭代,,已經(jīng)發(fā)射了包括SAR衛(wèi)星在內(nèi)的25顆小衛(wèi)星,。許多公司專注研發(fā)衛(wèi)星分系統(tǒng),例如研發(fā)電推進系統(tǒng)的傲天科技,,也已取得了許多成果,。
衛(wèi)星通信是太空經(jīng)濟的主力和核心。我國應(yīng)盡快建設(shè)一個具有中國特色的,,由政府組織協(xié)調(diào),、企業(yè)分工合作的大型衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),將具有重要的戰(zhàn)略價值,。2020年4月20日國家發(fā)改委首次明確將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)列入新型基礎(chǔ)設(shè)施的范圍,。2021 年4月,星網(wǎng)集團在河北雄安揭牌,,成為我國第97家央企,。
2020年1月16日,,銀河航天的首發(fā)星搭載科工火箭旗下的“快舟一號甲”運載火箭發(fā)射成功,成為中國首顆通信能力達10Gbps的低軌寬帶通信衛(wèi)星,。2022年3月,,由長征2號丙火箭成功發(fā)射了銀河航天的6顆低軌寬帶通信衛(wèi)星,它們與首發(fā)星共同組成了低軌寬帶通信試驗星座,,并構(gòu)建起星地融合的5G試驗網(wǎng)絡(luò),。2023年7月23日,銀河航天又成功發(fā)射了我國首款柔性太陽翼通信衛(wèi)星“銀河航天靈犀03星”,。吉利汽車旗下的時空道宇公司,,在2022年6月2日將“吉利未來出行星座”首批九顆星成功發(fā)射入軌,開啟了“天地一體化高精時空信息系統(tǒng)”空間段的建設(shè),。據(jù)悉,,“吉利未來出行星座”計劃由240顆衛(wèi)星組成,以提供自動駕駛,、物流運輸,、無人機導航、遙感測繪等多領(lǐng)域服務(wù),。此外,,國電高科正在建設(shè)“天啟”物聯(lián)網(wǎng)星座,即將建成投入使用,。
4)我國民營商業(yè)航天面臨的挑戰(zhàn)
總之,,我國民營商業(yè)航天的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大成績,,促進了航天直接為社會和經(jīng)濟發(fā)展服務(wù),;降低了航天發(fā)展的成本,并為持續(xù)發(fā)展積累資金,;促進了航天技術(shù)的創(chuàng)新,;鼓勵了更多年青人投身于航天事業(yè)。另一方面,,我國商業(yè)航天的發(fā)展,,也存在一些問題,如缺乏較長遠的統(tǒng)籌規(guī)劃,,項目的低水平重復較多,;缺乏原始的技術(shù)創(chuàng)新,特別是顛覆式創(chuàng)新等,。
結(jié)束語:寄語航天創(chuàng)業(yè)者
現(xiàn)在,,世界航天已經(jīng)發(fā)展到了一個新技術(shù)革命的前夜,未來十年將是航天發(fā)展的黃金時代,。當前有許多創(chuàng)意的新思想層出不窮,,包括像軌道服務(wù)和維修,、核動力火箭、太空天梯,、太空太陽能電站,、太空采礦、太空制造,、太空酒店,、太空旅游等,這些想法都需要人用技術(shù)創(chuàng)新去實現(xiàn),。
未來,,將有更多的創(chuàng)業(yè)者投身于航天事業(yè)。我們期望他們:首先要有獻身于中國航天的理想,。從事航天行業(yè),,必須有一個長期默默貢獻的信念。其次,,創(chuàng)業(yè)若想成功,,需要有人才和團隊,人才是創(chuàng)新的前提,,創(chuàng)始人的品德是團隊能否合作的關(guān)鍵,。最后,航天領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者,,千萬不要害怕失敗,,航天技術(shù)的高度復雜性就意味著高風險,萬一創(chuàng)業(yè)受到挫折,,一定要堅持而挺過去,。