以原始创新点亮航天强国之路——我国空间系统与技术未来展望

● 文 |许社村 侯宇葵 孙亚楠 任迪 赵建伟 邓连印

以原始创新点亮航天强国之路
——我国空间系统与技术未来展望

● 文 |许社村 侯宇葵 孙亚楠 任迪 赵建伟 邓连印

一、前言

外层空间是人类共同的财富，航天活动对人类文明和社会进步的影响进一步增强，航天科技在国家发展中的战略地位日益凸显。习近平同志指出：“发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦”。

未来一段时间是我国全面建成小康社会和进入创新型国家行列的决胜阶段，以航天梦助力中国梦是航天人义不容辞的责任。

二、 新形势、新挑战

1.国家转型发展新要求

我国发展进入新常态，多数产业大而不强、核心技术受制于人等问题突出。中央已将实施“创新驱动发展”战略提升到事关“两个一百年”奋斗目标和实现中国梦的全局高度，强调抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来，先后颁布《国家创新驱动发展纲要》、《“十三五”国家科技创新规划》等一系列纲领性文件。以战略前沿领域创新突破带动新兴产业发展，已经成为党和国家的共识。

在新中国成立之初，“两弹一星”工程奠定了战略威慑能力基础，为国家发展争取到了一个长期稳定的安全环境。在新的历史条件下，培育战略性新兴产业，促进经济社会发展，对航天科技自主创新、原始创新提出更加紧迫的要求。

2.新一轮科技革命日益临近

世界已进入新一轮科技革命的前夜。“以智能化为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异”。航天领域最有可能产生知识突破和创新超越。世界科技的比拼更加聚焦航天科技实力的竞争，我国要走上世界舞台的中心，必然要求航天成为科技创新的排头兵。

3.航天产业竞争日趋激烈

航天产业是重要的新兴产业，国际上，发达国家的大型宇航企业、卫星制造商、运营服务商依靠政治势力和资本力量，在上游对我们封锁，在下游对我们围堵，维持其在国际市场上的垄断地位，使我国航天“走出去”异常困难。在国内，航天领域的进入门槛日益降低，科研院所、大型民企、高校等正在积极进入航天产业，国内竞争格局更加激烈，很可能引发无序竞争。航天企业必须对未来的发展趋势作出准确判断，主动创新，超前作为，只有掌握核心技术，才能在未来竞争中立于不败之地。

三、 新机遇、新认识

1.模式转型是航天强国的必由之路

国家“一带一路”倡议、“中国制造2025”、“创新驱动发展”等战略的实施，对担负着“富国强军”历史使命的航天事业提出了更高要求。面对新形势、新挑战，继续按原有的与国外对标、“就汤下面”的跟随式发展模式，必不可能实现“领跑”，必无法建成航天强国。因此，航天必须转变发展模式，聚焦服务，注重应用，坚持“人无我有、人有我强、人强我优、人优我变”，走高效益发展道路，有力支撑国家产业结构调整优化，加快提升空间信息服务、空间资产保障与维护和空间资源利用等能力，早日建成航天强国。

2.强化应用是赢得竞争的必然选择

近年来，国内外许多有实力、有想法的企业纷纷跨界竞争，提出了“谷歌卫星”、“百度卫星”、“聚划算卫星”等项目计划，随着技术的扩展与快速发展，原有的行业界限逐渐模糊。同时，在信息时代，用户的使用习惯、用户的切身感受，均可能成为未来型号发展、技术路线选择的决策依据，用户不再仅仅要求“能用”，更希望“好用”、“管用”。因此，只有围绕用户需求，研究用户使用要求、作战样式、业务模式，从技术视角向应用视角转型，切实发展出“好用”、“管用”的空间系统，才能获得用户认可、赢得竞争。

3.原始创新是赢得未来的关键

航天强国必不是跟在别人后面、照抄别人能够发展起来的，要想进行“反抵消战略”，实现对对手的超越，就是要能够利用未来的技术对对手的技术能力进行“清零”。为此，只有强化原始创新、从源头做起，才能获得具有战略意义的颠覆性技术，夺得未来竞争的先机；也只有打破长期以来跟踪研仿的思维定式，借鉴DARPA的“小团队大外围，短周期快滚动”等先进创新理念，真正建立起独立自主的创新体系，形成核心技术竞争优势，以“黑科技”铸就空间技术的“护城河”。

4.基础研究是赢得长远的不竭动力

颠覆性技术创新不可能依赖现有的技术途径，革命性的变化需要基础理论的突破，并从基础研究中获取灵感。“一个国家基础科学研究的深度和广度，决定着这个国家原始创新的动力和活力”，基础研究也决定着未来航天领域原始创新的动力与活力。因此，为实现航天科技的可持续发展，也需要更加关注天文、物理、生命、地球科学等基础研究前沿进展，结合航天需求，促进我国原创性成果不断涌现。

四、新使命、新任务

1.服务大众、惠及民生，应用卫星超越发展

（1）发展思路

面向经济社会发展重大战略需求，以原始创新为引领，以满足用户需求、提升应用效能和促进航天产业发展为根本目的，公益与商业服务并举，围绕全球多要素综合探测、全球互联互通、全球化商业航天服务，探索新原理、新方法和新系统，为我国经济社会转型和可持续发展提供有力支撑。

（2）主要任务

围绕支撑国民经济建设、惠及大众生活等时代要求，一是服务国家战略，发展全球尺度地球数据获取及应用能力，支撑海洋强国战略、“一带一路”倡议的实施；二是惠及民生，综合利用多种谱段、高时空分辨率、高灵敏度探测系统以及高速通信网络，满足生态保护、气象预报等重大民生需求，推动文化传播、高品质信息服务等信息消费；三是深化应用，推动商业化航天服务和多源数据融合共享，支撑重要行业深化应用和大众服务。

（3）发展重点

1）全球立体综合大气观测系统。充分发挥高轨系统的高时效特性和低轨系统的高分辨率特性，发展高轨50米级大气成像、低轨激光风场测量、低轨降雨测量雷达等卫星系统，对台风、暴雨、雾霾、沙尘暴等灾害性天气的形成、演变等进行近实时观测和预报，积累全球气候变化观测数据，为我国经济发展提供强大的服务保障，并承担相应的国际责任。

2）面向地震预报的高精度探测系统。为提升地震综合监测预报能力，综合利用红外、电磁、重力场等探测手段，发展5m分辨率红外成像、1 nT精度宽谱磁场探测、1mGal精度重力测量等卫星系统，探索预测地震的新型方法手段，避免或减少地质灾害对人民生命财产造成损失。

3）全维多手段生态监测系统。利用高分辨率成像、激光雷达、高光谱等新型载荷，发展亚米级成像、大气污染监测、水资源探测、海洋监视等卫星系统，对大气、水、岩和生物等圈层等进行多要素智能化探测，提高生态红线维持、精细农业、污染治理、大数据分析、智慧海洋建设等能力。

4）全球泛在高速信息网络。发展超大容量通信、高承载通信和可重构通信等卫星系统，支持构建由通信网、互联网、传感器网构成的泛在信息网络，满足区域协调、军民融合、大众消费等多样化需求。

5）中国特色商业航天服务。迎接“太空经济”时代的到来，利用大数据、智能处理、移动网络、云计算等新兴技术，构建大数据一体化应用体系，推动天地一体、多维信息智能同化与实时融合。发展智能在轨服务能力，推动太空旅游观光，探索碎片清除服务、小天体勘查采矿和资源利用新途径，促进太空产业发展。

2.遥望星空、迈出摇篮，空间探测跨越发展

（1）发展思路

瞄准解决空间科学探测概念与技术发展创新不足、原创探测种类少等短板弱项，以科学问题为导向，以对未知世界的科学探索需求为牵引，充分探测宇宙、了解宇宙、认识宇宙，反过来认识地球，认识人类自己，拓展人类的知识。

（2）主要任务

面向空间科学的原始创新、基础发展能力的快速提升，未来航天领域的主要任务是：一方面，通过加强空间科学基础研究，形成自主完善的空间科学探测研究体系，建立完备的学科和专业，提升研究团队的整体水平，涌现一批在国际上有重要影响力的科学家及团队。另一方面，围绕宇宙的形成与演化、系外行星和地外生命的探索、太阳活动及其对地球空间环境的影响、超越现有物理理论的新物理规律等热点和基础性科学问题，通过系列科学计划和任务，取得一批原创性的重大发现和成果。

（3）重点方向

围绕上述任务，结合科学探测的特点，未来一段时期我国空间科学领域重点发展方向如下：暗物质与宇宙射线探测、脉冲星宇宙时空基准、可居住类地行星探测、系外行星大气光谱探测、日地空间环境立体探测。

3.军民融合、强基固本，空间技术飞跃发展

（1）发展思路

以促进空间技术飞跃发展、突破瓶颈技术、形成核心能力为重点，坚持以应用基础研究支撑的原始创新，坚持以我为主、吸收国内外相关技术领域的创新成果，强化新材料与新结构、新能源与新推进、新兴探测与新型载荷等基础理论研究和关键技术攻关，牵引新型应用，助力空间技术在国家战略高技术领域的率先突破。

（2）主要任务

面向军民商空间系统发展需求，增加先进空间技术源头供给，未来空间技术发展的主要任务为：一是发展先进平台技术，解决平台的稳定性、可靠性较弱，精度和敏捷性不足等瓶颈问题；二是探索新型载荷技术，拓展新型技术手段，面向应用服务，突出效费比，完善载荷型谱；三是加强基础前沿、新概念技术研究，促进空间系统网络化、综合化、智能化、体系化、弹性化发展。

（3）发展重点

1）先进卫星平台技术。面向未来通信、遥感、空间科学、在轨服务等领域对卫星平台高精度、高稳定度、高承载比以及智能自主、可扩展可重构等高品质要素的迫切需求，聚焦智能化、长寿命、低成本、高可靠等性能要素，打造超大型可重构卫星平台、超高精度超高稳定度卫星平台、可维修和可服务卫星平台，提升卫星平台品质，扩展平台能力包络，进一步增强平台对新领域任务的支撑能力。

2）新型载荷技术。围绕空间系统未来发展，开发静止轨道3m分辨率光学载荷、大气海洋一体化测风雷达、高光谱分辨率载荷、激光三维成像、云雨三维测量等载荷，加大载荷效能仿真和数据处理技术研究，提升遥感载荷分辨率，提高定标、定位和探测精度，支撑遥感载荷数据深化应用。发展新一代大容量宽带卫星通信和广播技术、地球同步轨道（GEO）卫星移动通信技术以及星间激光通信及组网技术、太赫兹通信技术等新型通信有效载荷技术，提升通信有效载荷容量和移动通信、多功能复合通信和星际高速率互联能力，形成新一代天线和射频部组件等关键产品技术储备。瞄准更长远空间应用，开展新概念、新原理、新体制有效载荷技术研究与探索，在技术体制、关键产品和业务化应用等方面形成原创成果。

3）基础前沿技术。基础前沿技术是空间技术创新发展的源泉，基础科学和前沿技术的突破，都有可能引起人类征服和利用空间能力的大幅度提升，包括但不限于：大数据与云计算、量子技术、太赫兹技术、认知科学与技术、智能材料与超材料、微纳光电技术、自由空间光通信技术。