美國航空航天局公布2015年版《NASA技術路線圖》

?

美國航空航天局公布2015年版《NASA技術路線圖》

NASA Issues 2015 NASA Technology Roadmaps

廖小剛（中國國防科技信息中心）

1　《路線圖》研究制定的背景

2015年版《路線圖》由NASA首席技術專家辦公室聯合NASA各研究中心及其他政府部門歷時近2年共同完成。

組織機構

《路線圖》的研究制定由NASA首席技術專家辦公室組織實施，每個領域由一個專家組負責，專家組設兩名主席，包括8～10名領域專家（主要來自NASA下屬的研究中心和NASA的首席技術專家辦公室）。在制定過程中，專家組還得到NASA載人探索與運行任務委員會（HEOMD）、空間技術任務委員會（STMD）、科學任務委員會（SMD）和航空研究任務委員會（ARMD）的技術支持。

制定過程

2013年6月，NASA召開由科研院所、工業界以及其他政府部門參加的技術交流會議，建議對2012年版技術路線圖進行修訂。2014年，NASA組建了各個領域專家組，開始《路線圖》的起草工作。各領域專家組于2014年完成初稿后，NASA組織了《路線圖》的內部評審，其下屬十大研究中心也分別對《路線圖》的候選技術進行了補充與調整；2015年春，《路線圖》進行公示，征求其他政府部門、商業企業、學術機構和公眾意見。

制定依據

《路線圖》制訂的依據主要有兩個：一是基于載人探索與運行任務委員會、空間技術任務委員會、科學任務委員會和航空研究任務委員會提供的未來20年NASA將要執行和可能執行的所有飛行試驗任務,其中包括8項載人探索任務、38項科學任務以及16項航空戰略任務，各領域專家組據此提出各個領域完成上述試驗任務所需要的能力，并基于對目前的能力缺陷與彌補缺陷所需要的潛在技術進行研究，最終確定了15大技術領域的候選技術。二是基于“NASA的能力驅動框架”確定非航空領域的候選技術。該框架主要用于指導除航空領域以外其余的14個技術領域研究工作的開展，其關注的是一系列核心的能力而非某個特定的飛行任務，其目標是通過漸進的方式實現載人登陸火星的終極目標。

主要用途

NASA發布《路線圖》主要基于現實目的和理想意義兩點考慮：最直接的現實目的是，該《路線圖》可幫助指導NASA《戰略性空間技術投資計劃》（SSTIP）的制定。《戰略性空間技術投資計劃》是NASA為完成其任務、使命和國家目標，根據其技術發展戰略制定的行動計劃，將具體確定技術路線圖中各項技術發展的優先順序以及具體技術的投資數額；間接的理想意義則是希望《路線圖》的發布，可以增強公眾對NASA未來技術發展的認知度，創造出更多、更具創新性的解決方案，不僅幫助NASA發展更強大的空間探索和科學發現的能力，更是鼓勵更多機構和人員參與美國未來的航天項目。

鑒于當今技術的快速發展以及NASA的需求變化，《戰略性空間技術投資計劃》每兩年更新一次。其下一次修訂將包括NASA所有技術領域以及更新后的技術路線圖，并且將改名為NASA《戰略技術投資計劃》（STIP）。《路線圖》將成為《戰略技術投資計劃》的基本組成部分。

2　《路線圖》主要內容

《路線圖》側重于技術的應用研究和研發活動，而不涉及基礎研究，全文共分16個分報告。第一分報告為概述，包括《路線圖》的總論、交叉技術與索引等內容，簡要介紹了《路線圖》產生的背景、目的及形成過程，并重點闡釋了一些涉及多個技術領域的交叉技術。第二至第十六分報告分別對應15個一級技術領域，每個一級技術領域的路線圖自成一章，分別概述了各技術領域中最先進的技術能力、目標性能及推薦技術，并介紹了各技術的潛在影響并給出了各項技術所能應用的任務列表。

技術領域增加到15個

《路線圖》采用“技術領域分解框架”對每個技術領域進行具體技術的組織與細化工作，分為四層結構：第一層為各個技術領域（也稱1級技術）；第二層為該技術領域的下屬子領域（也稱2級技術）；第三層為各個子領域下屬的技術集（也稱3級技術）；第四層為各項具體的候選技術（也稱4級技術）。每項候選技術都是一項獨立的、具有支持NASA未來20年各個飛行任務的潛力技術，在其候選技術簡介中包含以下三方面信息：技術簡介，包括技術描述、技術挑戰、附屬技術、最先進的技術水平和技術性能目標；能力簡介，包括能力描述，最先進的能力水平及其對應的目標性能；相關聯的任務，任務對技術的需求時間，以及技術預計成熟時間。

在2012年版技術路線圖的基礎上，2015年版《路線圖》新增航空技術領域（這主要是因為航空領域也屬于NASA的研究范圍），這樣1級技術就從14個增加到15個。除增加1項1級技術外，同時還新增2級技術7項、3級技術66項、4級技術1273項。其中4級技術在2012年版中并未出現，此次是全新增加。

15個技術領域（1級技術）分別為：發射推進系統；空間推進系統；空間電源與能源儲存；機器人與自主系統；通信、導航、軌道碎片與編目系統；人員健康、生命保障與居住系統；載人探索目的地系統；科學儀器、觀測與傳感器系統；進入、下降及著陸系統；納米技術；建模、仿真、信息技術與處理；材料、結構、機械系統與制造；地面與發射系統；熱管理系統；航空。

關注交叉技術領域的候選技術分析

在對2012年版技術路線圖的評審過程中，美國國家研究委員會認為，很多候選技術可以屬于多個技術領域，只將其劃分為一個技術領域是不完整的。針對國家研究委員會的評審意見，《路線圖》專門設立交叉技術領域章節，首先確定出9個跨多技術領域的交叉技術領域，然后詳細分析每個交叉技術領域的技術特征，并詳細列出了可支持該交叉技術領域的候選技術。這9個交叉技術領域分別為自主系統與人工智能技術、航空電子、出艙活動、信息技術、原位資源利用技術、軌道碎片、輻射與空間氣象、傳感器、熱防護系統。

根據作用的發揮，支持特定交叉領域的候選技術還分為兩類：一類是使能技術，即該技術可滿足任務需要，并符合特定飛行試驗任務的成本與時間進度要求；另一類是增強技術，即不直接服務某個特定任務，但可極大提高整體的技術狀態與水平。

各候選技術領域中支持“漸近火星行動”的關鍵技術組合

重點關注支持“漸近火星行動”的候選技術

“漸近火星行動”（EMC）是NASA正在開展的一系列系統分析，以確定人類登陸火星所需的能力，以實現人類在21世紀30年代登陸火星。這些系統分析將有助于制定更靈活的、與能力發展和科學發現以及不斷變化的政策環境相適應的發展戰略。

續表

好奇號火星車在火星探測

準備進行試驗性飛行的“獵戶座”飛船

3　幾點看法

為支持美國總統奧巴馬提出的“登陸火星”的目標，NASA積極發展載人航天創新技術，推動國家航天探索整體能力提升。為加強技術發展的頂層規劃，NASA通過定期發布和更新《NASA技術路線圖》，詳細規劃與指導具體技術的研發與投資。相比2012年的技術路線圖，2015年版《路線圖》不僅在內容上進行較大的調整和充實，其指導NASA未來技術研發工作如何開展的意義更大。

一是《路線圖》介紹的候選技術不僅全面而且更加具體。《路線圖》基本涵蓋了NASA未來發展的所有技術領域，并首次從交叉技術領域、“漸近火星行動”等維度對各個候選技術進行闡述；首次詳細對外公布1273項候選技術（4級技術），包括技術描述、技術成熟度、能力目標等相關內容，便于公眾和各研究機構更充分地了解NASA未來的技術研發，使得整個《路線圖》更具可操作性和可實施性。

二是《路線圖》的戰略指導性更加明確。《路線圖》的制定原則明確是以任務為牽引、能力為基礎，關注的是美國未來20年及更長時期重點發展的技術方向，所有候選技術都是可以幫助完成NASA 的2015-2035年的飛行試驗任務，同時又可以提高NASA的核心探索能力，以最終實現載人登陸火星這一終極目標。

三是《路線圖》的引領作用更強。《路線圖》是以NASA為主導，充分吸納其他政府機構、科研機構、大型企業等意見形成的，未來還會通過美國國家研究委員會組織的獨立評審，因此能夠確保繼續引領美國民用航天技術未來的正確發展方向。

綜上所述，《路線圖》制定依據非常清晰，對NASA未來實際工作的指導意義十分明確，且介紹的候選技術更加全面和詳細，對于分析與預測NASA未來技術發展，乃至NASA未來開展的火星探測活動、星際殖民等活動具有巨大的借鑒意義。

未來的“航天發射系統”構想圖