2014年世界航天發展回顧

梁巍（北京空間科技信息研究所）

2014年是世界航天發展創紀錄的一年，全球成功發射入軌航天器數量達到293個，刷新了2013年剛剛創造214個的最高紀錄，成為歷史上航天器發射數量最高的一年。空間在國家安全、經濟社會發展、科技進步等方面的重要性不斷提升，多個國家發布了重要的航天戰略與規劃，空間系統更新換代加速，多項技術取得突破性進展，航天產業規模持續增長。

1 有關國家航天戰略規劃

美國以保持“領導地位”為目標，全面推進航天發展。在軍事航天方面，以建立太空新秩序、塑造未來戰略環境為戰略重心，主導空間行為準則制定，打造太空利益聯盟，將融合軍民商和多國航天能力的彈性與分散空間體系作為軍用航天發展首要事項。2014年持續推進“空間現代化計劃”（SMI），已確定在軍事通信、導彈預警、戰場環境等領域向分散與彈性體系轉型，進入系統方案論證階段。在民用航天方面，著重技術創新引領發展，發布《2014年美國航空航天局戰略規劃》，強調利用創新途徑開展空間科學和空間探索。白宮首次出臺《民用對地觀測國家規劃》，以天基為重點，從全球視野對美國對地觀測系統全面規劃，提出“地球大數據計劃”（BEDI），支撐地球科學和技術創新發展。在商業航天方面，加強政策保障和引導，完成了航天出口管制階段性終稿，大量內容轉到《商業管制清單》中，解除了企業參與全球競爭的政策束縛，提升了企業全球競爭力，但實行“中國例外”政策，修訂遙感數據政策，商業遙感衛星圖像分辨率許可限制放寬到0.25m。

俄羅斯以大國復興為目標，系統全面規劃、大刀闊斧改革。在“2030航天發展戰略”和“2020航天發展規劃”基礎上，正在制定“2016－2025十年規劃”，進一步加大航天投入力度。發布“2030年前使用航天成果服務俄聯邦經濟現代化與區域發展的國家政策總則”，從國家層面推動航天應用，構建國家航天應用基礎設施和一體化綜合信息網，實施區域政府示范工程和導航應用專項示范工程，建立政府和民間聯合機制，推動市場化運營，推動航天可持續發展。啟動航天工業體制改革，突出聯邦航天局政府管理職能，正式成立聯合火箭-航天集團（ORKK），對國有航天企業進行股份制改造，理順管理關系，提升工業實力，提高國際競爭力。

歐盟在《歐洲2020戰略》指引下，持續推進歐洲航天一體化建設。在民用航天方面，正在制定新版航天政策，大力推進“哥白尼”和“伽利略”兩大歐洲聯合旗艦項目，正在尋求歐盟級空間探索專項，制定一體化航天工業政策，提高航天技術獨立自主能力。在軍事航天方面，在歐洲空客防務與空間系統公司（EDAS）和北約聯合空天力量轉型辦公室的領導下，以空間信息系統和空間態勢感知為重點，全面規劃軍事航天系統。為提升歐洲航天創新能力，完成《科學進步引發的技術突破》戰略研究，規劃了空間態勢感知與空間氣象、載人空間探索、天體生物學和行星保護、空間數據氣候建模等4個空間技術群，識別出22個前沿技術方向，以期在新一輪技術革命中搶占先機。

日本以國家安全為重心，修訂國家航天規劃。日本防衛省依據最新“國家安全保障戰略”和“防衛計劃大綱”，發布新版《防衛航天開發利用基本方針》，提出建立涵蓋“活動空間”（即偵察監視）、“基礎空間”（即通信導航）、“應對空間”（即預警監視）和“穩定空間”（即空間安全）的完整軍事航天體系，發展偵察監視、快速響應、軍用通信、導航、導彈預警和空間態勢感知等衛星系統。正在開展新版《宇宙基本計劃》的修訂工作，以“突出宇宙開發在國家安全保障的重要性”、“通過太空合作強化日美同盟”為重點，將軍事衛星體系納入國家航天規劃，全面體系化發展。

韓國將航天發展作為“國家成長動力”，制定長遠規劃。韓國最新制訂了《2040航天中長期規劃》和《航天技術產業化發展戰略》，通過了首個《衛星應用綜合規劃》，強調通信、導航、遙感融合應用，構建“無縫衛星信息應用體系”，提出以“開放、共享、融合”為特征、以Web?App為服務方式的“衛星應用3.0”建設目標，力圖打造航天產業強國，在國際市場占據一席之地。

2 衛星技術的發展

通信衛星

多國部署通信系統，完善天基通信網絡。美國以擴充容量為重點，俄羅斯以恢復體系為重點，積極完善了數據中繼衛星網絡。歐洲發射了新一代“雅典娜-費多思”（Athena-Fidus）寬帶抗干擾軍用通信衛星，衛星具備基帶處理交換能力，整星吞吐量超過1Gbit/s，在已有特高頻（UHF）和X頻段衛星系統基礎上，進一步補充了Ka頻段和極高頻（EHF）能力，初步形成了防護、寬帶和窄帶通信體系。

激光通信試驗取得重大進展，向業務系統邁進。美國以星地激光通信技術為研發重點，2014年6月利用“國際空間站”搭載的“激光通信科學光學載荷”（OPALS）設備進行了50Mbit/s數據率的星地激光通信試驗。歐洲以星間激光通信技術為主要方向，利用裝載在“阿爾法衛星”（Alphasat）和哨兵－1A（Sentinel－1A）衛星上的第二代“激光通信終端”（LCT），成功進行了首次寬帶星間激光中繼試驗，數據率達到0.6Gbit/s，近期還將進一步提升到1.8Gbit/s的標稱數據率，正在研制7.2Gbit/s的業務型激光通信衛星系統。

測試中的歐洲哨兵－1A衛星

通信衛星平臺技術向系列化和柔性化發展，有效載荷技術以高吞吐量和靈活載荷為發展重點。歐洲空客防務與空間系統公司與泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）聯手開發新星－100、200、300（Neosat－100、200、300）平臺系列，開始市場投標，采用高度模塊化設計，覆蓋從小型到超大型衛星市場，被稱為“夢想平臺”，力圖占據全球50%市場。美歐等發達國家針對實際應用需求，大力發展提高通信容量和靈活性的相關技術，重點圍繞頻率、功率和覆蓋靈活性開展研發工作，利用軟件無線電技術定義上行波束，天線覆蓋的大小和形狀具有高度靈活性，近實時地響應業務需求變化或抗干擾調零，這些技術大大提升了通信業務的靈活性和衛星系統的使用效能。

美國確定未來軍事通信體系路線圖，重點發展戰區寬帶抗干擾衛星技術。美軍采取核常分離、寬帶與防護融合、針對作戰要求靈活定制的思路，提升軍事通信衛星對作戰網絡的支持能力。針對無人機中繼、動中通等不同作戰需求，發展戰區專用寬帶抗干擾通信衛星。結合商業衛星通信采購和有效載荷搭載（HOST）等途徑，以較低成本提供戰場寬帶通信網絡支持。目前，以新型戰術寬帶抗干擾波形—“防護戰術波形”（PTW）作為推進寬帶和防護融合的關鍵技術重點研發。

對地觀測衛星

多國發射高分辨率衛星系統，向精細化探測發展。美國、俄羅斯、日本、以色列、西班牙等國發射多顆高分辨率對地觀測衛星，光學和雷達分辨率優于0.5m成為當前世界主流水平。2014年，美國發射的新一代商業高分辨率遙感衛星世界觀測－3（WorldView－3）全色分辨率高達0.31m，成為世界上分辨率最高的光學商業遙感衛星，同時在上一代4譜段多光譜基礎上，增加了8個短波紅外譜段，以及“云、氣溶膠、水汽、冰和雪”（CAVIS）新型載荷，顯著提升各類環境要素的探測能力。

成像測繪功能融合，向偵測一體方向發展。目前，世界先進成像衛星在實現高分辨率成像的同時，普遍具備高精度測繪能力。世界觀測－3衛星不僅具有0.31m的高分辨率，而且衛星在無地面控制點的情況下圖像定位精度高達3m，具備姿態機動快速和單軌立體成像能力，具有1:5000比例尺的測繪能力。2014年10月，德國“X頻段陸地雷達”（TerraSAR-X）雙星編隊系統首次完整獲得了全球統一的高精度地理信息基礎框架數據。美軍內部也已經將“成像偵察衛星”更名為“地理空間情報衛星”，體現出當前成像與測繪功能一體化融合的發展趨勢。

研發中高軌和快速響應系統，構建綜合監視體系。2014年，美國、歐洲等國在保持低軌高分辨率骨干系統持續發展的基礎上，面向持續監視和應急增強能力，采取常規與快速響應相結合、高低軌組網的發展模式，構建綜合偵察監視體系。美國和歐洲面向靜止軌道高分辨率成像，重點研發大口徑光學系統技術，多技術途徑開展研究。法國靜止軌道單孔徑光學系統、美國航空航天局（NASA）“詹姆斯-韋伯空間望遠鏡”（JWST）的分塊孔徑光學系統、美國國防高級研究計劃局（DARPA）的“莫爾紋”（MOIRE）衍射成像系統以及NASA的1.45m口徑“國際空間站”在軌組裝光學系統等都持續研發，法國正在構建高、中、低軌結合的光學衛星體系，兼顧超高分辨率與區域持續監視能力。

未來美國“天空衛星”星座在軌飛行示意圖

總裝中的美國GPS－2F衛星

微納衛星大規模部署，對地觀測即將進入大數據時代。2014年，全球對地觀測微納衛星發展活躍，在年度發射對地觀測衛星中，微納衛星占72%。行星實驗室公司（Planet Labs）分3批成功發射了67顆“鴿群”（Flcok）衛星，整星質量5kg，分辨率3～5m。天空盒子成像公司（Skybox Imaging）成功發射第二顆“天空衛星”（SkySat），計劃建成由24顆衛星組成的微衛星星座，衛星質量91kg，能夠提供分辨率優于0.9m全色分辨率圖像和分辨率1.1m的高清視頻，地面系統采用大數據挖掘和開放式平臺等創新應用模式。該公司在2014年6月被谷歌公司收購后，其遙感數據云服務和定制服務業務將進一步加速推進。

導航衛星

全球和區域導航系統加速部署和更新。2014年，美國發射4顆全球定位系統－2F（GPS－2F）衛星，在軌達到33顆；俄羅斯“一箭一星”發射了3顆“全球導航衛星系統”（GLONASS），在軌達到28顆；歐洲部署“伽利略”（Galileo）組網星首發受挫，2015年初始運行計劃不變；印度發射2顆“區域導航衛星系統”（IRNSS）組網星，預計2015年7星區域星座部署完成。

美國面向分散和彈性體系開展未來導航系統論證。在未來體系設計中更加強調費效比，探索大小衛星、中地球軌道（MEO）和地球靜止軌道（GEO）衛星、不同載荷與信號的綜合組網應用，注重全系統優化和設計，目前正處于方案優選階段，但單星規模肯定下降。

3 航天產業

根據美國航天基金會2014年6月發布的統計結果，全球航天產業產值達到3141億美元，同比增長4%。在政府航天活動方面，2013年全球軍民航天預算投入總額為741億美元，同比下降1.7%，主要原因是占全球政府航天支出總量55.7%的美國預算下降9.4%，但其他國家政府預算增長10.1%。在商業航天活動方面，受政府預算不確定性的影響，企業并購活動有所減少，但2013年全球商業航天產值實現5.8%同比增長，達到2400億美元，仍保持較強的增長勢頭。從近兩年航天總體經濟數據來看，政府航天投入與商業航天經濟規模的比例基本保持在1∶3。