以原始創新點亮航天強國之路
——我國空間系統與技術未來展望

● 文 |許社村 侯宇葵 孫亞楠 任迪 趙建偉 鄧連印

以原始創新點亮航天強國之路
——我國空間系統與技術未來展望

● 文 |許社村 侯宇葵 孫亞楠 任迪 趙建偉 鄧連印

一、前言

外層空間是人類共同的財富，航天活動對人類文明和社會進步的影響進一步增強，航天科技在國家發展中的戰略地位日益凸顯。習近平同志指出：“發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢”。

未來一段時間是我國全面建成小康社會和進入創新型國家行列的決勝階段，以航天夢助力中國夢是航天人義不容辭的責任。

二、 新形勢、新挑戰

1.國家轉型發展新要求

我國發展進入新常態，多數產業大而不強、核心技術受制于人等問題突出。中央已將實施“創新驅動發展”戰略提升到事關“兩個一百年”奮斗目標和實現中國夢的全局高度，強調抓創新就是抓發展，謀創新就是謀未來，先后頒布《國家創新驅動發展綱要》、《“十三五”國家科技創新規劃》等一系列綱領性文件。以戰略前沿領域創新突破帶動新興產業發展，已經成為黨和國家的共識。

在新中國成立之初，“兩彈一星”工程奠定了戰略威懾能力基礎，為國家發展爭取到了一個長期穩定的安全環境。在新的歷史條件下，培育戰略性新興產業，促進經濟社會發展，對航天科技自主創新、原始創新提出更加緊迫的要求。

2.新一輪科技革命日益臨近

世界已進入新一輪科技革命的前夜。“以智能化為核心的新一輪科技和產業革命蓄勢待發，人工智能、虛擬現實等新技術日新月異”。航天領域最有可能產生知識突破和創新超越。世界科技的比拼更加聚焦航天科技實力的競爭，我國要走上世界舞臺的中心，必然要求航天成為科技創新的排頭兵。

3.航天產業競爭日趨激烈

航天產業是重要的新興產業，國際上，發達國家的大型宇航企業、衛星制造商、運營服務商依靠政治勢力和資本力量，在上游對我們封鎖，在下游對我們圍堵，維持其在國際市場上的壟斷地位，使我國航天“走出去”異常困難。在國內，航天領域的進入門檻日益降低，科研院所、大型民企、高校等正在積極進入航天產業，國內競爭格局更加激烈，很可能引發無序競爭。航天企業必須對未來的發展趨勢作出準確判斷，主動創新，超前作為，只有掌握核心技術，才能在未來競爭中立于不敗之地。

三、 新機遇、新認識

1.模式轉型是航天強國的必由之路

國家“一帶一路”倡議、“中國制造2025”、“創新驅動發展”等戰略的實施，對擔負著“富國強軍”歷史使命的航天事業提出了更高要求。面對新形勢、新挑戰，繼續按原有的與國外對標、“就湯下面”的跟隨式發展模式，必不可能實現“領跑”，必無法建成航天強國。因此，航天必須轉變發展模式，聚焦服務，注重應用，堅持“人無我有、人有我強、人強我優、人優我變”，走高效益發展道路，有力支撐國家產業結構調整優化，加快提升空間信息服務、空間資產保障與維護和空間資源利用等能力，早日建成航天強國。

2.強化應用是贏得競爭的必然選擇

近年來，國內外許多有實力、有想法的企業紛紛跨界競爭，提出了“谷歌衛星”、“百度衛星”、“聚劃算衛星”等項目計劃，隨著技術的擴展與快速發展，原有的行業界限逐漸模糊。同時，在信息時代，用戶的使用習慣、用戶的切身感受，均可能成為未來型號發展、技術路線選擇的決策依據，用戶不再僅僅要求“能用”，更希望“好用”、“管用”。因此，只有圍繞用戶需求，研究用戶使用要求、作戰樣式、業務模式，從技術視角向應用視角轉型，切實發展出“好用”、“管用”的空間系統，才能獲得用戶認可、贏得競爭。

3.原始創新是贏得未來的關鍵

航天強國必不是跟在別人后面、照抄別人能夠發展起來的，要想進行“反抵消戰略”，實現對對手的超越，就是要能夠利用未來的技術對對手的技術能力進行“清零”。為此，只有強化原始創新、從源頭做起，才能獲得具有戰略意義的顛覆性技術，奪得未來競爭的先機；也只有打破長期以來跟蹤研仿的思維定式，借鑒DARPA的“小團隊大外圍，短周期快滾動”等先進創新理念，真正建立起獨立自主的創新體系，形成核心技術競爭優勢，以“黑科技”鑄就空間技術的“護城河”。

4.基礎研究是贏得長遠的不竭動力

顛覆性技術創新不可能依賴現有的技術途徑，革命性的變化需要基礎理論的突破，并從基礎研究中獲取靈感。“一個國家基礎科學研究的深度和廣度，決定著這個國家原始創新的動力和活力”，基礎研究也決定著未來航天領域原始創新的動力與活力。因此，為實現航天科技的可持續發展，也需要更加關注天文、物理、生命、地球科學等基礎研究前沿進展，結合航天需求，促進我國原創性成果不斷涌現。

四、新使命、新任務

1.服務大眾、惠及民生，應用衛星超越發展

（1）發展思路

面向經濟社會發展重大戰略需求，以原始創新為引領，以滿足用戶需求、提升應用效能和促進航天產業發展為根本目的，公益與商業服務并舉，圍繞全球多要素綜合探測、全球互聯互通、全球化商業航天服務，探索新原理、新方法和新系統，為我國經濟社會轉型和可持續發展提供有力支撐。

（2）主要任務

圍繞支撐國民經濟建設、惠及大眾生活等時代要求，一是服務國家戰略，發展全球尺度地球數據獲取及應用能力，支撐海洋強國戰略、“一帶一路”倡議的實施；二是惠及民生，綜合利用多種譜段、高時空分辨率、高靈敏度探測系統以及高速通信網絡，滿足生態保護、氣象預報等重大民生需求，推動文化傳播、高品質信息服務等信息消費；三是深化應用，推動商業化航天服務和多源數據融合共享，支撐重要行業深化應用和大眾服務。

（3）發展重點

1）全球立體綜合大氣觀測系統。充分發揮高軌系統的高時效特性和低軌系統的高分辨率特性，發展高軌50米級大氣成像、低軌激光風場測量、低軌降雨測量雷達等衛星系統，對臺風、暴雨、霧霾、沙塵暴等災害性天氣的形成、演變等進行近實時觀測和預報，積累全球氣候變化觀測數據，為我國經濟發展提供強大的服務保障，并承擔相應的國際責任。

2）面向地震預報的高精度探測系統。為提升地震綜合監測預報能力，綜合利用紅外、電磁、重力場等探測手段，發展5m分辨率紅外成像、1 nT精度寬譜磁場探測、1mGal精度重力測量等衛星系統，探索預測地震的新型方法手段，避免或減少地質災害對人民生命財產造成損失。

3）全維多手段生態監測系統。利用高分辨率成像、激光雷達、高光譜等新型載荷，發展亞米級成像、大氣污染監測、水資源探測、海洋監視等衛星系統，對大氣、水、巖和生物等圈層等進行多要素智能化探測，提高生態紅線維持、精細農業、污染治理、大數據分析、智慧海洋建設等能力。

4）全球泛在高速信息網絡。發展超大容量通信、高承載通信和可重構通信等衛星系統，支持構建由通信網、互聯網、傳感器網構成的泛在信息網絡，滿足區域協調、軍民融合、大眾消費等多樣化需求。

5）中國特色商業航天服務。迎接“太空經濟”時代的到來，利用大數據、智能處理、移動網絡、云計算等新興技術，構建大數據一體化應用體系，推動天地一體、多維信息智能同化與實時融合。發展智能在軌服務能力，推動太空旅游觀光，探索碎片清除服務、小天體勘查采礦和資源利用新途徑，促進太空產業發展。

2.遙望星空、邁出搖籃，空間探測跨越發展

（1）發展思路

瞄準解決空間科學探測概念與技術發展創新不足、原創探測種類少等短板弱項，以科學問題為導向，以對未知世界的科學探索需求為牽引，充分探測宇宙、了解宇宙、認識宇宙，反過來認識地球，認識人類自己，拓展人類的知識。

（2）主要任務

面向空間科學的原始創新、基礎發展能力的快速提升，未來航天領域的主要任務是：一方面，通過加強空間科學基礎研究，形成自主完善的空間科學探測研究體系，建立完備的學科和專業，提升研究團隊的整體水平，涌現一批在國際上有重要影響力的科學家及團隊。另一方面，圍繞宇宙的形成與演化、系外行星和地外生命的探索、太陽活動及其對地球空間環境的影響、超越現有物理理論的新物理規律等熱點和基礎性科學問題，通過系列科學計劃和任務，取得一批原創性的重大發現和成果。

（3）重點方向

圍繞上述任務，結合科學探測的特點，未來一段時期我國空間科學領域重點發展方向如下：暗物質與宇宙射線探測、脈沖星宇宙時空基準、可居住類地行星探測、系外行星大氣光譜探測、日地空間環境立體探測。

3.軍民融合、強基固本，空間技術飛躍發展

（1）發展思路

以促進空間技術飛躍發展、突破瓶頸技術、形成核心能力為重點，堅持以應用基礎研究支撐的原始創新，堅持以我為主、吸收國內外相關技術領域的創新成果，強化新材料與新結構、新能源與新推進、新興探測與新型載荷等基礎理論研究和關鍵技術攻關，牽引新型應用，助力空間技術在國家戰略高技術領域的率先突破。

（2）主要任務

面向軍民商空間系統發展需求，增加先進空間技術源頭供給，未來空間技術發展的主要任務為：一是發展先進平臺技術，解決平臺的穩定性、可靠性較弱，精度和敏捷性不足等瓶頸問題；二是探索新型載荷技術，拓展新型技術手段，面向應用服務，突出效費比，完善載荷型譜；三是加強基礎前沿、新概念技術研究，促進空間系統網絡化、綜合化、智能化、體系化、彈性化發展。

（3）發展重點

1）先進衛星平臺技術。面向未來通信、遙感、空間科學、在軌服務等領域對衛星平臺高精度、高穩定度、高承載比以及智能自主、可擴展可重構等高品質要素的迫切需求，聚焦智能化、長壽命、低成本、高可靠等性能要素，打造超大型可重構衛星平臺、超高精度超高穩定度衛星平臺、可維修和可服務衛星平臺，提升衛星平臺品質，擴展平臺能力包絡，進一步增強平臺對新領域任務的支撐能力。

2）新型載荷技術。圍繞空間系統未來發展，開發靜止軌道3m分辨率光學載荷、大氣海洋一體化測風雷達、高光譜分辨率載荷、激光三維成像、云雨三維測量等載荷，加大載荷效能仿真和數據處理技術研究，提升遙感載荷分辨率，提高定標、定位和探測精度，支撐遙感載荷數據深化應用。發展新一代大容量寬帶衛星通信和廣播技術、地球同步軌道（GEO）衛星移動通信技術以及星間激光通信及組網技術、太赫茲通信技術等新型通信有效載荷技術，提升通信有效載荷容量和移動通信、多功能復合通信和星際高速率互聯能力，形成新一代天線和射頻部組件等關鍵產品技術儲備。瞄準更長遠空間應用，開展新概念、新原理、新體制有效載荷技術研究與探索，在技術體制、關鍵產品和業務化應用等方面形成原創成果。

3）基礎前沿技術。基礎前沿技術是空間技術創新發展的源泉，基礎科學和前沿技術的突破，都有可能引起人類征服和利用空間能力的大幅度提升，包括但不限于：大數據與云計算、量子技術、太赫茲技術、認知科學與技術、智能材料與超材料、微納光電技術、自由空間光通信技術。