民用航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和重點(diǎn)方向

■ 文/趙 越 胡傳甲

“航天”是進(jìn)入、探索、開(kāi)發(fā)和利用太空以及地球以外天體的各種活動(dòng)的總稱(chēng)，涉及空間飛行、太空飛行、宇宙航行或航天飛行等。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，航天領(lǐng)域不僅快速發(fā)展勢(shì)頭不減，經(jīng)濟(jì)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，而且空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用多點(diǎn)突破，新裝備、新技術(shù)層出不窮，特別是商業(yè)航天的發(fā)展亮點(diǎn)紛呈。

全球航天產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，世界航天發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)與特征表現(xiàn)為“重、優(yōu)、強(qiáng)”。“重”在航天戰(zhàn)略地位，“優(yōu)”在航天產(chǎn)品體系，“強(qiáng)”則在航天對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的牽引帶動(dòng)作用。

航天在國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位更加重要，主要航天國(guó)家持續(xù)加強(qiáng)戰(zhàn)略引領(lǐng)。隨著大國(guó)關(guān)系深度調(diào)整，美國(guó)、俄羅斯、歐洲、日本、印度等航天國(guó)家和地區(qū)在出臺(tái)的國(guó)家安全頂層戰(zhàn)略和綜合性規(guī)劃中，把航天擺在更加重要的戰(zhàn)略地位。其中，美國(guó)以保持“領(lǐng)導(dǎo)地位”為目標(biāo)，全面推進(jìn)航天技術(shù)發(fā)展。美國(guó)持續(xù)發(fā)布《國(guó)家安全戰(zhàn)略》《國(guó)防太空戰(zhàn)略》和新版《國(guó)家太空政策》等文件，為美國(guó)航天領(lǐng)域未來(lái)10年的發(fā)展提供全面指導(dǎo)。文件突出強(qiáng)調(diào)為了維護(hù)國(guó)家安全，美國(guó)在空間必須擁有絕對(duì)的主導(dǎo)地位和行動(dòng)自由，明確將太空作為關(guān)鍵作戰(zhàn)疆域加以積極備戰(zhàn)。俄羅斯以大國(guó)復(fù)興為目標(biāo)，系統(tǒng)全面規(guī)劃，大刀闊斧改革。2016年，俄羅斯政府通過(guò)了《2016—2025年聯(lián)邦航天計(jì)劃》，提出以空間衛(wèi)星集群為基礎(chǔ)，同時(shí)研制具有前景的新型運(yùn)載火箭和航天綜合設(shè)備，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技和國(guó)際合作領(lǐng)域服務(wù)，并保護(hù)俄羅斯居民和土地免遭自然災(zāi)害和人為侵害。歐洲議會(huì)2018年7月批準(zhǔn)《歐洲國(guó)防工業(yè)發(fā)展計(jì)劃》，明確在2019—2020年重點(diǎn)支持衛(wèi)星通信、進(jìn)入空間、對(duì)地觀測(cè)等航天領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。2021年9月，英國(guó)國(guó)防部發(fā)布了《國(guó)家太空戰(zhàn)略》，旨在為實(shí)現(xiàn)英國(guó)在太空中民防結(jié)合創(chuàng)造優(yōu)勢(shì)條件，將英國(guó)建設(shè)成世界上最具創(chuàng)新性和吸引力的太空經(jīng)濟(jì)體之一，并針對(duì)最具有影響力的機(jī)遇和關(guān)鍵的跨領(lǐng)域推動(dòng)因素制定了10 項(xiàng)計(jì)劃。2018年3月，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）發(fā)布《第四期中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2018—2025年）》，涵蓋衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感、通信、航天運(yùn)輸、太空態(tài)勢(shì)感知、海洋態(tài)勢(shì)感知和早期預(yù)警等領(lǐng)域的重點(diǎn)航天項(xiàng)目、航天領(lǐng)域跨機(jī)構(gòu)研究方法方向、重點(diǎn)航空科學(xué)技術(shù)，以及航空航天領(lǐng)域國(guó)際合作、利用信息系統(tǒng)和確保信息安全等具體措施。

航天產(chǎn)品體系進(jìn)一步優(yōu)化，航天產(chǎn)品應(yīng)用和服務(wù)領(lǐng)域逐步拓展。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：運(yùn)載器及其技術(shù)繼續(xù)向滿(mǎn)足大噸位、高可靠性、高環(huán)保性及強(qiáng)適應(yīng)性的方向發(fā)展，同時(shí)向低成本、快速響應(yīng)方向發(fā)展；衛(wèi)星向高可靠、長(zhǎng)壽命、高空間與時(shí)間分辨率、大容量、高速率方向發(fā)展；人類(lèi)逐步突破地球軌道載人航天技術(shù)，正在向載人深空探測(cè)發(fā)展。在運(yùn)載火箭領(lǐng)域：美國(guó)成功實(shí)現(xiàn)獵鷹重型運(yùn)載火箭首飛，其近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到63.8 t，是目前世界上唯一服役的重型運(yùn)載火箭；近期，我國(guó)長(zhǎng)征九號(hào)則推出改進(jìn)型，發(fā)動(dòng)機(jī)增加至10 臺(tái)。在衛(wèi)星領(lǐng)域：我國(guó)完成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心星座組網(wǎng)；美國(guó)成功發(fā)射第三代全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星；俄羅斯發(fā)射了水文氣象衛(wèi)星電子-L3 號(hào)，開(kāi)啟衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全面更新?lián)Q代；歐洲的“哥白尼計(jì)劃”通過(guò)“哨兵”系列衛(wèi)星開(kāi)展全球環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)，并不斷擴(kuò)大其數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及合作共享；日本H-2A 運(yùn)載火箭于2021年成功發(fā)射準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)的第五顆衛(wèi)星，取代11年前發(fā)射的已老化導(dǎo)航衛(wèi)星，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。航天產(chǎn)品應(yīng)用與服務(wù)的領(lǐng)域和類(lèi)型不斷拓展，由私營(yíng)航天企業(yè)研制的載人火箭和飛船承接政府的載人航天任務(wù)，美國(guó)國(guó)家航空和航天局提出商業(yè)月球有效載荷服務(wù)計(jì)劃，將利用私營(yíng)企業(yè)研制的月球探測(cè)器進(jìn)行月球探測(cè)。此外，美國(guó)頒布《商業(yè)太空發(fā)射競(jìng)爭(zhēng)法案》，允許美國(guó)公民開(kāi)采小行星資源，為商業(yè)開(kāi)發(fā)利用外空資源提供法律依據(jù)。

航天總體規(guī)模延續(xù)擴(kuò)大態(tài)勢(shì)，商業(yè)航天在航天經(jīng)濟(jì)總量中的占比超過(guò)4/5。世界航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然受到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)帶來(lái)的影響，但2008年以來(lái)一直保持上升勢(shì)頭。美國(guó)航天基金會(huì)公布的報(bào)告顯示，全球航天經(jīng)濟(jì)總量從2008年的2 570 億美元增至2020年的4 470 億美元。主要航天國(guó)家在航天領(lǐng)域的投資規(guī)模總量雖然逐年增加，但政府投資所占比重呈逐年下降趨勢(shì)，2020年的政府開(kāi)支減少了1.2%，說(shuō)明整個(gè)航天產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)藏的內(nèi)生活力仍在逐步釋放。2020年，商業(yè)活動(dòng)繼續(xù)在航天經(jīng)濟(jì)總量中占據(jù)大頭。商業(yè)航天產(chǎn)品與服務(wù)收入為2 194.4 億美元，占比達(dá)49.1%。商業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與保障活動(dòng)占據(jù)了1 372.3 億美元，占比為30.7%。此外，航天發(fā)射活動(dòng)次數(shù)有所增加。2021年上半年，全球共成功進(jìn)行了61 次航天發(fā)射，而2020年前6 個(gè)月是45 次，2019年同期是41 次。推動(dòng)商業(yè)航天經(jīng)濟(jì)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的原因：一方面是航天商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和應(yīng)用程度的逐步深入；另一方面是大型航天企業(yè)調(diào)整經(jīng)營(yíng)策略，進(jìn)入新興商業(yè)航天市場(chǎng)并持續(xù)提升競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)一批新興航天企業(yè)崛起成為商業(yè)航天發(fā)展一支新力量。

航天產(chǎn)業(yè)的未來(lái)重點(diǎn)方向

人類(lèi)對(duì)太空的向往從未停止。隨著各國(guó)政策逐步放寬、航天產(chǎn)品制造成本逐漸下降、資本和新興企業(yè)大量涌入，民用航天的規(guī)模和應(yīng)用服務(wù)將被推向新的高度。

● 新一代裝配生產(chǎn)智能化與柔性化

航天裝備制造是國(guó)家高精尖先進(jìn)制造技術(shù)的代表。航天產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化，其本質(zhì)是要將科研轉(zhuǎn)為工業(yè)的模式。在追逐工業(yè)化，朝著規(guī)模化制造、批量化發(fā)射的終極目標(biāo)下，需要優(yōu)化傳統(tǒng)制造流程，突破成本關(guān)。由此，無(wú)論是火箭和衛(wèi)星總體公司，還是零配件服務(wù)商，需要有更商業(yè)化、更突破常規(guī)的設(shè)計(jì)和布局，從而適應(yīng)產(chǎn)線(xiàn)的小規(guī)模批量生產(chǎn)以及低成本研制模式，重點(diǎn)發(fā)展“柔性控性”和“類(lèi)流程制造”的能力，以及多機(jī)器人協(xié)同控制、人機(jī)協(xié)同、自適應(yīng)模糊控制、3D 打印等前沿技術(shù)。

● 新材料蘊(yùn)含著新希望和新力量

民用航天五大重點(diǎn)方向

航天高新技術(shù)的發(fā)展催生新材料需求不斷演變，新材料作為航天領(lǐng)域的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，正朝著高性能化、結(jié)構(gòu)功能一體化、多功能化、復(fù)合化、智能化、低成本以及與環(huán)境相容的方向發(fā)展。例如：航天對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料的需求推動(dòng)了高溫合金、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物、金屬陶瓷、碳-碳復(fù)合材料等新材料的快速發(fā)展；飛行器的輕質(zhì)化需求推動(dòng)了異質(zhì)、異形、異構(gòu)的材料運(yùn)用專(zhuān)門(mén)成型工藝復(fù)合而成的高性能復(fù)合新材料的發(fā)展，其中結(jié)構(gòu)與功能一體化、智能化結(jié)構(gòu)復(fù)合材料成為材料領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。目前，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFEP）、陶瓷基復(fù)合材料（CMC）、環(huán)氧基及環(huán)氧酚醛基纖維增強(qiáng)材料、金屬基復(fù)合材料等一大批先進(jìn)新型材料成為研制和應(yīng)用轉(zhuǎn)化熱點(diǎn)。

●在軌衛(wèi)星及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)

縱觀各國(guó)航天發(fā)展的戰(zhàn)略和計(jì)劃，預(yù)計(jì)2020—2030年將是全球低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的高峰期。美國(guó)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布的《2020年衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)狀況報(bào)告》顯示，2020年全球在軌運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到3 371 顆，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總收入占到航天產(chǎn)業(yè)收入的73%。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)具有信息獲取面廣、獲取同步、獲取頻次高和傳輸迅速等優(yōu)勢(shì)，2020年4月其作為重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施被納入我國(guó)“新基建”政策支持的重點(diǎn)方向，以通信、導(dǎo)航、遙感三大模塊為主，在數(shù)字中國(guó)、國(guó)家信息高速公路、智慧城市建設(shè)、農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以及服務(wù)人民生產(chǎn)、生活等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

●新能源產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合和橫向延伸

航天技術(shù)民用化推動(dòng)了家用光伏電站技術(shù)和品質(zhì)升級(jí)，拓展了儲(chǔ)能電池及關(guān)鍵材料、智慧能源服務(wù)等領(lǐng)域的健康發(fā)展。聚焦“碳達(dá)峰、碳中和”，在推動(dòng)氫能利用領(lǐng)域高端技術(shù)裝備研發(fā)基礎(chǔ)上，將氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和供應(yīng)技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用于綠色清潔氫能綜合開(kāi)發(fā)，積極布局氫能關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，形成氫能低碳化、規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用，推動(dòng)綠色清潔氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

●支持航天技術(shù)和改善人類(lèi)生活的服務(wù)業(yè)

圍繞制造業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型需求，在民用航天產(chǎn)品研制和發(fā)展的過(guò)程中，研發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)、生產(chǎn)性服務(wù)、軟件及信息服務(wù)等專(zhuān)業(yè)配套服務(wù)是不可或缺的。與此同時(shí)，利用航天技術(shù)的公共服務(wù)也將為人們營(yíng)造出新的生活場(chǎng)景，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、地球觀測(cè)應(yīng)用及服務(wù)、導(dǎo)航應(yīng)用程序和服務(wù)等在未來(lái)幾年內(nèi)有望成為民用航天的高增長(zhǎng)領(lǐng)域。此外，航天器的空間作業(yè)能力開(kāi)始受到關(guān)注，空間在軌服務(wù)等新興行業(yè)將成為未來(lái)太空競(jìng)賽的重要方向。

民用航天發(fā)展的總體趨勢(shì)

民用航天作為戰(zhàn)略性科技力量，逐漸成為推動(dòng)國(guó)家創(chuàng)新體系建設(shè)和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。民用航天的發(fā)展總體呈現(xiàn)出3個(gè)特點(diǎn)。

一是創(chuàng)新。創(chuàng)新不僅是研發(fā)創(chuàng)新，還包括管理創(chuàng)新、模式創(chuàng)新等非研發(fā)創(chuàng)新。尤其是商業(yè)模式方面，不斷嘗試與市場(chǎng)融合，嘗試向社會(huì)逐步開(kāi)放服務(wù)，特別在空間應(yīng)用領(lǐng)域，與數(shù)字經(jīng)濟(jì)融合發(fā)揮出更大的價(jià)值。

二是協(xié)同。充分發(fā)揮國(guó)家戰(zhàn)略資源的作用和效率，以及民營(yíng)企業(yè)的創(chuàng)新和靈活，使得傳統(tǒng)航天與民用航天逐步協(xié)同合作，構(gòu)建更豐富、更完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，開(kāi)拓更多空間應(yīng)用場(chǎng)景，具備更完善的空間信息、數(shù)據(jù)等能力，建立服務(wù)體系來(lái)促進(jìn)各產(chǎn)業(yè)之間的融合。

三是可持續(xù)。航天是面向未來(lái)的產(chǎn)業(yè)，投資大、風(fēng)險(xiǎn)大、周期長(zhǎng)、回報(bào)慢，在資源配置方面需要以可持續(xù)的、發(fā)展的眼光來(lái)看待問(wèn)題。無(wú)論是航天制造、衛(wèi)星應(yīng)用，還是新能源和新材料開(kāi)發(fā)、服務(wù)配套等市場(chǎng)拓展，更看重技術(shù)能力和長(zhǎng)期發(fā)展以及其未來(lái)的發(fā)展空間。

SISS 產(chǎn)研是上海市科學(xué)學(xué)研究所的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，致力于把握科技進(jìn)步大方向和產(chǎn)業(yè)變革大趨勢(shì)，立足上海開(kāi)展面向區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)選擇、重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展趨勢(shì)、科技創(chuàng)新重大專(zhuān)項(xiàng)選題、產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)地圖等研究。