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日志

 
 

推动中国航天运输系统发展 迈向世界航天强国  

2016-03-20 14:33:56|  分类: 宇航工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要:建设航天强国是当代航天人的神圣使命和光荣职责。在中国全面开展“十三五”布局的关键时期,抓住推行创新驱动及军民融合等重大发展战略举措的机遇,系统思考、顶层谋划航天技术未来发展,对实现航天强国建设目标具有重要意义。对标建设航天强国要求,提出了航天运输系统的发展目标、思路、重点及途径。

作者简介:李洪(1964-),男,研究员,中国运载火箭技术研究院院长,主要研究领域为企业管理、运载火箭系统设计、型号计划管理及质量技术管理

0 引言

2013年6月,习近平总书记在接见天宫一号和神舟十号参试代表时指出:“发展航天事业、建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。”建设航天强国是当代航天人的神圣使命和光荣职责。作为中国航天事业的发祥地和最大的运载火箭研制生产基地,深入实施创新驱动发展战略,勇当航天科技强国先锋,是中国运载火箭技术研究院义不容辞的责任。
航天运输系统是一切空间活动的基础,运输系统的能力有多大,航天的舞台就有多大,航天运输系统的能力、技术水平及以其为基础开展的重大航天活动,是一个国家航天实力和水平的重要体现。但是,与世界航天强国相比,中国航天运输系统的技术水平、创新能力、工业基础等都存在一定差距。在创新驱动发展战略、军民融合深度发展战略等政策环境支持及新一轮科技产业革命呼之欲出的历史机遇期,对标建设航天强国要求,树立创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念,思考未来航天技术的发展目标、思路、重点及途径,加快技术发展和能力提升,探索有中国特色的航天运输系统发展道路,实现航天强国梦想,是当代中国航天人义不容辞的责任和使命。

1 中国航天运输系统发展现状、差距及机遇


“航天发展,运载先行”。航天运输系统作为进入空间、利用空间的基础和前提,决定着一个国家进出空间的能力及未来可持续发展的潜力,是开发利用外层空间、维护国家空间权益、形成和保持空间威慑的战略基础。世界各国在航天发展中都高度重视运输技术的发展,目前世界上能独立发射运载火箭的国家和地区已经超过10个。
经过五十多年自力更生的发展,中国航天运输系统取得了辉煌的成就,研制成功了十多型长征系列运载火箭,具备了发射近地轨道、地球同步转移轨道、太阳同步轨道等有效载荷,以及发射载人飞船和深空探测飞行器的能力。但中国与美国、俄罗斯等传统航天强国相比,在运载火箭、空间运输系统、可重复使用运载器和航天工业基础能力等方面仍存在一定差距。同时,日本在低温推进、固体推进等方面领先中国,印度也已掌握较系统完善的运载技术,紧追中国。
运载火箭方面,中国长征系列运载火箭与世界强国相比,差距主要体现在3个方面:
一是现役主流火箭运载能力与国外相比具有一定差距。国外现役主流运载火箭最大运载能力约为近地轨道22t、地球同步转移轨道13t,而中国现役火箭最大运载能力为近地轨道8.6t和同步转移轨道5.5t。中国正在研制的新一代运载火箭,运载能力为近地轨道20吨级、同步转移轨道10吨级,待2016年长征五号运载火箭研制成功后,中国火箭的运载能力有望处于世界先进水平。
二是缺少重型运载火箭。中国重型运载火箭尚未开展工程研制,难以满足未来空间太阳能电站建设、载人月球探测及更大规模深空探测任务的需求。
三是应急发射的手段不够丰富。尽管通过管理创新和技术改进,现役液体运载火箭以及在研的新一代运载火箭,可将发射准备时间缩短至15天左右,但面对应急减灾等突发事件的发射需求,发射准备时间还太长,液体运载火箭难以适应要求;固体运载火箭刚起步,不具备空射、海射等多样化的应急发射能力。
空间运输系统方面,美国、俄罗斯、欧洲、日本均已掌握了空间轨道转移、在轨维护、地外着陆及返回技术,其成果已在国际空间站建设、月球探测、火星探测、彗星和小行星探测任务中得到成功应用。针对国际空间站补给维护任务,欧洲研制了轨道转移飞行器,日本研制了货运飞船,美国正在研制用于在轨服务的轨道转移飞行器。而中国空间运输系统刚刚起步,远征一号上面级于2015年首飞成功,远征二号上面级正在研制。目前虽然具备了一定的在轨部署能力,但还存在起动次数少、在轨时间短等技术差距;还不具备在轨服务、在轨组装、星际间往返运输以及地外着陆起飞等能力,无法支持未来在轨空间设施维护与服务、大规模深空探测及星际往返等科学任务。
可重复使用运载器方面,美国提出大量可重复使用运载器方面的原创性概念,通过航天飞机积累了大量研制及使用经验,新一代可重复使用轨道试验飞行器X-37B已第4次开展长期在轨飞行试验;苏联暴风雪号航天飞机在20世纪开展了首飞;经过12年的研制,欧空局于2015年成功进行过渡性试验飞行器首飞试验;英国提出了水平起降、单级入轨的云霄塔(Skylon)空天飞机的原创性概念,并突破佩刀发动机的重大关键技术;日本也开展了多次演示验证试验。中国虽然也一直在关注和研究可重复使用运载器相关技术,但并没有开展工程研制。
中国在航天运输系统工业基础能力方面与世界航天强国相比也存在一定差距。美国、欧洲、俄罗斯均具有完备而强大的工业体系,核心材料及元器件具有全面的自主保障能力。中国在材料、电子元器件、制造工艺等方面均存在差距,部分核心材料及元器件依赖进口。同时,航天运输系统的数字化设计与仿真能力与航天强国相比也存在差距。
综上所述,中国航天运输系统技术和能力与美国、俄罗斯等世界航天强国相比还有一定差距,也面临着印度等新兴航天大国快速发展的挑战。当今中国的综合国力已经有了很大的发展,中央提出了建设航天强国的目标,全面推进实施创新驱动发展战略、军民融合深度发展战略、深化科技体制改革等重大举措,同时新一轮科技产业革命正在兴起。在此背景下,中国航天运输系统发展面临重大历史机遇。只要牢牢抓住机遇,就能实现航天强国梦想,助力中国梦的实现。

2 中国航天运输系统发展目标、思路及重点

航天强国需要具有完备的航天装备体系,具有全面的宇宙开发和利用能力;具有较强的原始创新和系统集成创新能力,能够率先提出和实践新概念、新原理、新方法,并在重要前沿领域引领世界航天发展;拥有扎实的航天工业体系和自主保障能力,能够独立自主地实施航天工程;拥有一批具有较强国际影响力的领军人才和知名品牌,在国际航天事务中拥有较强的话语权。
对标航天强国标准,需要构建型谱完善、能力衔接、性能先进的航天运输系统。
近期目标:实现运载能力近地轨道20t以下、地球同步转移轨道10t以下全面覆盖,大中型主流火箭达到国际先进水平,具备支撑独立建设空间站、开展大规模深空探测的能力;形成陆基移动发射、空中发射等多样式快速进入空间的能力;进一步提升空间运输系统产品性能并拓展应用,具备初步的在轨服务能力;完成运载火箭子级回收技术研究,初步完成可重复使用运载器关键技术攻关,开展飞行演示验证试验。
中远期目标:提出和实践新概念、新原理、新方法,并在重要前沿领域引领世界航天发展;完成重型运载火箭研制,运载能力达到近地轨道100吨级;构建多样化的空间运输和在轨服务装备,具备星际航行和地外着陆返回能力;完成基于传统火箭发动机的两级可重复使用运载器研制,初步具备快速、廉价大规模进入空间的能力,同时开展基于组合动力的可重复使用运载器研制,航天运输总体水平达到国际领先,具有重要的国际影响力。
为了实现上述目标,在发展思路上:一是贯彻落实国家重大战略部署和发展举措,聚焦国家重大科技专项任务实施;二是贯彻落实创新驱动发展战略,实现由追赶创新到引领创新的转变;三是加强军民深度融合发展,扩大与民营企业合作,共同促进航天技术水平进一步提升,促进航天技术向国民经济相关行业转移;四是夯实发展根基,高度重视工业和技术基础能力提升,牵引带动材料、电子元器件、制造等基础工业发展。
具体而言,支撑航天强国目标的航天运载技术发展重点如下。
2.1 进一步完善运载火箭型谱,提升性能
主流运载火箭方面,2016年实现新一代大中型运载火箭成功首飞,综合技术水平达到国际先进,并在此基础上进一步优化技术、降低成本、提高可靠性、拓展应用范围。重型运载火箭方面,重点开展重型运载火箭总体、大直径箭体结构设计制造及试验、大推力液氧煤油/液氢液氧发动机、轻质高强度金属/复合材料等重大关键技术研究,加快技术攻关,尽量缩短国家立项后的研制周期,支撑未来载人月球探测及月球以远深空探测任务。
快速响应运载火箭方面,进一步发展固体运载火箭,突破快速测试发射控制等关键技术,研究陆基、空中、海上等多种快速发射方式,具备应急救灾等紧急情况下快速进入空间、大规模组网发射的能力。
2.2 大力发展空间运输系统
实现远征系列上面级的全面应用,掌握适应长时间在轨能源供应及控制、发动机多次起动等关键技术,逐步具备多次起动、长期在轨等能力,遂行星座部署、在轨服务、轨道转移等任务。在远征上面级基础上,进一步创新发展,突破轻质化结构、高精度空间自主操作、低温推进剂长期在轨储存与管理、新型能源、智能控制、在轨组装等关键技术,形成用于大规模在轨服务与空间探测任务的空间运输平台,全面满足未来小行星探测开发、星际航行、地外起飞着陆等任务需求。
2.3 加快可重复使用运载器研究
针对传统运载火箭,开展子级落区控制、回收利用等技术研究,降低火箭残骸对落区地面人员及设施的风险和火箭成本;开展基于传统火箭发动机技术的两级可重复使用运载器研究,突破高超声速防热/承载一体化轻质结构、再入返回着陆、健康管理与快速测试维护、大推力重复使用发动机等关键技术攻关,逐步实现由部分可重复使用到完全可重复使用的天地往返能力;开展原创性的先进重复使用运载技术研究,发展基于先进动力的单级或多级重复使用运载器,大规模降低成本,提高可靠性和使用维护性。
2.4 密切跟踪前沿技术发展
充分认识科学技术对推动人类社会进步的重要作用,把握新科技革命引起大到国家、小到企业重新排序的机遇,直面新一轮科技革命的挑战,抢占未来技术发展的战略制高点。高度重视技术的引领、孕育和驱动作用,密切跟踪并积极支持核热火箭、组合动力技术、反物质火箭、天梯等变革性的系统级前沿技术研究,提出新概念航天运输器。积极关注量子技术、智能控制、原子陀螺、石墨烯、超材料、太赫兹通信等航天相关技术发展,推进在航天运输系统中的应用,大幅提高航天运输系统的性能和水平。
2.5 深入推进军民融合发展
航天技术对国民经济发展具有巨大的推动作用,研究表明,航天投入产出比普遍优于1:10。中国运载火箭的众多先进技术,已转化应用于民用产业。例如,应用火箭发动机燃烧及流体控制等技术,研发了世界领先的煤粉气化装置,组建了专业公司并成功上市;应用火箭结构设计、机电及特种试验等技术,开发了风力发电装备;应用精密伺服及流体控制技术,研发了人工辅助心脏;利用航天发射车技术,研制了多型特种车并出口国外。
为更好地服务于国民经济及社会发展,造福于人类社会,同时也为航天技术发展提供更大的经济、技术支持,未来立足于航天核心技术,着眼于国家战略性新兴产业及行业高端技术,将重点推动航天技术在以下军民融合产业中的应用和发展:
一是智能机器人及无人系统。中国航天多年形成的精密机电液伺服技术、传感测量技术、导航控制技术、先进材料技术、特种制造技术,可在机器人行业得到广泛应用,后续将重点围绕特种机器人及高端机器人,以及机器人产业中的核心高端零部件研发和生产,并利用多年的系统工程经验,促进各类智能无人系统的发展。
二是发展智慧产业。利用航天天地一体的信息优势以及多源信息融合等核心技术,提供智慧城市集成与应用解决方案,形成应急指挥系统、智慧交通、智慧物流、智慧环保、智慧医疗、智慧社区等系列化产品,提高国民生活质量。
三是进一步扩大节能环保装备影响力。以航天煤气化项目为主导,巩固航天煤气化技术及装备的行业领先地位,拓展气体运营等新业务领域,加大战略合作及资本市场融资力度,打造国际一流的专业化工程公司。
四是做强新能源新材料产业。做强风电优势产业,做好光伏储能新兴产业,打造具有较强国际影响力的清洁能源集团;同时,形成以结构复合材料和功能复合材料产业为主的新材料应用产业体系。

3 中国航天运输系统发展途径

3.1 聚焦航天运输系统集成与服务,构建开放融合的协同创新体系
强化创新发展理念,进一步发挥系统集成优势,实现从传统的产品及系统供应商向系统集成/服务整体解决方案提供商转变;鼓励社会优质资源参与航天运输系统研制,牵引军民优势单位参与航天产品的协作配套;与高校广泛深度合作,优势互补,依托高校开展新型动力、智能控制、量子通讯等前沿技术研究;完善海外联合研发基地,与国际科技前沿接轨,与国际上优秀的科学家一起工作,开阔国际化视野。强化开放、共享的发展理念,通过全方位合作,构建开放融合的系统化协同创新体系,促进中国航天运输技术的升级换代,支持航天事业进一步发展壮大。
3.2 建立健全市场化的创新机制,激发创新激情与活力
结合航天企业自身发展需求,发挥市场在资源配置中的主导作用,建立面向市场的决策、投入及成果转化机制。贯彻落实“大众创业、万众创新”要求,探索设立“创业孵化基金”、“青年创新基金”,鼓励新理念、新思维、新方法创新,为航天运输事业注入新活力。通过建立多方参与、利益共享、风险共担的投入机制,形成政府、航天企业、民营资本多方联合投入、共同受益的发展模式,做大做强航天产业。通过贯彻落实促进科技成果转化法,破除科技成果转化的障碍,充分发挥科技成果的生产力作用,保证科研人员合法取得成果转化收益,激发广大科研人员的创新激情与活力,营造生机勃勃的创新环境。
3.3 加大前瞻性和战略性创新投入,强化核心技术优势
建立集团级、院级、厂所级创新基金,完善前瞻性和战略性技术的三级共同投入模式;加强航天运输技术体系梳理,做好核心技术顶层规划,引导各级进一步加强核心技术培育,做好技术验证与工程研制的紧密衔接;强化核心技术产权保护,实施基于核心技术的产品发展模式,研发一批具有核心技术知识产权的航天产品,不断提高核心竞争力。
3.4 推动军民融合深度发展战略落地,加快实施“走出去”战略,做大做强航天企业
推进军民融合深度发展。发挥航天企业核心技术优势,推动航天技术向民用产业的成果转化;加强与民营企业的合作,吸引民营企业参与航天运输系统产品或相关民用产品的研制,实现技术、市场、资金互补,为航天事业注入更多力量。
加快实施“走出去”战略,实现国际化发展。提高长征系列运载火箭的国际竞争力,争取更大的国际商业发射服务份额;联合国际力量,共同研发航天产品,联合提供航天发射及运营服务;扩大航天技术应用产业的国际市场,做大经济规模,增强国际竞争力。
3.5 夯实发展根基,高度重视工业基础能力提升
牵引材料、电子元器件、制造等基础工业的发展,实现核心原材料及关键电子元器件的全面国产化;重点在高端装备研制、新材料研制及应用等方面实现重大突破;推进两化融合,大力发展智能制造技术,建立数字化工厂,提升航天运输装备的精细化设计及制造水平;进一步完善航天标准体系及质量管理体系,并在协作配套单位推广应用,促进整个产业链技术管理水平的提升。

4 结束语

中国航天走过的道路,是一条独立自主、自力更生之路;是一条艰苦奋斗、顽强拼搏之路;是一条自主创新、勇攀高峰之路。站在历史转型的新关口,展望未来航天强国建设目标,作为当代中国航天的一员,肩负的使命光荣而艰巨。
“十三五”是建设航天强国的重要战略机遇期,中国运载火箭技术研究院将认真落实航天强国建设目标要求,继续保持和发扬航天精神,以饱满的状态和高昂的激情,更好地履行国家赋予的科技创新重任,为建设航天强国做出重大贡献;同时,以核心技术牵引、辐射、带动相关领域技术发展和相关产业的转型升级,促进国民经济发展和国民生活改善。
中国航天在过去非常困难的情况下能够从无到有、从小到大发展,在今天国家昌盛、民族富强的时代,定能实现航天强国目标,铸就更加绚丽的辉煌!

《导弹与航天运载技术》2016年第1期
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