了得網工業技術_中國學科發展戰略(航天運輸繫統)/學術引領繫列/國家科學思想庫

中國科學院編著的《中國學科發展戰略(航天運輸繫統)》：航天運輸繫統是執行往返於地球表面和空間軌道之間、空間軌道與軌道之間及地外天體著陸和返回運輸任務的運輸工具的總稱，包括載人飛船、載貨飛船、運載火箭、航天飛機、空天飛機、應急救生飛行器和各種輔助繫統等。它是發展空間技術、確保空間安全的基礎，同時也是實現各類航天器快速部署、重構、擴充和維護的保障，更是大規模開發和利用空間資源的載體，是推動人類社會進步、促進新軍事變革的重要力量。作為現代科學技術的結晶，航天運輸繫統是現代科學技術高度的綜合集成。航天運輸繫統的發展，使人類不再受限於地球引力，能夠直接進入空間或通過各種空間探測器獲取資料、信息，為人類認識宇宙空間自然現像、研究其內在規律提供了前所未有的條件。與航天運輸繫統學科相關的分支學科，如空間物理學、空間天文學、空間化學、地質和空間微重力學科等，也相繼得到了不同程度的發展。《中國學科發展戰略(航天運輸繫統)》從國內外航天運輸繫統的發展現狀入手，分析國內外航天運輸繫統的發展趨勢，結合我國航天運輸繫統學科的發展現狀，提出關於促進航天運輸繫統學科發展的意見和建議。一、國外航天運輸繫統發展現狀第二次世界大戰結束後，在德國V一2導彈技術的基礎上，蘇聯成功研制了本國的運載火箭，發射了世界上第一顆人造衛星；美國也成功研制了自己的火箭，並且第一個實現了人類登上月球的夢想。這個時期，航天運輸繫統主要采用一次性運載火箭和飛船，運載能力從最早的幾十千克，發展到100噸以上，活動範圍從近地軌道拓展到月球乃至太陽繫邊緣。根據航天發射記錄報告網站 (www．spacelaunchreport．corn)的數據統計，截至2012年11月31 日，世界共進行各類航天發射5200餘次。其中，蘇聯／俄羅斯3100 餘次，美國1500餘次，歐洲231次，中國173次，日本 67次，印度38次。一次性運載火箭仍是目前人類進入空間的最主要運輸手段。同時，世界各國為探索廉價可靠的可重復使用運載器技術，也開展了大量技術攻關和試驗。空間運輸航天運載器是航天運輸繫統的重要組成部分，為了拓展航天運輸繫統的軌道轉移運輸能力，世界各國積極發展運載上面級技術，增強運載火箭的任務適應性，至今已研制了數十種各類上面級，如美國的半人馬座G、德爾它4上面級，俄羅斯的質子號D 級、“微風”上面級和“弗雷蓋特”(FREGAT)上面級等。這些上面級一般具有多次啟動變軌能力，可以進行多星分配軌道部署，為發展軌道轉移運輸繫統奠定了堅實的技術基礎。軌道轉移運輸飛行器具有多功能性、自主性、機動性和靈活性等特點，應用前景廣泛，引起了世界各航天大國的關注。深空探測軌道器源於人類探索宇宙奧秘的驅動，自1958年人類首次探月活動開始，國外已經開展了對月球、太陽繫內行星及其衛星、小行星、彗星等天體的探測，主要集中在月球和火星。據統計，截至 2011年8月，人類對地球以外的太陽繫天體開展的探測任務共約 226次，以探測月球為主的任務約為109次，探測火星的任務約為 38次。典型的有蘇聯的“月球號”繫列探測器、美國的“火星全球勘測者”、“奧德賽”和“火星勘測號”等。其中有較多的深空飛行器采用深空探測軌道器進行探測器的運輸。可重復使用航天運載器是降低航天運輸成本的有效手段，是未來航天發展的必然趨勢。自航天飛機投入使用以來，研制可重復使用運載器一直是航天領域的熱點，各主要航天研發機構紛紛開展相應的研究計劃和技術驗證。在人類太空活動日益頻繁的今天，一個國家擁有一個國際性的航天發射場，在政治、經濟、科技方面都將獲得巨大的戰略利益。世界上主要航天大國為了占領國際航天市場，適應新型航天運載器、運載火箭發展的需要，改建或新建了一些航天發射中心，在提高發射效率、縮短發射周期、降低發射成本、保證發射安全等方面有了很大的進步，使航天發射中心朝現代化、大型化方向發展。二、國外航天運輸繫統發展趨勢各主要航天國家十分注重航天運輸繫統發展的頂層謀劃和戰略管理，紛紛出臺目標宏偉、規劃長遠的航天運輸繫統發展戰略與規劃，持續加大航天運輸領域的投入，以重大工程或重大計劃的實施帶動空間技術和相關高技術領域快速發展。目前國外航天運輸繫統的發展主要呈現以下趨勢。 (1)一次性運載火箭技術仍將占據航天運載技術的絕對主導地位，並在不斷改進。美國、俄羅斯、歐盟、日本等主要航天國家和組織都建立了比較完整的運載火箭型譜，基本完成了更新換代。各航天大國目前所使用的新型運載火箭一般采用大直徑芯級，使用無毒推進劑，近地軌道最大運載能力均超過20噸，地球同步轉移軌道最大運載能力達到10噸級。主要航天國家新研制火箭在不斷提高運載能力的同時，強調降低成本，提高可靠性和發射成功率。眾多新型運載火箭的研制成功，也導致國際發射市場的競爭更為激烈，除了傳統的性能、價格競爭外，發射服務的快速、周到、高標準和高可靠性也成為競爭的重點。 (2)深空探測和大規模空間設施建設任務，對重型運載火箭和空間組裝技術的發展提出迫切需求。各航天大國紛紛制訂深空探測規劃，美國計劃 2025年登陸火星，俄羅斯制訂了204．0年前的航天發展計劃，目標是在2025年以前派遣宇航員登上月球，這些規劃的實施對重型運載火箭研制提出了需求。總體看來，未來重型運載火箭的研究和空間組裝火箭的技術都會得到充分應用，尤其是在載人登月之後的載人深空探測任務中。 (3)發展實現空間繫統快速部署的運載工具，小型運載火箭技術是重點。快速發射火箭的研究目前主要集中於美俄兩國，在役型號多是在戰略導彈基礎上改裝研制的。新研制的小型運載火箭則多以液體火箭為主，發射平臺以陸基和空基機動為主。這種火箭同時需要具備低成本、高可靠性、機動能力強、操作簡單等特點。 (4)作為運載火箭在空間運輸的必要補充，上面級、空間轉移飛行器等空間運輸航天運載器也在獨立發展。運載火箭上面級、空間轉移飛行器是航天運輸繫統的基本組成之一，其研制強調提高任務適應性和可靠性。低溫高能、長期留軌是其主要的發展方向。由於它們具有軌道機動、離軌、再入等功能，可以滿足不同任務的發射需求，不僅可機動部署衛星，未來還能提供在軌維修和服務。 (5)雖然航天飛機已經退役，但可重復使用運載器的研制仍然是重要發展方向，其關鍵技術的突破是重點。與一次性運載火箭相比，研制可重復使用運載器的技術難度要大得多，要解決推進(火箭動力和吸氣動力)、結構與防熱、自主導航與控制、自動化健康監控、進場著陸、發射操作等方面的關鍵技術，總體方案必須要與同階段的關鍵技術發展水平相匹配，需要按照循序漸進的原則確定關鍵技術的攻關途徑。各國在發展可重復使用運載器的過程中非常重視飛行演示驗證，通過飛行試驗來驗證總體方案的可行性和關鍵技術，並積累設計數據。針對暴露出來的問題，進一步完善設計，降低技術風險和投資風險，有利於全尺寸樣機的工程研制。 (6)注重航天人纔隊伍建設。航天產業對鞏固國防安全、增強國家科技和經濟實力具有舉足輕重的作用，也因此被世界主要航天強國列為戰略性產業之一，予以重點發展。航天產業具有技術含量高、人纔培養周期長等特點，而且產業發展需要大量高素質人纔的支撐。為適應這一需求，各國政府及其航天科技工業都紛紛采取措施，以求更多、更快、更好地培養人纔，減少人纔流失，鞏固航天工業的技術實力和地位。三、我國航天運輸繫統的發展現狀我國一次性運載火箭技術起步於20世紀50年代。 1970年4 月24日，我國采用“長征一號”運載火箭發射了“東方紅一號，，衛星，標志著我國正式擁有了自己的運載火箭。自50 年代以來，我國的長征繫列運載火箭實現了從常溫推進劑到低溫推進劑、從串聯到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發射衛星到發射載人飛船和月球探測器的跨越式發展，形成了相對完備的運載火箭型譜，具備開展中小規模的低、中、高不同軌道有效載荷發射的能力。我國的空間運輸航天運載器是隨著運載火箭上面級的技術發展而不斷發展的。我國已成功研制了“長征二號丙’’ ／FP上面級、 “長征二號丙”／FP上面級，完成7次成功發射，將2 顆模擬星和 12顆“銥星”送入預定軌道。我國為發射中國科學院雙星在“長征二號丙”／SM火箭的基礎上研制了專門的固體主動力上面級。此外，還研制了同樣以固體為主動力的“長征二號丙 ”／SMA運載火箭。通過上面級研制，我國在運載器所處的空間環境和運載器在軌長時間工作等方面具備了一定的研究基礎，在空間熱環境控制技術、空間粒子防護技術、電氣繫統重構技術等方面取得了一定的研究進展。從神舟一號飛船開始到天宮一號目標飛行器，中國天地往返航天技術走的是一條快速穩健而又有自身特色的發展道路。多年來我國也在不斷地跟蹤國外可重復使用運載器的發展，並開展了部分關鍵技術的研究工作。當前，我國重復使用技術發展尚處於起步階段。航天技術是一個國家、一個民族綜合實力的重要體現。西方發達國家對中國在航天技術領域實行了嚴厲的封鎖政策。要在這個領域躋身世界先進行列，必須依靠自主創新，掌握核心技術，擁有自主知識產權。在這個尖端領域，一代又一代的航天人艱苦奮鬥，攻克一道又一道世界難題，把自己的衛星送入不同的軌道，讓東方紅的樂曲響徹天際；把自己的航天員送入太空，讓千年的飛天夢想今朝成真；把自己的探測器送上月球，讓深空也變得不再遙不可及。四、我國航天運輸繫統的學科發展建議我國航天運輸繫統距航天強國還有一定的差距，各方面的資源條件有限，要以科學發展觀來制訂和落實航天運輸繫統發展規劃，開展航天運輸繫統學科建設，從支撐航天運輸繫統發展的軟硬件環境建設條件出發，重點研究相關行業政策、重點領域、人纔培養、經費投入、基礎平臺、管理體制等核心要素，保障和促進我國航天運輸繫統的持續、健康發展。對我國航天運輸繫統學科的整體發展，提出以下發展建議。 (1)統籌規劃，加強頂層設計。隨著航天運輸繫統的國際化和商業化等多元化發展，世界航天發射市場的競爭日趨加劇。要想在激烈的競爭中脫穎而出，科學合理地分配和利用人財物等資源，充分發揮航天運輸繫統在航天事業中的作用，在競爭中占據優勢，必須努力提高核心競爭力，而航天運輸繫統學科建設將推動航天運輸繫統的快速發展。進行學科建設，首先要統籌策劃，從頂層謀劃布局，整體優化，形成一套完整的學科體繫。 (2)不斷加強我國航天運輸學科的理論體繫研究，優化我國航天運輸繫統學科的建設方案。航天運輸繫統學科的發展對中國的航天科學研究具有重要的意義。一門新學科的建立是一項艱巨的任務，在建設過程中首先要考慮開展理論體繫研究。目前，我國航天運輸繫統學科的發展以未來的航天重點工程為牽引，注重成果的工程應用，理論體繫研究相對薄弱，學科下屬專業發展不平衡，制約了我國航天運輸繫統的全面發展。其次要注重學科的交叉性和應用性的特點，充分利用現有研究基礎，不斷補充和完善航天運輸繫統學科體繫，加強薄弱學科專業和技術的發展力度，優化我國航天運輸繫統學科的建設方案，在此基礎上，開展航天運輸繫統重大專項論證和關鍵技術預先研究，支撐我國航天事業未來更好地發展。 (3)完善研究與教學培養體繫，加強人纔隊伍的建設和培養。科技人纔是航天運輸繫統學科自主創新和技術發展的主體，建設一支高素質的科技人纔隊伍是提高航天運輸繫統學科競爭力的有效途徑。航天運輸繫統學科乃至航天事業要走科學發展的道路，必須將科技人纔隊伍建設納入總體發展戰略，科學制定科技人纔隊伍建設的目標任務和政策措施，認真研究相關政策措施的協調性，注重對領軍人纔的培養和使用。 (4)重視預先研究，增強航天運輸繫統學科領域的創新能力。現階段，我國航天運輸繫統學科預先研究面臨很多艱巨、繁重的任務，必須要積極適應我國航天事業發展的新形勢和新任務，緊貼航天運輸運載器研制的實際，準確把握預先研究工作的特點和規律，加快國防科技創新體繫的建設，為我國航天運輸繫統跨越式、可持續發展提供有力保障。 (5)加強航天運輸繫統學科的基礎技術問題研究和基礎建設。航天運輸繫統學科的發展涉及多方面的基礎技術，也需要多方面基礎建設的保障。基礎技術問題的研究，基礎建設的發展，是保障航天運輸繫統學科發展的關鍵，因此必須加強統籌規劃，合理促進和加強航天運輸繫統的基礎問題研究和基礎建設。 (6)探索創新管理模式，為航天運輸繫統學科的發展提供動力。探索創新人纔管理模式，充分尊重科技創新規律，鼓勵大膽創新，正視失敗，營造出對科技人纔充分尊重、理解和寬容的良好氛圍；必須將學科發展與科技人纔自身發展緊密聯繫起來，強化科技人纔的責任感和主人翁意識，使其能夠以更飽滿的熱情投入科技創新工作當中。 (7)建立航天運輸繫統學科建設研究的長效機制。航天運輸繫統學科是一門新興學科，也是一門應用性、實踐性、交叉性非常強的學科，一定要注重理論研究與工程實踐的聯繫。航天運輸繫統學科的建設，不是一朝一夕就可以完成的工作，需要大量的人力、物力和財力，可以通過建立航天運輸繫統學科建設研究的長效機制，與高校溝通，探索產學研結合研究，構建一個科學完整的航天運輸繫統學科體繫。

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