2035：航天工程科技發展圖景_風聞

來源：微信公眾號“國家空間科學中心”

2035 年，空間探索與利用進入新時代，智能製造、新型材料、量子技術等的羣體突破，將極大地提升火箭、衞星等航天器的性能，以新應用服務牽引的新型航天器將陸續出現，進而全面提升人類進出空間、利用空間、探索空間的能力。通信、導航、遙感衞星與地面信息系統廣泛互聯融合，形成空天地海一體化的廣域信息網絡，面向全球提供精準、實時、無縫、泛在的空間信息綜合服務，載人探測走向火星等深空，近地太空旅遊漸成趨勢。商業航天蓬勃發展，衞星應用與信息技術深度融合，將帶動世界航天產業持續較快發展，“空間經濟”成為信息化時代世界經濟的重要組成部分。

****近地軌道運載能力達到百噸級，航天發射成本大幅降低

重型運載火箭研製成功，具備載人深空探索的能力。美國正在研製的SLS 重型運載火箭，預計到2020 年底或2021 年初實現首飛，後續將通過採用先進上面級和先進助推器逐步提升能力，使近地軌道運載能力達到百噸級。俄羅斯計劃以現有較成熟的RD-180 液氧煤油發動機和“能源”號重型火箭為基礎，研製“葉尼塞”和“頓河”超重型運載火箭，預計在2030 年前實現首飛，支撐載人登陸月球，建設月球永久基地。可重複使用火箭和運載器技術得到推廣，能夠顯著降低發射成本；吸氣組合動力技術得到突破，將實現其在航天運輸系統上的驗證和初步應用。未來新一代運載火箭投入使用，俄羅斯將逐漸使用安加拉號系列火箭和聯盟5 號火箭替換現役運載火箭，利用無毒無污染的推進劑替代現役大量採用有毒推進劑的運載火箭。歐洲逐步形成較為全面的火箭型譜，實現完全自主進入空間的能力，新一代阿里安6 型火箭的投入使用，使歐洲在商業發射領域的競爭力得以保持。

高效費比商業發射將改變世界發射服務格局。美國將繼續推動商業航天公司的發展，逐步將所有近地軌道運輸任務交由商業公司，並在未來深空探索活動中，越來越多地藉助商業公司的力量。

空間基礎設施步入融合服務新時期，系統建設和服務水平換代升級

空間基礎設施體系化、網絡化建設是未來發展趨勢，通信、導航、遙感衞星相互融合，實現信息獲取、信息存儲、信息傳輸和信息挖掘的跨域多層次自主融合。商業通信和遙感大規模星座完成部署與商業運行，衞星應用向空天地海一體化統籌、多手段多維度全要素綜合應用發展，與新一代信息技術深度融合並面向全球提供精準、實時、無縫、泛在、智能的空間信息綜合服務。

多項通信衞星前沿與關鍵技術研發應用取得重大進展，將大幅提高衞星通信系統效率。Q/V 頻段資源從僅用於饋電鏈路開始逐漸應用於業務鏈路，波束數量大大增加、頻率複用能力增強，將催生數十Tbit/s 的超大容量寬帶通信衞星，打造未來天基信息網絡核心節點。空間激光通信穩定性、建聯時長、傳輸速率等不斷提升，從傳統的通信中繼應用走向大規模星間鏈路組網應用，成為構建天基信息骨幹網的關鍵使能技術。載荷靈活性進一步提高，在軌可編程類器件趨向成熟，軟件定義衞星開始大規模湧現，支持各類衞星通信協議、功能的在軌重構和升級。

遙感領域以提升綜合能力為主，實現多源、多手段、多平台的數據融合，大幅度提高三維建模、目標識別和精細化遙感等能力，實現可重構成像技術。衞星系統將呈現“大、小兩極化發展態勢”，大衞星綜合能力更加強大，具備甚高可見光和紅外分辨率、高圖像定位精度和很強的敏捷能力，可實現多種成像模式；小衞星星座系統實現數十乃至數百顆衞星組網，將時間分辨率提高到分鐘至小時級，為大數據分析提供了不間斷的數據源。

衞星導航系統向更高精度、抗毀頑存、功能多樣、持續自主導航方向發展。採用激光冷卻技術的離子鍾、原子鐘進入在軌驗證階段，導航定位服務進入全面分米級時代。空間原子鐘技術的進步，特別是小型化的發展有效推動了空間導航、通信體系的融合。隨着X 射線脈衝星導航、紅外星圖定軌定姿、高精度星敏感器等技術的應用，衞星導航系統有望實現完全自主導航。衞星導航系統全面具備導航功能和信號的在軌重構與升級能力，可依據軍事與民用需求或任務、環境需要，實現導航功能、導航信號與功率等的調整、升級或重構，全面提升服務能力。

月球探測進入載人探索階段，火星探測嘗試無人採樣返回

深空探測向以典型天體無人取樣返回為里程碑的綜合性探測和以載人火星探測為終極目標的深度探測階段邁進。月球和火星將持續作為重點探索目標，月球探測進入資源利用與載人探索階段，俄羅斯、日本、韓國等國推進無人月球採樣返回任務，商業公司開始實施月球資源勘探活動，美國和俄羅斯聯合開展的“深空之門”月球空間站基本建成；火星探測開始嘗試無人採樣返回活動，日本的“火星衞星探測”和俄羅斯的新“福布斯- 土壤”任務將進行火星衞星的採樣返回，美國開展載人飛船的無人火星探索之旅，為載人火星探測奠定了基礎。木星系統及太陽系其他天體的探索也將不斷深入，美國的“歐羅巴快帆”、歐洲的“木星冰衞星探測器”等任務將重點探測木星衞星的生命痕跡及宜居性，同時商業小行星開採任務進入實施階段。

探測器向小型化、低功耗、輕質量、自主性和高可靠通信等方向發展，並催生新型空間推進技術的應用；月球通信中繼系統逐步建設成型；深空電源技術研製出用於大型機器人和載人巡視器的高功率、長壽命燃料電池，太陽電池陣列功率進一步提升至兆瓦級；針對未來火星載人探測需求，研發大質量載荷火星着陸及上升返回技術。此外，美國、俄羅斯、中國都將研發用於將航天員送往近地軌道、月球並返回地球的新一代載人飛船，亞軌道、近地軌道的太空旅行日趨完善。其中，美國國家航空航天局提出的實現載人火星探索長遠目標所需關鍵系統見表1。

表1  實現載人火星探索長遠目標所需關鍵系統

在軌加註、維修維護實現業務化應用，商業服務模式初步形成

在軌服務與維護技術將變革航天器研製模式，衞星由不可維修、一次性使用向可維修、綜合應用方向發展，全球新一代衞星普遍採用可維性設計和標準接口。在軌服務與維護由模塊更換排除故障和在軌加註延長壽命，向在軌構建大型系統等更高層次發展。空間機器人由第一代的平台與機械臂相對獨立，到第二代的平台與機械臂協調控制，發展至第三代的一體化空間智能機器人。美國、歐洲等國家（地區）具備在軌延壽、在軌補加、在軌維修升級、大碎片移除等技術能力，擬建成初步軌道服務設施，形成商業服務能力。本文摘編自:《中國工程科技2035發展戰略·航天與海洋領域報告》