中国航天技术现状分析(中国航天技术现状)
不懂就问,中国航空航天技术现在达到了什么水平?
中国航天技术仅次于美国。
2020年,中国航天全年共执行39次发射任务,发射载荷质量103.06吨,发射次数和发射载荷质量均位居世界第二。其中,长征系列运载火箭完成34次发射。
长征五号B运载火箭首飞成功,拉开载人航天工程空间站阶段任务序幕。长征五号运载火箭全面投入应用发射,成功发射火星探测器和嫦娥五号探测器,实现了我国地球同步转移轨道运载能力由5.5吨级到14吨级的跨越。
长征八号运载火箭首飞成功,有效增强我国高密度发射任务执行能力。太阳同步轨道运载能力达到4.5吨,突破了快速集成设计生产、电气一体化、节流减载等关键技术,实现了发动机推力调节技术的首次工程应用,为可重复使用打下坚实基础,能满足卫星组网工程和商业发射服务需求。
大推力补燃循环氢氧发动机关键技术攻关取得重要进展。我国最大推力分段式固体火箭发动机试车成功,为后续运载能力发展奠定了基础。
在航天器科技活动方面,全年共研制发射航天器77个,航天器总质量102.61吨,数量和质量均位居世界第二。中国航天重大工程和专项任务稳步推进,大幅提升航天技术与应用能力。商业卫星研制机构数量持续增长,研制能力稳步提升,研制卫星类型从技术试验逐步向应用卫星转变。
新一代载人飞船试验船高速再入飞行试验圆满成功。此次试验完成了高速再入返回控制、热防护、群伞+气囊着陆方式、重复使用等技术飞行验证,飞船具备高安全、高可靠、模块化、适应多任务、可重复使用等特点,为中国载人登月飞船“启航”奠定了坚实基础。
嫦娥五号完成世界首次月球轨道无人交会对接。连续实现中国首次地外天体采样、地外天体起飞、地外天体轨道交会对接、第二宇宙速度高速再入返回等多项重大技术突破,完成了探月工程“绕、落、回”三步走发展规划,成为中国航天强国建设的重要里程碑。
“天问一号”火星探测任务迈出中国行星探测第一步。计划在国际上首次通过一次发射实现“环绕、着陆、巡视探测”三大任务,设定了五大科学目标,涉及空间环境、形貌特征、表层结构等研究,将推动中国在行星探测和基础科学研究方面的全面发展。目前,已成功实施环绕火星探测,并计划在2021年5月至6月择机着陆火星,开展巡视探测。
北斗三号全球卫星导航系统提前半年建成并开通。该系统是中国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、性能要求最高的巨型复杂航天系统,采用了中国首创的混合星座构型,卫星核心器部件100%国产化。它可提供定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务,性能指标达到国际一流水平。“北斗”,已迈进全球服务新时代。
通量宽带卫星系统启动建设。亚太6D通信卫星成功发射,是中国当前通信容量最大、波束最多、输出功率最高、设计程度最复杂的民商用通信卫星。卫星主要为亚太区域用户提供全地域、全天候的卫星宽带通信服务,满足海事通信、机载通信、车载通信以及固定卫星宽带互联网接入等多种应用需求。
高分辨率对地观测系统重大专项收官。这为中国长期稳定获得高分辨全球遥感信息提供了重要保障。中国高分系列卫星已基本形成涵盖不同空间分辨率、不同覆盖宽度、不同谱段、不同重访周期的高分辨率对地观测体系,天基对地观测水平大幅提升,中国卫星数据自主化率进一步加大。高分辨率多模综合成像卫星、资源三号03卫星成功发射,增强了中国综合对地观测能力,其中高分辨率多模综合成像卫星支持多种敏捷成像模式,首次实现“动中成像、多角度成像”,图像获取效率大幅提升。
中国首个海洋水色卫星星座建成。海洋动力环境观测网建设有序推进,海洋一号D卫星成功发射,与在轨的海洋一号C卫星组成中国首个海洋水色卫星星座。海洋二号C星成功发射,与在轨工作的海洋二号B星组网,计划于2021年发射海洋二号D星。届时,海洋二号B/C/D星组网,将组成全球首个海洋动力环境监测网。
“张衡一号”卫星数据参与构建新一代全球地磁场参考模型。该卫星获取了中国首批拥有完全自主知识产权的全球地磁场观测数据,构建了15阶全球地磁场参考模型。“天琴一号”卫星实现国内最高水平的无拖曳控制技术在轨验证,为后续研制空间引力波探测航天器、构建高精度空间惯性基准,奠定了坚实技术基础。
实践二十卫星在轨验证通信、导航、遥感等多领域16项关键技术。卫星搭载的Q/V频段高通量通信载荷总体技术水平达到国际先进水平,为后续1太比特/秒高通量通信卫星和全球低轨互联网卫星研制奠定了基础,激光通信载荷实现10吉比特/秒地球同步轨道星地通信能力,创全球最高速率;量子通信载荷完成全球首次地球同步轨道星地偏振编码稳定传输,为牵引和推动相关领域的发展奠定了良好基础。
世界首次连续纤维增强复合材料太空3D打印完成在轨演示。新一代载人飞船试验船返回舱搭载的“复合材料空间3D打印系统”,在轨期间自主完成了连续纤维增强复合材料样件打印。此次实验,是中国首次太空3D打印,也是世界首次连续纤维增强复合材料太空3D打印实验,对于未来空间站长期在轨运行、超大型结构在轨制造具有重要意义。
我国航天事业的发展如何?
中国航天事业持续快速发展,自主创新能力显著增强,进入空间能力大幅提升。2016年,新一代的长征七号、长征五号运载火箭相继首飞成功,使中国火箭运载能力进入国际先进行列,中国运载火箭成功升级换代,擎起迈向航天强国的中国力量。
从北斗导航系统到“天眼工程”的高分专项,再到实践十三号高通量通信卫星……一系列普惠民生的航天重大工程为大家绘出了一幅由航天高科技支撑的美好生活画卷:不论身在何方,“北斗”帮你导航;足不出户,“风云”帮你知天象;万米高空的飞机里上网、打电话也不再是梦想。
中国航天事业近年成就:
1、2019年7月25日,由北京星际荣耀空间科技有限公司研制的双曲线一号运载火箭发射成功,实现了中国民营运载火箭零的突破;
2、12月27日20时45分,长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,约2220秒后,将实践二十号卫星准确送入近地点192千米、远地点6.8万千米的预定轨道,发射飞行试验取得圆满成功;
3、2020年5月5日,长征五号B运载火箭搭载新一代载人飞船试验船等载荷从中国文昌航天发射场点火升空,中国载人航天工程办公室宣布,载人航天工程空间站阶段任务首战告捷;
4、2020年6月23日,第55颗北斗导航卫星成功发射。7月31日,我国向全世界宣告,中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统全面建成;
5、2020年7月23日,“天问一号”火星探测器成功发射升空,这是我国首次自主的火星探测任务,是中国迈向深空的重要一步。
中国航天现今发展状况如何?
航天作为当今世界最具挑战性和广泛带动性的高技术领域之一,是国家综合实力和大国地位的重要体现。当前,越来越多的国家将发展航天作为重要战略选择。通常认为,航天强国要同时拥有进入太空、利用太空和控制太空的强大实力,航天产业规模效益并举、具有良好发展潜力和牵引辐射作用,整体实力位于世界航天产业第一方阵内。
在去年年底发布的《2016中国的航天》白皮书中,虽没有给出时间表,但首次明确了航天强国发展愿景,可以看作是航天强国的大致轮廓:“全面建成航天强国,具备自主可控的创新发展能力、聚焦前沿的科学探索研究能力、强大持续的经济社会发展服务能力、有效可靠的国家安全保障能力、科学高效的现代治理能力、互利共赢的国际交流与合作能力,拥有先进开放的航天科技工业体系、稳定可靠的空间基础设施、开拓创新的人才队伍、深厚博大的航天精神,为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供强大支撑,为人类文明进步作出积极贡献。”
“力争到2030年,推动我国达到国际一流水平的航天技术指标从30%提高到60%,跻身世界航天强国行列,到2045年,全面建成世界航天强国。”中国航天科技集团公司党组书记、董事长雷凡培认为,全面建成航天强国,需要这些特征:成为世界航天主要科学中心、创新中心和产业中心;全面提升进入空间、利用空间、控制空间的能力,空间技术有重大原始创新与跨越;空间科学有重大发现;空间应用产业化发展,形成空间经济新业态;形成先进的航天科技工业体系,核心技术自主可控;总体处于世界航天的前列。
我国在航天领域的最新成就
长征七号甲(A)火箭在2021年3月11日王者归来,并在12月23日再立新功。长征七号甲火箭是在长征七号的基础上扩展而来,吸收了金牌火箭长三乙的优点,实现了三级半构型。
2021年4月29日,中国空间站天和核心舱成功发射升空。随后,它先后与天舟二号和三号货运飞船、神舟十二号和十三号载人飞船对接,共计6名航天员先后入驻,标志着中国航天正式进入空间站时代。按照预定计划,天宫空间站还会在2022年迎来两个实验舱和数次天舟/神舟对接任务,从而完成全部建设。
2021年5月15日,在经历了296天的太空之旅后,天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体,成功地降落在火星北半球的乌托邦平原南部,实现了中国航天史无前例的重大突破。祝融号,成为中国首个火星巡视器(火星车)。祝融,源于中国古老神话中“火神”的名称,成功踏上了火星。
2021年10月14日,我国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星羲和号。它的重要使命是研究人类这唯一可以依靠的宝责恒星一太阳, 深入了解它的磁场起源和演化、高能粒子的加速和传播等重要物理过程,让我国正式迈入探日时代。
2021年,中国航天首次公开了嫦娥五号获取的1731克月壤样本,并向国内外科研工作人员发放研究。由于嫦娥五号的发射情况和控制情况几乎完美,它的轨道器部分还有大量推进剂结余,因此它开始完成各种高难度”附加题。
1957年10月4日,第一颗人造地球卫星成功发射,人类进入太空时代。1958年8月17日,人类第一次尝试发射月球探测器先驱者0号,迈出人类深空探测第一步。上世纪90年代以来,深空探测活动逐渐复苏,各主要航天国家纷纷制定面向未来的深空探测长远规划或任务计划。经过几代人努力,我国航天事业也取得一系列重大成就,我们有能力走出地球、迈向深空!
从嫦娥一号到五号
我国探月工程稳步推进
上个世纪80年代,我国科学家开始研究月球探测的可行性。90年代,成立“863月球探测课题组”进行研究论证。2003年,提出探月工程“绕、落、回”三步走战略规划。2004年,嫦娥一号工程立项实施,拉开中国深空探测的序幕。迄今为止,我国已执行5次月球探测任务,进行了6次发射。
嫦娥一号月球探测卫星于2007年10月24日成功发射,这是我国首次进行深空探测,是继人造卫星、载人航天之后,中国航天第三个里程碑,也是我国航天器研制自主创新的典范。
嫦娥二号于2010年10月1日发射,其主要目标是:获取高精度月球表面三维影像,为嫦娥三号选择落月点打好基础;开展深空探测系列共性关键技术在轨飞行验证。
嫦娥三号于2013年12月2日发射,12月14日安全着陆于月球正面预选着陆区,成为新世纪人类首个在月球表面软着陆的探测器。嫦娥三号任务实现我国首次地外天体软着陆和巡视勘察,进一步完善探月工程体系。
嫦娥五号飞行试验器于2014年10月24日发射,11月1日其返回器精准安全着陆,服务舱重返地月L2点探测和环月轨道,完成月球引力借力变轨等多项拓展试验。这次任务的圆满完成,证明我国掌握了第二宇宙速度半弹道跳跃式再入返回技术,有能力开展月地往返多目标探测,开拓深空探测新领域。
嫦娥四号中继星于2018年5月21日发射,2018年6月14日成功实施轨道捕获控制,进入使命轨道,成为世界首颗运行在地月L2点的Halo轨道的卫星,并为其后嫦娥四号着陆器和巡视器实现月球背面探测提供通信中继服务。嫦娥四号于2018年12月8日发射,2019年1月3日成功实现人类历史上首次月球背面软着陆,不但巩固了我国已经掌握的月球软着陆技术,还实现了在通信中继支持下地外天体着陆和巡视探测的技术突破。
从月球到火星
我国深空探测战略分三步走
近20年来,我国按照深空探测三步走战略规划,一步一个脚印、扎实推进,后续正在进一步开展以下工作:通过探月四期工程和载人登月工程,推动建立无人和有人相辅相成的月球基地,探索、开发和利用月球的宝贵资源;开展小行星和彗星探测,小行星采样返回;开展火星采样返回、木星和其卫星探测及行星际穿越。此外,小天体监视与防御、太阳系边际探测和地外生命探测等一系列任务也在深化论证,国际合作的大科学工程——月球科考站也在努力培育之中。
2020年是我国深空探测不平凡的一年。按预定计划,我国第一个火星探测器“天问一号”于7月23日成功发射。经7个月左右的飞行,“天问一号”将于2021年实现火星绕、落、巡。首次任务即实现三项目标,国际上还没有成功先例。嫦娥五号探测器也将于2020年下半年发射,实现月球无人采样返回,完成我国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步。 (厦门市老科协 供稿)
人类深空探测三个阶段
人类深空探测活动可分为三个阶段。第一阶段从1958年到上个世纪70年代末,以美苏两国太空竞赛为主导,20多年间发射次数高达174次;以1969年阿波罗11号实现载人登月和1977年旅行者1号、2号发射为代表,载人深空探测和无人深空探测取得重大进展。第二阶段是上个世纪80年代,随着载人登月竞赛结束,主要以金星、火星和哈雷彗星探测为主,深空探测相对沉寂。第三阶段从上个世纪90年代至今,新一轮以科学发现为主要目标的深空探测活动逐渐复苏,欧洲、日本、中国、印度和以色列等国家纷纷加入深空探测队伍。
与一般航天任务相比,深空探测时间跨度大,具有高风险性,需要在科学探索和技术验证间综合权衡。截至2020年6月,人类已执行深空探测任务260多次;探测目标包括月球、太阳、大行星及其卫星、矮行星、小天体(小行星和彗星),乃至太阳系以外的天体。其中,飞行距离最远的旅行者1号探测器,距离地球已超过200亿公里。
深空探测技术要求
深空探测主要关键技术包括行星际飞行技术、深空自主导航与控制技术、深空测控通信技术、智能控制技术、长寿命高可靠性技术、先进能源与热控技术、复杂空间环境防护技术等。
深空探测总目标
探索太阳系和宇宙的起源、发展和演化是深空探测的科学总目标,具体包括太阳系内各天体的起源、发展和演化,地外生命和水的存在,探索空间资源为后续开发利用做准备。
航天技术的现状是怎样的?
全球航天产业规模再创新高
近年来,在全球新一轮工业革命的驱动下,全球航天产业发展迎来大发展大变革的新阶段,靠国家包揽包办的发展模式已然发生改变,商业航天成为助推航天产业快速发展的新生重要力量。全球著名的航天科技公司SpaceX的液体燃料火箭发射、可重复利用火箭技术达成了航天史上的标志性成就,其推出星链宽带(专网通信)、卫星发射(卫星代工)以及商业载人航天和运载等新商业模式拓宽了航天产业全新应用场景。以SpaceX为代表商业航空企业通过技术创新和商业新模式推动着世界航天产业的迅速发展。
据美国卫星产业协会(SIA)统计数据显示,2014年以来,全球航天产业收入规模持续增长,到2021年,全球航天产业收入规模为3864亿美元,同比增长4.1%。
卫星产业占比过七成
从全球航天产业构成情况来看,目前,全球航天产业的发展仍以卫星产业为主。2016年以来,全球卫星产业在航天产业中的占比超过70%,到2021年,全国卫星产业占航天产业的比重为72.3%;非卫星产业占比为27.7%。
非卫星产业规模平稳增长
具体到细分领域来看,目前,全球航天产业中非卫星产业收入主要包括70多个国家的军用和民用航天收入、欧洲航天局公布的数据收入,以及围际空间站的补给任务与其他载人航天项目收入。
据SIA统计数据显示,2016年以来,全球航天领域非卫星产业收入规模保持平稳增长的发展势头,2021年,全球非卫星产业收入规模为1070亿美元,同比增长6.3%。
地面设备制造对卫星产业贡献最高
在卫星产业领域,全球卫星产业主要包括卫星服务业、卫星制造业、发射服务业以及地面设备制造业四大领域。其中卫星服务业以及地面设备制造业占比最高。卫星服务业包括大众通信消费服务、卫星固定通信服务、卫星移动通信服务和对地观测服务。地面设备制造业包括卫星导航设备(GNSS)、网络设备和大众消费设备。
据SIA统计数据显示,2016年以来,全球航天领域卫星产业收入规模保持震荡上行的发展势头,2021年,全球卫星产业收入规模为2794亿美元,同比增长3.3%。
具体到卫星产业结构来看,近年来,随着全球地面设备制造业的快速发展,地面设备制造业逐渐取代卫星服务业,成为卫星产业第一大细分领域。2021年,全国地面设备制造业实现收入为1417亿美元,占卫星产业总收入的51%;卫星服务业实现收入为1180亿美元,占卫星产业总收入的42%。
—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国卫星导航与位置服务产业市场前瞻与应用前景预测分析报告》