兩種顛覆性的空間技術

文章摘要： SpaceX公司預計重複使用一級火箭可使整個火箭成本降低30%以上其中微小衛星技術和可重複使用火箭技術是空間技術領域顛覆性技術的典型代表

原標題：兩種顛覆性的空間技術

　　 【顛覆性技術】

空間技術是指探索、開發和利用空間的綜合性工程技術體系。幾十年來，空間技術發展日新月異，創造了人類歷史上一個又一個激動人心的工程技術奇蹟並已經成為規模巨集大的產業。空間技術融匯了材料、化工、能源、電子、通訊和資訊科技等領域的最新高精尖技術，並不斷孕育出顛覆性技術，其中微小衛星技術和可重複使用火箭技術是空間技術領域顛覆性技術的典型代表。

微小衛星技術

微小衛星是指質量在500千克以下的衛星。21世紀以來，微小衛星技術日趨成熟，呈現輕量化、小型化、低成本以及高功能密度和高性價比等優勢，已經成為空間系統的重要組成部分，在遙感、通訊、導航、空間科學、新技術演示驗證以及教育培訓等諸多領域得到了廣泛應用。

主要航天國家為在小衛星技術領域取得領先優勢，均制定了相關研究計劃和專案。美國白宮科技政策辦公室於2016年10月公佈了「駕馭小衛星革命」倡議，擬促進並支援政府和私人將小衛星用於遙感、通訊、科學和空間探索等活動。歐盟理事會在其2016年釋出的《歐洲空間戰略》中，也將開發小衛星星座視為其在未來10年必須重點開發的技術之一。

作為微小衛星發展的主要方向之一，近年來發展迅猛的立方體衛星已經從最初的開發目標——小型空間技術教育平臺，發展成為空間領域的一種顛覆性技術——具有相對較低的開發成本和低成本快速響應發射等優勢，在商用、國土和國家安全等領域發揮了越來越重要的作用。實用化立方體衛星技術曾入選《科學》雜誌2014年度十大科技進展，相關技術進展多次入選美國航空航天局年度亮點成就。美國國家科學院2016年5月釋出《利用立方體衛星開展科學研究》報告，指出幾乎所有的空間科學研究領域都可能受益於顛覆性的立方體衛星技術，未來可望利用立方體衛星開展大量科學研究。

隨著微小衛星的市場商業運作不斷擴大和資本的湧入，商用微小衛星正在不斷崛起，涌現出大量新興商業小衛星公司。市場繁榮也激發了以研製大衛星為主要業務的傳統航天公司對小衛星的關注力度，如波音、雷神等公司也開始關注小衛星的研製。

歐洲諮詢公司的研究結果表明，航天領域和整個航天生態系統正在發生變革，未來10年（2017年-2026年）預計將發射約6200顆小衛星，市場價值預計達300億美元，幾乎是過去10年的四倍。

我國也大力提倡微小衛星的市場商業運作。2014年11月，國務院釋出60號檔案，鼓勵民間資本研製、發射和運營商業遙感衛星，提供市場化、專業化服務。中國小衛星領域經過多年的發展，已具備較好的研發基礎和技術積累，在市場驅動和國家政策的引導下，很多企業和組織已經發布了各自的小衛星星座計劃。中國航天科技集團計劃在2022年前後建成「16+4+4+X」商業遙感衛星系統；2015年10月，中國航天科工集團啟動「福星計劃」，計劃用156顆衛星構建一個地軌通訊衛星星座，形成可覆蓋全球的天基網際網路；北京信威集團公司計劃在2019年初步建成自主可控、可持續發展的星座通信系統，可覆蓋全球除南北極之外的任何角落；2015年10月，「吉林1號」在酒泉成功發射，這是我國自主研發的第一個商用遙感小衛星星座，預計到2020年前將部署60顆衛星。

可重複使用火箭技術

可重複使用火箭是指能夠重複使用、穿過大氣層、往返於地球表面和空間之間運送有效載荷的運載火箭。可重複使用火箭通過多次發射回收，均攤了相關費用，有效降低了單位有效載荷的發射成本，因此研製可重複使用火箭一直是航天領域的關注熱點。

近年來，一些私營航天企業在可重複使用火箭技術研發方面表現活躍。

美國太空探索技術公司（SpaceX）是運載火箭回收和重複使用技術的開拓者。SpaceX公司的「獵鷹9號」火箭可在發射後由上面級將衛星等載荷送入預定軌道，一級火箭則在與上面級分離後重新調整為直立狀態返回著陸。

2017年3月，SpaceX實現了人類歷史上運載火箭第一級的首次重複使用，是運載火箭重複使用技術發展史上的重要里程碑。美國「藍色起源」公司的亞軌道火箭「新謝潑德號」可將用於觀光的載人艙發射至距地面100千米左右的亞軌道，同一枚火箭已重複發射和返回5次。

美國「聯合發射聯盟」公司於2015年4月公佈「火神」火箭的發動機艙單獨回收方案，2016年4月提出在太空中重複使用「火神」火箭上面級的方案。

歐洲空中客車公司於2015年6月公佈利用外形與無人飛機相似的模組回收火箭高價值部件的方案。

俄羅斯國家航天集團公司也提出將於2018年評估本國可重複使用運載火箭的前景，為2035年前俄羅斯運載火箭系統發展提供技術建議和計劃草案。

儘管目前可重複使用火箭存在有效載荷能力下降、製造和保養成本上升、安全性和可靠性尚待驗證等問題，但其未來發展前景仍被廣泛看好。SpaceX公司預計重複使用一級火箭可使整個火箭成本降低30%以上；聯合發射聯盟公司稱其單獨回收發動機艙的技術可將一級火箭成本降低90%；空中客車公司稱其自主飛行返回火箭模組系統可使整個火箭發射總成本降低20%～30%。

除了對空間技術本身的推動，可重複使用火箭研究還有利於激發航天領域的創新活力。可重複使用火箭展現出的大幅降低航天發射成本的潛力以及SpaceX近期回收一級火箭的成功，已促使各國航天發射商通過調整組織結構、採用新技術等手段降低發射成本，並不約而同地將SpaceX的「獵鷹9號」火箭作為價格對比標杆。

2016年11月，國務院釋出《2016中國的航天》白皮書，指出開展天地往返可重複使用運輸系統技術研究是未來五年的主要任務。中國科學院編纂的《中國學科發展戰略——航天運輸系統》中提出，可重複使用是降低航天運輸成本的有效手段之一，也是未來航天發展的必然趨勢之一。

中國航天科技集團2017年透露，我國可重複使用航天運載器研製正處於攻關階段，已開展可重複使用運載器總體技術等關鍵技術的攻關研究，預計在2020年左右將完成首飛，並將實現10天10次發射、單位有效載荷發射成本降低至現有一次性運載火箭的五分之一的目標，成為幾乎與美國同時完成重複使用運載器自主研製的國家。

（作者：王海名，系中國科學院科技戰略諮詢研究院助理研究員；張偉，系中國科學院空間應用工程與技術中心研究員）返回搜狐，檢視更多

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