天地奇迹 美国白宫科技政策办公室“驾驭小卫星革命”倡议

【颠覆性技术】

空间技术是指探索、开发和利用空间的综合工程技术体系。 几十年来，航天技术快速发展，创造了人类历史上一个又一个令人振奋的工程技术奇迹，并成为一项大规模产业。 航天技术融合了材料、化工、能源、电子、通信和信息技术等领域最新高精尖技术，不断孕育颠覆性技术。 其中，微型卫星技术和可重复使用火箭技术是航天技术领域的颠覆性技术。 技术的典型代表。

微卫星技术

微小卫星是指质量小于500公斤的卫星。 21世纪以来，微小卫星技术日益成熟，呈现出轻量化、小型化、低成本、高功能密度、高性价比等优势。 它已成为空间系统的重要组成部分，在遥感、通信、导航、空间科学和新技术等领域发挥着重要作用。 已广泛应用于演示验证、教育培训等多个领域。

为了在小卫星技术领域取得领先优势，主要航天国家都制定了相关的研究计划和项目。 白宫科技政策办公室于2016年10月宣布了“利用小型卫星革命”倡议，旨在促进和支持政府和私人使用小型卫星进行遥感、通信、科学和太空探索。 欧盟理事会在2016年发布的《欧洲太空战略》中也将小卫星星座的发展视为未来10年必须重点发展的技术之一。

作为微型卫星发展的主要方向之一，近年来发展迅速的立方体卫星，已经从最初的发展目标——小型航天技术教育平台，发展成为航天领域的颠覆性技术——成本相对较低。开发成本。 凭借低成本、快速响应发射等优势，它在商业、国土和国家安全领域发挥着越来越重要的作用。 实用技术被评选为《科学》杂志2014年十大科技进展之一，相关技术进展多次被评选为NASA年度亮点成果。 2016年5月，美国国家科学院发布《利用进行科学研究》报告，指出空间科学研究的几乎所有领域都可能受益于颠覆性的技术，预计将使用以便今后开展大量的科学研究。

随着微小卫星市场商业化运营的不断扩大和资本的涌入，商业微小卫星方兴未艾，涌现出一大批新兴的商业小卫星公司。 市场的繁荣也激发了以大型卫星研制为主业的传统航天企业开始关注小卫星。 波音、雷神等公司也开始关注小型卫星的发展。

欧洲一家咨询公司的研究结果表明，航空航天领域以及整个航空航天生态系统正在发生变化。 预计未来10年（2017-2026年）将发射约6200颗小卫星，市场价值预计将达到300亿美元天地奇迹，与过去10年几乎持平。 一年四次。

我国还大力推进微小卫星的市场化商业运营。 2014年11月，国务院发布60号文件，鼓励民间资本研发、发射、运营商业遥感卫星，提供市场化、专业化服务。 经过多年的发展，我国小卫星领域已经形成了良好的研发基础和技术积累。 在市场驱动和国家政策引导下，不少企业和组织发布了自己的小卫星星座计划。 中国航天科技集团公司计划2022年前后建成“16+4+4+X”商业遥感卫星系统； 2015年10月，中国航天科工集团启动“复兴工程”，计划利用156颗卫星建设地球轨道通信系统卫星星座，形成可覆盖全球的天基互联网； 北京信威集团有限公司计划于2019年初步建成自主可控、可持续的星座通信系统，可覆盖除南北两极外的世界任何一个角落； 2015年10月 3月，“吉林一号”在酒泉成功发射。 这是我国自主研制的第一个商业遥感小卫星星座。 预计到2020年将部署60颗卫星。

可重复使用火箭技术

可重复使用火箭是指可以重复使用、穿越大气层、往返地球表面和太空运送有效载荷的运载火箭。 可重复使用的火箭可以通过多次发射进行回收，均匀分摊相关成本，有效降低单位有效载荷的发射成本。 因此，可重复使用火箭的研制一直是航天领域关注的焦点。

近年来，一些私营航天公司积极致力于可重复使用火箭技术的研发。

是运载火箭回收和再利用技术的先驱。 该公司的“猎鹰9号”火箭发射后可以将卫星和其他有效载荷从上级送入预定轨道。 第一级火箭与上级分离后可重新调整至直立状态并返回着陆。

2017年3月，实现了人类历史上首次运载火箭一级重复利用，这是运载火箭重复利用技术发展史上的一个重要里程碑。 美国“蓝色起源”公司的亚轨道火箭“新谢泼德”可以将载人观光舱发射到距地面约100公里的亚轨道空间。 同一枚火箭已发射和返回五次。

美国联合发射联盟公司于2015年4月宣布了单独的火神火箭发动机舱回收计划。2016年4月，又提出了在太空中重复利用火神火箭上级的计划。

2015年6月，欧洲空中客车公司宣布计划利用外观与无人机类似的模块来回收高价值的火箭部件。

俄罗斯航天局还提议在2018年评估本国可重复使用运载火箭的前景天地奇迹，并在2035年之前为俄罗斯运载火箭系统的发展提供技术建议和草案计划。

尽管目前可重复使用火箭存在有效载荷能力降低、制造和维护成本上升、安全可靠性有待验证等问题，但其未来的发展前景仍被普遍乐观。 该公司估计，重复利用第一级火箭可以使整个火箭的成本降低30%以上； 联合发射联盟声称其发动机舱单独回收技术可将一级火箭成本降低90%； 空中客车公司声称，其自主飞行返回火箭模块系统可以将整个火箭发射的总成本降低20%至30%。

除了推动航天技术本身之外，可重复使用火箭研究也有利于刺激航天领域的创新。 可重复使用火箭显着降低航天发射成本的潜力以及近期回收一级火箭的成功，促使各国航天发射机构通过调整组织结构和采用新技术来降低发射成本。 鹰9英寸火箭作为价格比较的基准。

2016年11月，国务院发布《2016年的中国航天》白皮书，提出开展天地可重复使用运输系统技术研究是未来五年的重大任务。 中国科学院编制的《中国学科发展战略——航天运输系统》指出，可重复使用是降低航天运输成本的有效手段之一，也是未来航天发展的必然趋势之一。

中国航天科技集团公司2017年透露，我国可重复使用航天器的研制正处于研究阶段。 开展可重复使用车辆整体技术等关键技术研究。 预计2020年左右完成首飞，将实现10天内发射10次的目标，并将单位有效载荷的发射成本降低到现有一次性运载火箭的五分之一。 成为唯一与美国几乎同时完成可重复使用运载火箭自主研制的国家。

（作者：王海明，中国科学院科技战略咨询研究所助理研究员；张伟，中国科学院空间应用工程技术中心研究员）

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