中国学科发展战略-航天运输系统 本书特色

中国科学院编著的《中国学科发展战略(航天运 输系统)》： 航天运输系统是执行往返于地球表面和空间轨道 之间、空间轨 道与轨道之间及地外天体着陆和返回运输任务的运输 工具的总称， 包括载人飞船、载货飞船、运载火箭、航天飞机、空 天飞机、应急 救生飞行器和各种辅助系统等。它是发展空间技术、 确保空间安全 的基础，同时也是实现各类航天器快速部署、重构、 扩充和维护的 保障，更是大规模开发和利用空间资源的载体，是推 动人类社会进 步、促进新军事变革的重要力量。 　　作为现代科学技术的结晶，航天运输系统是现代 科学技术高度 的综合集成。航天运输系统的发展，使人类不再受限 于地球引力， 能够直接进入空间或通过各种空间探测器获取资料、 信息，为人类 认识宇宙空间自然现象、研究其内在规律提供了前所 未有的条件。 　　与航天运输系统学科相关的分支学科，如空间物理学 、空间天文 学、空间化学、地质和空间微重力学科等，也相继得 到了不同程度 的发展。 　　《中国学科发展战略(航天运输系统)》从国内外 航天运输系统的发展现状入手，分析国内外航天 运输系统的发展趋势，结合我国航天运输系统学科的 发展现状，提 出关于促进航天运输系统学科发展的意见和建议。 　　一、国外航天运输系统发展现状 第二次世界大战结束后，在德国v一2导弹技术的 基础上，苏联 成功研制了本国的运载火箭，发射了世界上**颗人 造卫星；美国 也成功研制了自己的火箭，并且**个实现了人类登 上月球的梦 想。这个时期，航天运输系统主要采用一次性运载火 箭和飞船，运 载能力从*早的几十千克，发展到100吨以上，活动 范围从近地轨 道拓展到月球乃至太阳系边缘。根据航天发射记录报 告网站 (www．spacelaunchreport．corn)的数据统计，截 至2012年11月31 日，世界共进行各类航天发射5200余次。其中，苏联 ／俄罗斯3100 余次，美国1500余次，欧洲231次，中国173次，日本 67次，印 度38次。 　　一次性运载火箭仍是目前人类进入空间的*主要 运输手段。 　　同时，世界各国为探索廉价可靠的可重复使用运载器 技术，也开展 了大量技术攻关和试验。 　　空间运输航天运载器是航天运输系统的重要组成 部分，为了拓 展航天运输系统的轨道转移运输能力，世界各国积极 发展运载上面 级技术，增强运载火箭的任务适应性，至今已研制了 数十种各类上 面级，如美国的半人马座g、德尔它4上面级，俄罗斯 的质子号d 级、“微风”上面级和“弗雷盖特”(fregat)上面级 等。这些上 面级一般具有多次启动变轨能力，可以进行多星分配 轨道部署，为 发展轨道转移运输系统奠定了坚实的技术基础。 　　轨道转移运输飞行器具有多功能性、自主性、机 动性和灵活性 等特点，应用前景广泛，引起了世界各航天大国的关 注。深空探测 轨道器源于人类探索宇宙奥秘的驱动，自1958年人类 首次探月活 动开始，国外已经开展了对月球、太阳系内行星及其 卫星、小行 星、彗星等天体的探测，主要集中在月球和火星。据 统计，截至 2011年8月，人类对地球以外的太阳系天体开展的探 测任务共约 226次，以探测月球为主的任务约为109次，探测火星 的任务约为 38次。典型的有苏联的“月球号”系列探测器、美国 的“火星全 球勘测者”、“奥德赛”和“火星勘测号”等。其中 有较多的深空飞 行器采用深空探测轨道器进行探测器的运输。 　　可重复使用航天运载器是降低航天运输成本的有 效手段，是未 来航天发展的必然趋势。自航天飞机投入使用以来， 研制可重复使 用运载器一直是航天领域的热点，各主要航天研发机 构纷纷开展相 应的研究计划和技术验证。 　　在人类太空活动日益频繁的今天，一个国家拥有 一个国际性的 航天发射场，在政治、经济、科技方面都将获得巨大 的战略利益。 　　世界上主要航天大国为了占领国际航天市场，适应新 型航天运载 器、运载火箭发展的需要，改建或新建了一些航天发 射中心，在提 高发射效率、缩短发射周期、降低发射成本、保证发 射安全等方面 有了很大的进步，使航天发射中心朝现代化、大型化 方向发展。 　　二、国外航天运输系统发展趋势 各主要航天国家十分注重航天运输系统发展的顶 层谋划和战略 管理，纷纷出台目标宏伟、规划长远的航天运输系统 发展战略与规 划，持续加大航天运输领域的投入，以重大工程或重 大计划的实施 带动空间技术和相关高技术领域快速发展。目前国外 航天运输系统 的发展主要呈现以下趋势。 　　(1)一次性运载火箭技术仍将占据航天运载技术 的绝对主导地 位，并在不断改进。 　　美国、俄罗斯、欧盟、日本等主要航天国家和组 织都建立了比 较完整的运载火箭型谱，基本完成了更新换代。各航 天大国目前所 使用的新型运载火箭一般采用大直径芯级，使用无毒 推进剂，近地 轨道*大运载能力均超过20吨，地球同步转移轨道* 大运载能力 达到10吨级。 　　主要航天国家新研制火箭在不断提高运载能力的 同时，强调降 低成本，提高可靠性和发射成功率。众多新型运载火 箭的研制成 功，也导致国际发射市场的竞争更为激烈，除了传统 的性能、价格 竞争外，发射服务的快速、周到、高标准和高可靠性 也成为竞争的 重点。 　　(2)深空探测和大规模空间设施建设任务，对重 型运载火箭和 空间组装技术的发展提出迫切需求。 　　各航天大国纷纷制订深空探测规划，美国计划 2025年登陆火 星，俄罗斯制订了204．0年前的航天发展计划，目标 是在2025年以 前派遣宇航员登上月球，这些规划的实施对重型运载 火箭研制提出 了需求。总体看来，未来重型运载火箭的研究和空间 组装火箭的技 术都会得到充分应用，尤其是在载人登月之后的载人 深空探测任 务中。 　　(3)发展实现空间系统快速部署的运载工具，小 型运载火箭 技术是重点。 　　快速发射火箭的研究目前主要集中于美俄两国， 在役型号多是 在战略导弹基础上改装研制的。新研制的小型运载火 箭则多以液体 火箭为主，发射平台以陆基和空基机动为主。这种火 箭同时需要具 备低成本、高可靠性、机动能力强、操作简单等特点 。 　　(4)作为运载火箭在空间运输的必要补充，上面 级、空间转移 飞行器等空间运输航天运载器也在独立发展。 　　运载火箭上面级、空间转移飞行器是航天运输系 统的基本组成 之一，其研制强调提高任务适应性和可靠性。低温高 能、长期留轨 是其主要的发展方向。 　　由于它们具有轨道机动、离轨、再入等功能，可 以满足不同任 务的发射需求，不仅可机动部署卫星，未来还能提供 在轨维修和 服务。 　　(5)虽然航天飞机已经退役，但可重复使用运载 器的研制仍然 是重要发展方向，其关键技术的突破是重点。 　　与一次性运载火箭相比，研制可重复使用运载器 的技术难度要 大得多，要解决推进(火箭动力和吸气动力)、结构与 防热、自主 导航与控制、自动化健康监控、进场着陆、发射操作 等方面的关键 技术，总体方案必须要与同阶段的关键技术发展水平 相匹配，需要 按照循序渐进的原则确定关键技术的攻关途径。 　　各国在发展可重复使用运载器的过程中非常重视 飞行演示验 证，通过飞行试验来验证总体方案的可行性和关键技 术，并积累设 计数据。针对暴露出来的问题，进一步完善设计，降 低技术风险和 投资风险，有利于全尺寸样机的工程研制。 　　(6)注重航天人才队伍建设。 　　航天产业对巩固国防安全、增强国家科技和经济 实力具有举足 轻重的作用，也因此被世界主要航天强国列为战略性 产业之一，予 以重点发展。航天产业具有技术含量高、人才培养周 期长等特点， 而且产业发展需要大量高素质人才的支撑。为适应这 一需求，各国 政府及其航天科技工业都纷纷采取措施，以求更多、 更快、更好地 培养人才，减少人才流失，巩固航天工业的技术实力 和地位。 　　三、我国航天运输系统的发展现状 我国一次性运载火箭技术起步于20世纪50年代。 　　1970年4 月24日，我国采用“长征一号”运载火箭发射了“东 方红一号，， 卫星，标志着我国正式拥有了自己的运载火箭。自50 年代以来， 我国的长征系列运载火箭实现了从常温推进剂到低温 推进剂、从串 联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发 射载人飞船和 月球探测器的跨越式发展，形成了相对完备的运载火 箭型谱，具备 开展中小规模的低、中、高不同轨道有效载荷发射的 能力。 　　我国的空间运输航天运载器是随着运载火箭上面 级的技术发展 而不断发展的。我国已成功研制了“长征二号丙’’ ／fp上面级、 “长征二号丙”／fp上面级，完成7次成功发射，将2 颗模拟星和 12颗“铱星”送入预定轨道。我国为发射中国科学院 双星在“长 征二号丙”／sm火箭的基础上研制了专门的固体主动 力上面级。 　　此外，还研制了同样以固体为主动力的“长征二号丙 ”／sma运载 火箭。 　　通过上面级研制，我国在运载器所处的空间环境 和运载器在轨 长时间工作等方面具备了一定的研究基础，在空间热 环境控制技 术、空间粒子防护技术、电气系统重构技术等方面取 得了一定的研 究进展。 　　从神舟一号飞船开始到天宫一号目标飞行器，中 国天地往返航 天技术走的是一条快速稳健而又有自身特色的发展道 路。多年来我 国也在不断地跟踪国外可重复使用运载器的发展，并 开展了部分关 键技术的研究工作。当前，我国重复使用技术发展尚 处于起步 阶段。 　　航天技术是一个国家、一个民族综合实力的重要 体现。西方发 达国家对中国在航天技术领域实行了严厉的封锁政策 。要在这个领 域跻身世界先进行列，必须依靠自主创新，掌握核心 技术，拥有自 主知识产权。在这个尖端领域，一代又一代的航天人 艰苦奋斗，攻 克一道又一道世界难题，把自己的卫星送入不同的轨 道，让东方红 的乐曲响彻天际；把自己的航天员送入太空，让千年 的飞天梦想今 朝成真；把自己的探测器送上月球，让深空也变得不 再遥不可及。 　　四、我国航天运输系统的学科发展建议 我国航天运输系统距航天强国还有一定的差距， 各方面的资源 条件有限，要以科学发展观来制订和落实航天运输系 统发展规划， 开展航天运输系统学科建设，从支撑航天运输系统发 展的软硬件环 境建设条件出发，重点研究相关行业政策、重点领域 、人才培养、 经费投入、基础平台、管理体制等核心要素，保障和 促进我国航天 运输系统的持续、健康发展。对我国航天运输系统学 科的整体发 展，提出以下发展建议。 　　(1)统筹规划，加强顶层设计。 　　随着航天运输系统的国际化和商业化等多元化发 展，世界航天 发射市场的竞争日趋加剧。要想在激烈的竞争中脱颖 而出，科学合 理地分配和利用人财物等资源，充分发挥航天运输系 统在航天事业 中的作用，在竞争中占据优势，必须努力提高核心竞 争力，而航天 运输系统学科建设将推动航天运输系统的快速发展。 　　进行学科建 设，首先要统筹策划，从顶层谋划布局，整体优化， 形成一套完整 的学科体系。 　　(2)不断加强我国航天运输学科的理论体系研究 ，优化我国航 天运输系统学科的建设方案。 　　航天运输系统学科的发展对中国的航天科学研究 具有重要的意 义。一门新学科的建立是一项艰巨的任务，在建设过 程中首先要考 虑开展理论体系研究。目前，我国航天运输系统学科 的发展以未来 的航天重点工程为牵引，注重成果的工程应用，理论 体系研究相对 薄弱，学科下属专业发展不平衡，制约了我国航天运 输系统的全面 发展。其次要注重学科的交叉性和应用性的特点，充 分利用现有研 究基础，不断补充和完善航天运输系统学科体系，加 强薄弱学科专 业和技术的发展力度，优化我国航天运输系统学科的 建设方案，在 此基础上，开展航天运输系统重大专项论证和关键技 术预先研究， 支撑我国航天事业未来更好地发展。 　　(3)完善研究与教学培养体系，加强人才队伍的 建设和培养。 　　科技人才是航天运输系统学科自主创新和技术发 展的主体，建 设一支高素质的科技人才队伍是提高航天运输系统学 科竞争力的有 效途径。航天运输系统学科乃至航天事业要走科学发 展的道路，必 须将科技人才队伍建设纳入总体发展战略，科学制定 科技人才队伍 建设的目标任务和政策措施，认真研究相关政策措施 的协调性，注 重对领军人才的培养和使用。 　　(4)重视预先研究，增强航天运输系统学科领域 的创新能力。 　　现阶段，我国航天运输系统学科预先研究面临很 多艰巨、繁重 的任务，必须要积极适应我国航天事业发展的新形势 和新任务，紧 贴航天运输运载器研制的实际，准确把握预先研究工 作的特点和规 律，加快国防科技创新体系的建设，为我国航天运输 系统跨越式、 可持续发展提供有力保障。 　　(5)加强航天运输系统学科的基础技术问题研究 和基础建设。 　　航天运输系统学科的发展涉及多方面的基础技术 ，也需要多方 面基础建设的保障。基础技术问题的研究，基础建设 的发展，是保 障航天运输系统学科发展的关键，因此必须加强统筹 规划，合理促 进和加强航天运输系统的基础问题研究和基础建设。 　　(6)探索创新管理模式，为航天运输系统学科的 发展提供 动力。 　　探索创新人才管理模式，充分尊重科技创新规律 ，鼓励大胆创 新，正视失败，营造出对科技人才充分尊重、理解和 宽容的良好氛 围；必须将学科发展与科技人才自身发展紧密联系起 来，强化科技 人才的责任感和主人翁意识，使其能够以更饱满的热 情投入科技创 新工作当中。 (7)建立航天运输系统学科建设研究的长效机制 。 　　航天运输系统学科是一门新兴学科，也是一门应 用性、实践 性、交叉性非常强的学科，一定要注重理论研究与工 程实践的联 系。航天运输系统学科的建设，不是一朝一夕就可以 完成的工作， 需要大量的人力、物力和财力，可以通过建立航天运 输系统学科建 设研究的长效机制，与高校沟通，探索产学研结合研 究，构建一个 科学完整的航天运输系统学科体系。

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