民用航天產業的發展趨勢和重點方向

文/

趙 越 胡傳甲

“航天”是進入、探索、開發和利用太空以及地球以外天體的各種活動的總稱，涉及空間飛行、太空飛行、宇宙航行或航天飛行等。進入21世紀以來，航天領域不僅快速發展勢頭不減，經濟規模持續增長，產業結構不斷最佳化，而且空間科學、空間技術、空間應用多點突破，新裝備、新技術層出不窮，特別是商業航天的發展亮點紛呈。

全球航天產業的總體發展趨勢

近年來，世界航天發展的總體態勢與特徵表現為“重、優、強”。“重”在航天戰略地位，“優”在航天產品體系，“強”則在航天對世界經濟發展的牽引帶動作用。

航天在國家安全與經濟社會發展中的戰略地位更加重要，主要航天國家持續加強戰略引領。隨著大國關係深度調整，美國、俄羅斯、歐洲、日本、印度等航天國家和地區在出臺的國家安全頂層戰略和綜合性規劃中，把航天擺在更加重要的戰略地位。其中，美國以保持“領導地位”為目標，全面推進航天技術發展。美國持續釋出《國家安全戰略》《國防太空戰略》和新版《國家太空政策》等檔案，為美國航天領域未來10年的發展提供全面指導。檔案突出強調為了維護國家安全，美國在空間必須擁有絕對的主導地位和行動自由，明確將太空作為關鍵作戰疆域加以積極備戰。俄羅斯以大國復興為目標，系統全面規劃，大刀闊斧改革。2016年，俄羅斯政府通過了《2016—2025年聯邦航天計劃》，提出以空間衛星叢集為基礎，同時研製具有前景的新型運載火箭和航天綜合裝置，為國家經濟、科技和國際合作領域服務，並保護俄羅斯居民和土地免遭自然災害和人為侵害。歐洲議會2018年7月批准《歐洲國防工業發展計劃》，明確在2019—2020年重點支援衛星通訊、進入空間、對地觀測等航天領域技術發展。2021年9月，英國國防部發布了《國家太空戰略》，旨在為實現英國在太空中民防結合創造優勢條件，將英國建設成世界上最具創新性和吸引力的太空經濟體之一，並針對最具有影響力的機遇和關鍵的跨領域推動因素制定了10項計劃。2018年3月，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）釋出《第四期中長期發展規劃（2018—2025年）》，涵蓋衛星導航、遙感、通訊、航天運輸、太空態勢感知、海洋態勢感知和早期預警等領域的重點航天專案、航天領域跨機構研究方法方向、重點航空科學技術，以及航空航天領域國際合作、利用資訊系統和確保資訊保安等具體措施。

航天產品體系進一步最佳化，航天產品應用和服務領域逐步拓展。近年來，世界範圍內航天產業呈現以下趨勢：運載器及其技術繼續向滿足大噸位、高可靠性、高環保性及強適應性的方向發展，同時向低成本、快速響應方向發展；衛星向高可靠、長壽命、高空間與時間解析度、大容量、高速率方向發展；人類逐步突破地球軌道載人航天技術，正在向載人深空探測發展。在運載火箭領域：美國成功實現獵鷹重型運載火箭首飛，其近地軌道運載能力達到63。8 t，是目前世界上唯一服役的重型運載火箭；近期，我國長征九號則推出改進型，發動機增加至10臺。在衛星領域：我國完成了北斗衛星導航系統的核心星座組網；美國成功發射第三代全球定位系統衛星；俄羅斯發射了水文氣象衛星電子-L3號，開啟衛星導航系統的全面更新換代；歐洲的“哥白尼計劃”透過“哨兵”系列衛星開展全球環境與安全監測，並不斷擴大其資料庫建設及合作共享；日本H-2A運載火箭於2021年成功發射準天頂衛星系統的第五顆衛星，取代11年前發射的已老化導航衛星，增加系統穩定性。航天產品應用與服務的領域和型別不斷拓展，由私營航天企業研製的載人火箭和飛船承接政府的載人航天任務，美國國家航空和航天局提出商業月球有效載荷服務計劃，將利用私營企業研製的月球探測器進行月球探測。此外，美國頒佈《商業太空發射競爭法案》，允許美國公民開採小行星資源，為商業開發利用外空資源提供法律依據。

航天總體規模延續擴大態勢，商業航天在航天經濟總量中的佔比超過4/5。世界航天產業發展雖然受到全球經濟危機帶來的影響，但2008年以來一直保持上升勢頭。美國航天基金會公佈的報告顯示，全球航天經濟總量從2008年的2 570億美元增至2020年的4470億美元。主要航天國家在航天領域的投資規模總量雖然逐年增加，但政府投資所佔比重呈逐年下降趨勢，2020年的政府開支減少了1。2%，說明整個航天產業蘊藏的內生活力仍在逐步釋放。2020年，商業活動繼續在航天經濟總量中佔據大頭。商業航天產品與服務收入為2 194。4億美元，佔比達49。1%。商業基礎設施與保障活動佔據了1 372。3億美元，佔比為30。7%。此外，航天發射活動次數有所增加。2021年上半年，全球共成功進行了61次航天發射，而2020年前6個月是45次，2019年同期是41次。推動商業航天經濟規模持續擴大的原因：一方面是航天商業應用領域的擴充套件和應用程度的逐步深入；另一方面是大型航天企業調整經營策略，進入新興商業航天市場並持續提升競爭力，同時一批新興航天企業崛起成為商業航天發展一支新力量。

航天產業的未來重點方向

人類對太空的嚮往從未停止。隨著各國政策逐步放寬、航天產品製造成本逐漸下降、資本和新興企業大量湧入，民用航天的規模和應用服務將被推向新的高度。

● 新一代裝配生產智慧化與柔性化

航天裝備製造是國家高精尖先進製造技術的代表。航天產業的商業化，其本質是要將科研轉為工業的模式。在追逐工業化，朝著規模化製造、批次化發射的終極目標下，需要最佳化傳統制造流程，突破成本關。由此，無論是火箭和衛星總體公司，還是零配件服務商，需要有更商業化、更突破常規的設計和佈局，從而適應產線的小規模批次生產以及低成本研製模式，重點發展“柔性控性”和“類流程製造”的能力，以及多機器人協同控制、人機協同、自適應模糊控制、3D列印等前沿技術。

● 新材料蘊含著新希望和新力量

航天高新技術的發展催生新材料需求不斷演變，新材料作為航天領域的重要物質基礎，正朝著高效能化、結構功能一體化、多功能化、複合化、智慧化、低成本以及與環境相容的方向發展。例如：航天對高溫結構材料的需求推動了高溫合金、陶瓷基和金屬基複合材料、金屬間化合物、金屬陶瓷、碳-碳複合材料等新材料的快速發展；飛行器的輕質化需求推動了異質、異形、異構的材料運用專門成型工藝複合而成的高效能複合新材料的發展，其中結構與功能一體化、智慧化結構複合材料成為材料領域發展的重要趨勢之一。目前，碳纖維增強複合材料（CFEP）、陶瓷基複合材料（CMC）、環氧基及環氧酚醛基纖維增強材料、金屬基複合材料等一大批先進新型材料成為研製和應用轉化熱點。

●在軌衛星及衛星網際網路的綜合應用開發

縱觀各國航天發展的戰略和計劃，預計2020—2030年將是全球低軌衛星網際網路建設的高峰期。美國衛星產業協會（SIA）釋出的《2020年衛星產業狀況報告》顯示，2020年全球在軌執行衛星數量達到3 371顆，全球衛星產業總收入佔到航天產業收入的73%。衛星網際網路具有資訊獲取面廣、獲取同步、獲取頻次高和傳輸迅速等優勢，2020年4月其作為重要的資訊基礎設施被納入我國“新基建”政策支援的重點方向，以通訊、導航、遙感三大模組為主，在數字中國、國家資訊高速公路、智慧城市建設、農業轉型升級、物聯網發展以及服務人民生產、生活等方面具有顯著優勢。

●新能源產業鏈的垂直整合和橫向延伸

航天技術民用化推動了家用光伏電站技術和品質升級，拓展了儲能電池及關鍵材料、智慧能源服務等領域的健康發展。聚焦“碳達峰、碳中和”，在推動氫能利用領域高階技術裝備研發基礎上，將氫氧火箭發動機技術和氫的生產、儲運和供應技術轉化應用於綠色清潔氫能綜合開發，積極佈局氫能關鍵技術開發與產業化，形成氫能低碳化、規模化生產與應用，推動綠色清潔氫能產業化發展。

●支援航天技術和改善人類生活的服務業

圍繞製造業服務化轉型需求，在民用航天產品研製和發展的過程中，研發設計服務、生產性服務、軟體及資訊服務等專業配套服務是不可或缺的。與此同時，利用航天技術的公共服務也將為人們營造出新的生活場景，行動網路服務、地球觀測應用及服務、導航應用程式和服務等在未來幾年內有望成為民用航天的高增長領域。此外，航天器的空間作業能力開始受到關注，空間在軌服務等新興行業將成為未來太空競賽的重要方向。

民用航天發展的總體趨勢

民用航天作為戰略性科技力量，逐漸成為推動國家創新體系建設和產業高質量發展的重要支撐。民用航天的發展總體呈現出3個特點。

一是創新。創新不僅是研發創新，還包括管理創新、模式創新等非研發創新。尤其是商業模式方面，不斷嘗試與市場融合，嘗試向社會逐步開放服務，特別在空間應用領域，與數字經濟融合發揮出更大的價值。

二是協同。充分發揮國家戰略資源的作用和效率，以及民營企業的創新和靈活，使得傳統航天與民用航天逐步協同合作，構建更豐富、更完善的產業生態，開拓更多空間應用場景，具備更完善的空間資訊、資料等能力，建立服務體系來促進各產業之間的融合。

三是可持續。航天是面向未來的產業，投資大、風險大、週期長、回報慢，在資源配置方面需要以可持續的、發展的眼光來看待問題。無論是航天製造、衛星應用，還是新能源和新材料開發、服務配套等市場拓展，更看重技術能力和長期發展以及其未來的發展空間。

趙越，上海市科學學研究所產業創新研究室副研究員。

胡傳甲，上海科學技術交流中心高新技術發展處處長，高階工程師。