世界航天科技发展现状与趋势
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一、世界主要航天国家与地区航天科技发展现状与能力分析
21世纪以来,航天科技工业发展进入新的阶段。运载器及其技术继续向满足大吨位、高可靠性、高环保性及强适应性的方向发展,同时向低成本、快速响应方向发展;卫星向高可靠、长寿命、高空间与时间分辨率、大容量、高速率方向发展;人类逐步突破地球轨道载人航天技术,正在向载人深空探测发展。
1.运载器及技术
新一代大中型一次性使用运载火箭技术已基本成熟,其设计思想遵循通用化、系列化、模块化并采用大直径、少级数结构和大推力液体火箭发动机;到目前为
止,美、欧、日新一代运载火箭
如德尔它4、宇宙神5、阿里安5、
H-2A等均已服役,俄罗斯与中
国也正在加紧研制。美国与俄罗
斯的现役小型运载火箭如飞马
座、金牛座、起跑号、第聂伯等
大多从战略导弹衍生而来,可进
行一定的机动发射,但快速响应
能力不足。完全重复使用运载器
技术尚未实现突破,只有美国在
役的航天飞机是目前世界上唯一
能部分重复使用的运载器。
现役主流运载火箭近地轨道
运载能力已超过20吨,地球同步
转移轨道(GTO)运载能力达到
10吨,可实现一箭双星、一箭多
星等多种发射。小型火箭近地轨
道运载能力为500千克。航天飞机
可运送30吨货物到近地轨道,可
发射卫星或向国际空间站运送人
或物。现役火箭的发射成功率较
高,宇宙神5、阿里安5和H-2A等
的发射成功率达到了92%左右。
2.卫星系统及技术
近几年来,美国、俄罗斯以
及欧洲国家等世界主要航天国家
均在积极开展应用卫星的更新换
代。其中雷达与光学高性能卫星
遥感技术扩散迅速,尤以欧洲、
以色列发展迅速;欧洲与美国陆
续将新一代军用通信卫星投入现
役;美、俄的导航卫星正在升级
改进,欧洲的伽利略系统成功进
行在轨验证。
新一代遥感卫星采用多类型
传感器,可全天候、全天时工作,
有较高的空间分辨率;民用通信
卫星的固定、广播与移动业务日
趋融合为新一代宽带多媒体通信
卫星,而新一代军事通信卫星通
信容量增长了10倍(“宽带全球卫
星通信”(WGS)单颗星可达3.2
吉比/秒);现役全球导航定位卫星
GPS可提供全球性、全天时、全天
候、高精度导航定位信息和精确授
时,具有一定的抗干扰能力。
3.空间对抗系统及技术
目前,只有美国与俄罗斯形
成了以地基为主、天基为辅的空
间态势感知系统,当前天基系统
还主要依赖在轨的导弹预警卫
星。空间防护技术则停留在对高
空核爆、射频、激光和动能武器
的攻击探测和抗核加固等一些有
限的本体防护装置上。反卫星武
器技术美国发展得最多、最全
面,但当前进入实战部署的一般
为软杀伤装备。
世界空间对抗技术的发展、
应用还处于初级阶段,其中空间
目标监视系统能力较强,美国相
关设备低轨探测精度可达10厘
米,定位精度可达1千米;初步
形成了有限的攻击告警能力并应
用了多种有针对性的防护措施;
反卫星装备具备实战能力的较
少,大多处于技术储备阶段。总
体来讲,包括美俄在内的国家空
间对抗能力都十分有限。
4.载人航天系统及技术
美国发起的、诸多国家参与
航天科技的发展给国家安
全、科技进步、经济发展、环
境监测、资源保护、减灾救灾
等军、民、商诸多领域均带来
了日新月异的变化。21世纪,
越来越多的国家认识到航天科
技发展的重要性,掀起了新一
轮航天科技竞争热潮。我国航
天科技工业已取得一定成绩,
但与世界一流航天国家还有相
当差距。跟踪研究国外航天科
技发展、把握世界航天科技发
展的竞争态势,对我国着眼跨
越式发展、尽快赶超世界航天
先进水平、统筹谋划我国航天未
来发展战略具有重要的现实参考
意义。
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中国航天2009年第11期
的国际空间站建设终于要在2010
年竣工,标志着人类载人航天向前迈进了一大步。当前向国际空间站运送人员与货物的主要为美国部分重复使用的航天飞机与俄罗斯的一次性使用宇宙飞船联盟号。但航天飞机的载荷重量要远大于飞船。中国也发展了神舟号载人飞船,成为世界上第三个拥有载人航天能力的国家。
人类基本突破了地球轨道载人航天的关键技术,研制成功多种载人运输系统以及在太空长期运行的载人空间站。其中以美国的载人航天能力最为强大,俄罗斯有深厚的载人航天技术储备,中国初步具备载人航天技术,欧洲与日本载人航天能力有限,印度正在发展。
5.深空探测系统及技术
当前深空探测开展最多的是月球探测,美国、俄罗斯、欧洲、日本、中国、印度均成功发射过月球探测器,只有美国与欧洲成功进行了火星探测,其中美国已经成功在火星表面着陆,尚未全面实现对水星、木星、土星和冥王星等行星以及小天体的探测。各国根据各自不同的技术能力水平,在探测方式的选择上呈现多样性。
深空探测目前主要以无人探测为主,其中无人探测器绕月探测技术已被普遍掌握。美国深空探测能力最强,是世界上唯一对太阳系内所有行星都进行过探测的国家,而且具备了火星着陆能力。世界主要国家掌握了巡视器、探测器、轨道设计、原位资源利用、微推进系统等多种深空探测关键技术,并对新型技术进行了飞行演示验证。
二、世界主要航天国家与地区
航天科技发展战略与政策分析
世界主要航天国家与地区根
据各自的航天科技基础以及国情
需求,并针对当前的世界环境,
纷纷调整或制定了具有时代特点
的航天科技发展战略与规划。美
国出台了一系列航天科技发展战
略与规划,其中具有代表性的分
别为空间探索计划和空间防护战
略;2008年欧空局部长级会议批
准了一系列指令性计划和选择性
计划,旨在合作与独立开展航天
科技活动;俄罗斯航天最近几年
投资和重视程度回升,出台了
《2006~2015年俄联邦航天计划》
等战略规划;日本、印度、韩国
等周边国家的航天科技水平发展
迅猛,热情高涨,纷纷出台了各
自的航天发展规划。
各国的航天活动均在其航天
科技政策指导下开展。美国航天
科技政策体现了其谋求航天科技
遥遥领先于其他国家的野心,是
其不断追求航天前沿技术创新的
原动力;欧洲航天科技政策更多
的体现于多国合作探测与利用空
间,同时主要向民用转移。俄罗
斯航天科技处于复苏阶段,吸收
市场力量,激励人才可起积极的
促进作用;日本、印度和韩国等
一方面加强国际合作和技术引
进,一方面鼓励自主研发,从而
快速提高自身的航天科技水平。
三、世界航天科技未来发展趋势
世界主要国家的航天发展目
标将由以政治和军事目的为主转
变为满足政治、经济、军事和科
技等多方面的综合需求。在这种
背景下,世界航天科技呈现了新
的发展趋势。
1.运载器及技术
目前美国、欧洲、俄罗斯、
日本与印度等国家正在实施一次性
运载火箭的改进升级和发展计划,
以进一步提高一次性使用运载火箭
的性能,降低发射成本,提高可靠
性;同时在新一轮探月热潮的牵引
下展开了部分重复使用的重型运载
火箭和飞船的研制工作;快速响
应小型运载火箭也是目前的发展
热点。美国、俄罗斯等还在持续
开展完全重复使用运载器技术和
高超声速技术发展计划。
当前国外运载器发展日趋理
性、务实,基本上按照技术成熟
情况规划今后20年的发展路线:
技术成熟的一次性运载火箭仍是
世界各国的发展主流,快速响应
型小型运载火箭经济、快速,代
表了运载火箭技术发展的另一个
方向。重复使用运载器目前主要
发展较为容易的部分重复使用运
载器,坚持探索完全重复使用运
载与高超声速飞行技术。重点突
破总体优化设计技术、箭体结构
技术、先进推进技术、材料与防
热技术等实现完全重复使用运载
器和高超声速飞行器的关键技术。
2.卫星系统与技术
以美国、俄罗斯、欧洲为代
表的国家和地区都在加紧实施自己
的新型卫星计划:新一代“天基红
外系统”(SBIRS)预警卫星、
“全球环境与安全监测”(GMES)
环境监测卫星、“先进极高频”
(AEHF)卫星、“移动用户目标
系统”(MUOS)军用移动卫星、
全Ka波段民用通信卫星“卫讯”1、
新一代全球定位系统GPS-3与
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Nov.2009Aerospace China