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艾瑞:崛起中的中国航天    

发射频率逐步提高

全球加快航天发射步伐,2021年将创全球发射记录

2018年是中国航天大放异彩的一年,全年发射39次。北斗建设提速,电磁监测试验卫星等国家项目上马,并且2018年中国商业航天公司在沉寂多年后开始崭露头角等要素,都为中国航天崛起提供了实质性的支撑。而这种进步也使得全球火箭每年发射次数突破100大关,并且基本能够维持在每年100箭的水平。根据目前市场公开的消息,单就中美俄三国在2021年规划发射的火箭就高达135枚,如果疫情能够得到控制,使计划顺利实施,那么2021年将创下人类火箭发射记录。

在2018年中国航天明显提速后,2019年12月27日,具有决定性影响的长征五号火箭复飞成功,这代表中国在空间技术领域有了实质性的突破。运载能力的提高,很快会对深空探测,太空资源应用,自然科学等领域产生促进,这也将对固有的欧美排我性航天联盟形成冲击。恰逢科技成为全球竞争新格局的焦点,所以美国很快对航天领域展开进一步部署,太空军的成立,重返月球计划等都力求在航天领域对中国保持绝对优势。整体来看,未来依然充满艰险。

运载能力逐渐增强

推力有多大,运载能力有多强,空间舞台就有多大

目前,火箭推力与运载能力决定人类可以携带多少设备和资源进入太空,所以在发射频率提高之外,火箭能力的提升也是全球航天发力的关键要素。中国长征五号之后的“新火箭”,在起飞推力方面和过去有明显的提升,这也是中国航天产业未来想象空间的先决条件。中国的天宫空间站核心舱重量22吨,所以从全球现役火箭运载能力上看,能够负担近地轨道20吨以上重量这种任务的火箭只有六型。而这六型火箭在执行地球同步轨道以及更艰巨的深空探测任务时,可负担的载荷重量也非常有限,所以从全球视角来看,人类飞出地球摇篮的能力依然较弱。值得安慰的是,中国长征五号的运载能力已经达到国际顶尖水平,这也使我们在太空探索领域有了新的话语权。

战略重心逐渐转移

从空间往返,到空间驻留

1971年,前苏联发射了世界第一座空间站礼炮一号,在轨运行近半年后,礼炮一号空间站结束任务。辗转来到1986年,和平号空间站核心舱发射升空,由此开启了人类长时间驻留空间的历史。和平号空间站运行的15年间,共有31艘载人飞船、62艘货运飞船与其对接,28个长期考察组和16个短期考察组先后访问过和平号空间站,共进行了16500次科学试验,完成了23项国际科学考察计划。直到2001年和平号空间站坠落于南太平洋预定海域。1998年,至今还在运行的国际空间站曙光号功能仓发射升空,后续国际空间站的建成,延续了人类驻留太空继续完成科学实验的使命。预计2024年到2028年间,国际空间站也将退役。截至目前,尚无新的国际空间站建造计划发布。

在此期间,中国天宫空间站核心舱预计2021年发生升空,整体空间站预计2022年投入使用,曾经将中国拒之门外的欧美排我性太空联盟进得以进一步瓦解。而此举也意味着,困扰中国多年的长时间空间环境问题得以解决,未来天宫空间站内的科研实验和相关技术验证,都将对中国未来空间技术和自然科学的进步提供巨大支撑。而且随着詹姆斯韦伯太空望远镜在今年大概率发射升空,美国X37B空天飞机及中国可复用航天器的重大突破,未来长期驻留空间的太空应用将成为国际航天的发展重点,这些都势必让中国航天的战略重心,由空间往返,向空间驻留转移。

空间应用逐渐丰富

卫星发射明显增多,空间应用进入新技术集中实验期

2020年全球共发射卫星1281颗,其中星链卫星占833颗,2021年疫情如能得到稳定,卫星发射数量将创下新高。如果排除星链卫星数量对数据的干扰,可以发现自2018年开始,全球对于空间应用的探索与开发迎来新高潮,各类科学、深空探测和技术验证类卫星和航天器发射占比显著提高,2019年达到峰值45.4%,2020年骤然降低亦是疫情影响。这背后得原因是:随着运载能力和科技能力的提高,卫星和航天器等载荷质量和能力都得到了有效提升,这使人类具备了在宇宙中实践更多新技术的能力,这些能力如果成为生产力,就需要大量试验卫星验证。量子通信、空间站、引力波探测以及新型太空望远镜等复杂应用都将享受卫星工业能力提升带来的支持,广义上看,星链卫星本身也是新的空间应用。并且,这个趋势伴随而来的问题是,新型材料和新技术需要在空间中得到可行性的验证,这亦会促进科学验证类卫星的发射规模。通常这类材料和技术验证卫星需要至少两年的在轨时间监测,可以预计2022到2024,科学验证类卫星的成果会集中显现。

基础设施逐步完善

具备国际顶尖发射及测控能力,但尚需继续强化

2016年6月25日,长征七号从海南文昌发射场顺利升空并完成任务。对标美国卡纳维拉尔角空军基地,这标志着我国也拥有了可最大限度利用地球自转惯性的优质发射场。经过四年的发展,长征五号,长征五号B,长征七号甲,长征八号等高性能新火箭,都从文昌顺利升空,并完成包括天问一号在内的深空探测任务的发射,基建保障能力得到完美验证。进入2020年,中国航天产业链上相关的民营机构加快基础设施的建设,在全球各地相继建好测控站,并与国际机构达成战略合作,提高了中国测控能力,并以商业化的方式,在一定程度上降低了成本。

但相比于美国和俄罗斯这两个传统航天强国来说,我国基础设施还需要继续强化,美国不仅在发射场数量上有优势,仅卡纳维拉尔角空军基地一处发射场的发射工位,就比中国四个发射场发射工位的总和还要多。而且值得注意的有两点,第一是美国很多发射场是只供近地轨道发射的,第二是蓝色起源和SpaceX这两个商业航天公司均有属于自己的专用发射场。航天是一个需要实证和技术验证的系统工程,所以这些低轨发射场和专用发射场,对美国本土的航天技术发展大有裨益。

崛起中的中国航天

亚轨道测试和低轨星座将进一步刺激航天需求

2016年至2019年,美国探空火箭发射次数呈现上升趋势,探空火箭以及由常规火箭送入轨的试验卫星,都是为了下一代技术储备进行的必要实验,而中国在这方面却略显保守。实际上对于中国的商业航天来说,迅速积累大量实验数据,是有效降低航天整体成本,提升效率,研发新材料等科研任务的重要方法,随着中国整体航天能力的增强,未来实验验证体系也必然随之完善,由此会带来新市场和新需求。

除此之外,基于星链计划带来的全球低轨星座热潮,也将为中国航天带来新的需求。除了低轨通信星座以外,低轨导航增强星座,低轨物联网星座都是基于低轨技术衍生出来的新生事物,这些星座在理论上可以对当下互联网公司、新能源汽车公司、智能装备公司和智慧城市等产业链相关方的建设提供助力,无论哪一个星座率先组网,都将引爆这个市场。


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