国外重点国家航天发展战略(2018-2025)

转自远望智库空天大视野2019年7月10日
 

来源:高端装备发展研究中心  作者:太阳谷

导读:近年来,各国纷纷制定和出台了一系列航天领域战略、规划、计划和政策,引导、规范、鼓励和促进本国航天活动的开展,世界航天呈现蓬勃发展态势。

        一.美国        

1  美国制定首个《国家航天战略》

2018年3月23日,白宫发表声明称,特朗普政府已制定《国家航天战略》,这是美国历史上首份“航天战略”。白宫并未发布战略全文,仅发布战略要点。根据白宫声明,这份战略秉承了特朗普政府的“美国优先”理念,阐述了如何保护美国在太空的利益,包括修订军事航天方略、改革商业航天监管等举措。

2  战略要点

2018版美国《国家航天战略》要点包括:
■ 美国优先
新的国家航天战略遵从美国国家安全政策,将美国利益摆在首要位置。新战略将确保各类国际协议将美国人民、工人和各项业务置于首位。特朗普政府国家航天战略将美国利益和福祉摆在首位,确保该战略使美国更加强大、更有竞争力、更加伟大。新战略强调要使国家安全航天、商业航天和民用航天三个领域更具活力,同时要加强三者间的合作。美国将与商业界合作,确保美国企业保持在航天技术领域的世界领导者地位。新的国家航天战略将监管改革作为优先事项,以释放美国工业界活力,确保美国保持全球领先的太空服务与技术供应商地位。
■ 秉持美国精神实现航天卓越发展
新的国家航天战略以美国精神传承美国的开拓和探索传统,建立在美国的开拓和航天飞行传统之上,为美国下一代开展太空探索奠定了基础。新国家航天战略明言,保护由太空带来的科学、商业和国家安全利益是特朗普政府的最高优先级。美国将继续引领创造并运行维护对美国繁荣、安全和生活方式十分关键的太空系统。该战略将实施振兴措施,确保美国在太空的领先与成功。
■通过力量维持和平
特朗普的航天战略以国家安全战略为基础,强调以实力维持太空疆域的和平。国家航天战略保护美国在太空中的核心利益——确保不受阻碍地进入太空,并在太空中自由行动,以保障美国安全、促进经济繁荣、推动科学进步。因此,特朗普政府的新战略要求加强太空活动的安全性、稳定性和可持续性。该战略申明,任何对美国太空架构关键部件的有害干扰或攻击,都将直接影响到这一重要利益,美国将在其选定的时间、地点,以其选择的方式和领域予以审慎回应。新国家航天战略认为,美国的竞争对手和敌人已经使太空成为作战域。虽然美国希望太空疆域免遭冲突,但仍将为迎接和克服太空疆域出现的任何挑战而做好准备。根据这份新战略,美国将设法在太空疆域中慑止、反制和击退对美国及其盟国的国家利益怀有敌意的威胁。
■ 统一方法的四大要素新版国家航天战略推动美国政府采取措施保持美国在太空疆域的领导地位,并与私营机构和盟友建立紧密合作关系。新版国家航天战略以四大要素为基础:
        二.俄罗斯        
为振兴航天产业,保持本国航天技术处于世界领先水平,巩固航天强国地位,俄联邦在航天领域出台了许多法案并制定了一系列战略规划。其中《2016-2025年俄罗斯联邦航天规划》(简称《十年规划》)明确指出了近期一段时间俄联邦航天发展的主要目标、优先方向、实施阶段和主要任务等。
1、主要目标
持续发展卫星及卫星应用,以满足国家在社会经济、科学技术和国际合作等领域的需求,确保居民和领土安全,降低自然灾害及紧急情况造成的危害,有序推进载人航天工程,同时进行先进系统和技术研发,用以支撑航天活动领域国家政策的顺利实施。
2、优先方向
为实现航天活动领域国家政策的主要目标,确定以下航天活动具有优先权:3、实施阶段
第一阶段(2016-2020年):主要使用上一个规划期内研制的航天器,扩大社会经济和科研用途的在轨卫星及星座,并提早为规划中的航天综合设施建设打造关键技术、组件及专用仪器,同时进行现代化技术升级,创建世界领先的运载火箭工艺生产和试验基地。第二阶段(2021-2025年):对在轨卫星及星座进行维护,并对部分卫星进行更新替换,使其达到世界领先水平。同时,为2025年后计划建造的先进航天综合设施提前打造关键技术、组件及专用仪器。
4、主要任务
俄联邦民用航天发展的主要任务共涉及5个领域,即通信、对地观测、空间探测和空间科学、载人飞行以及先进技术领域。
■通信领域扩大在轨通信卫星及星座,计划使在轨卫星数量从2015年的32颗增至2025年的41颗。主要任务包括:打造多功能卫星中继系统;创建可以服务于16万用户的个人移动卫星通信系统,且俄联邦境内用户平均等待时间不超过12min等。2025年之前,计划实现以下目标:◆ 确保总统和政府拥有完备的移动通信服务,广播电视节目覆盖俄联邦全境;◆ 确保国家权力机关部门的通知、电话和文件精神可以及时传达,并对极其重要和危险的设施进行实时监控;◆ 确保对低地球轨道卫星及“国际空间站”进行全天候中继保障,以及运载火箭和助推装置发射时遥测数据的传输;◆ 将提供直播、高清电视、宽带上网、数据传输、视频会议、部门和企业通信网络服务的通信卫星系统能力提高2.5倍及以上。为解决北极地区远程通信保障问题,将在高椭圆轨道部署通信广播卫星。

俄罗斯“流星-M”气象观测卫星

■对地观测领域

扩大在轨对地观测卫星及星座,计划使在轨卫星数量从2015年的8颗增加至2025年的23颗,这些卫星可以降低俄联邦对国外航天信息数据的依赖性,同时履行全球水文气象观测领域的国际义务。

提升对地观测卫星及星座能力,提高地区短期天气预报的可靠性,增加对近郊和农村居民点建筑情况、道路建设、周边森林情况(燃烧、砍伐等)数据的获取频率。

此外,对地观测卫星及星座综合系统可以用来创建自然资源资料汇编、确定突发事件的地点和范围、监测北极冰川情况。“国际卫星搜救系统”主要用于灾害预警和无线电浮标定位。为履行俄联邦在该系统中承担的国际义务,计划在“流星-M”水文气象保障卫星上安装“国际搜救卫星系统”专用设备。

在这一规划范围内研制的对地观测卫星,其主要性能较上一规划期相比将显著提升,达到世界先进水平。

■空间探测和空间科学领域

2025年前计划发射15个航天器,主要包括:“火星生物学”(ExoMars)火星研究国际项目;实施天体物理对象科学研究计划;实施月球计划的第一阶段,建造并发射至少5个月球探测器(包括绕月探测器和落月探测器),并使用无人探测器在月球表面开展研究并将土壤样本带回地球。

俄罗斯与欧洲合作的“火星生物学”项目示意图

2025年以前发射以下航天器:

◆ 2颗用于天体物理科学研究计划的卫星——光谱RG(Spectr-RG)和光谱-UF(Spectr-UF);

◆ 2颗用于研究飞行过程中对不同机体产生失重和电离辐射综合效应的卫星——生物-2和3(Bion-2、3);

◆ 8个用于月球、火星和太阳系行星研究的探测器——“月球-全球”(Luna-Glob)、“月球-资源”(Luna-Resurs)轨道飞行器和着陆器(包括备份)、火星生物学-1和2(ExoMars-1、2)、“月球-土壤”(Luna-Grunt)和远征-M(Expedition-M);

◆ 3颗用于太阳全视野监测、太阳活动和空间气象监测的卫星“凯旋门”(ARKA)、“共鸣”(Resonance)和“罗曼诺索夫”(Lomonosov)。

■载人飞行领域

2024年前将持续运营“国际空间站”,为俄罗斯舱段配备正在生产的组件,并为其补充可以在2024年后进行自主飞行的系统,确保在此基础上有能力建设独立的俄罗斯轨道站。

俄罗斯计划在2022年完成国际空间站本国舱段的建设

2024年前持续运营“国际空间站”,不仅可以用于开展服务社会经济领域的实验,还可用于确保月球及深空探测项目所需先进技术和航天综合系统的研发。

此外,在实施月球计划的第二阶段,预计在2021年开始新一代载人飞船的无人飞行测试,并于2023年向“国际空间站”进行第一次载人发射。

同时,规划预计为2025年后的大规模月球研究建立必要的技术储备,并在2030年前实现载人登月。为此,将在东方发射场建造用于发射大型航天器的重型运载火箭综合设施,并开展可用于发射大型航天器、载人飞船和月球轨道舱的重型运载火箭的研发工作,打造新一代载人飞船并进行飞行试验(至少发射3次),研制超重型和中型运载火箭综合系统的关键构件。

■先进技术领域

发展基础元器件和先进技术,对于确保国家航天技术和运载火箭领域的发展前景具有重要意义。为此,俄罗斯计划完成以下工作:

◆ 研制新型超高分辨率对地观测卫星和先进的中继通信卫星系统;

◆ 研制使用清洁燃料的运载火箭和航天器,为运载火箭研制核动力装置及轨道助推控制系统;

◆ 开发新型空间机械制造、电子设备制造、材料学工艺,使航天产品的可靠性达到世界先进水平。

在规划范围内充分落实上述计划措施,可以使新一代航天器的研制工作在已有航天器的基础上进行,进而降低成本并加速开发进程。此外,将持续增加在轨民用卫星数量,争取增至2025年的73颗。

确保运载火箭技术的可靠性和安全性,开发载人和非载人航天器飞行地面测试的方法和设备,打造俄罗斯空间应用基础元器件,发展近地空间监测和危险态势感知系统。

5、载人登月

据俄罗斯卫星通讯社2018年11月21日报道,俄罗斯航天国家集团公司科技委员会主席尤里•科普捷夫表示,俄罗斯将针对月球开发出台新的国家航天计划。登月将分成三个步骤,首先,俄罗斯将于2020年向月球发送自动站,并解决辐射问题。其次,在2028年的时候,俄罗斯将完成重型运载火箭的建设,以便于载人运输工作。最后就是在2030年,俄罗斯将首次完成登月。

        三.欧盟        
2016年10月26日,欧盟委员会发布《欧洲航天战略》(以下简称“战略”),明确了推进航天应用、强化航天能力、确保航天自主、提升航天地位四大战略目标;突出强调推进欧洲航天一体化,加强军民航天活动统筹。战略的出台彰显欧洲提升航天国际地位和全球市场竞争力、增强国际话语权和影响力的决心。战略于2017年实施,旨在引领2030年前欧洲航天发展。战略提出四大目标及推进措施,并强调通过泛欧航天合作来落实目标。
1、实现航天社会经济效益最大化
战略认为,虽然欧洲拥有世界领先的“哥白尼”、EGNOS以及“伽利略”三大卫星系统,在轨卫星18颗,未来10~15年将超过30颗,但航天应用不充分,尚不能充分获取社会经济效益。主要措施包括:制定空间数据政策,推动空间数据和产品的地面应用;搭建服务平台,升级航天与非航天数据接口,加强数据分发,方便数据应用;确保现有航天系统稳定运行与应用,着力建设第三代EGNOS系统、第二代“伽利略”导航定位系统和“哥白尼”对地观测系统,满足欧洲可持续发展、应对全球气候变化、安全防务等需求,获得更多的社会经济效益。
2、打造具有国际竞争力和创造力的航天产业
战略认为,欧洲既面临航天关键元器件高度依赖进口、国际竞争力不足等长期挑战,也面临大量新兴企业涌入航天、传统航天发展模式需要变革等新问题,需要加快提升航天领域的创新能力,打造具有国际竞争力和创造力的欧洲航天产业。主要措施包括:加强欧盟航天产品与服务采购体系的创新,采取新的有力措施吸引私人投资;支持在供应链的各个环节开展竞争,催生创业创新的生态系统;开辟新的融资渠道,创造新的商业机会,扶持创新和创业型企业;加大对航天科研的支持力度,全面提升航天创造能力。
3、提升进入和利用空间的安全和自主能力
战略强调,针对当前全球航天竞争不断加剧、欧洲面临的挑战和威胁日益增多的态势,必须确保欧洲在航天领域的行动自由和自主性。主要措施包括:一是确保独立、可靠、经济地进入空间的能力。未来10~15年全部采用欧洲“阿丽亚娜”6和“织女星”C火箭发射30多颗卫星;建设现代化、高效和灵活的航天发射基础设施;重点支持可重复使用、小型运载器技术等新型运载器技术的研发和创新;鼓励和推进商业航天发射等新的运行模式。二是提升无线电频谱安全和利用的能力。保护欧洲使用的无线电频率不受干扰,确保对无线电频谱的自由访问;在欧洲层面协调频率资源,在频谱分配协调中充分考虑航天系统的需求。三是增强空间态势感知和应对威胁的能力。提升和扩大对空间目标的探测能力和覆盖范围;加强对抗赛博威胁的能力;增强保护卫星系统、交通网、能源网、电信网等免受空间天气损害的能力。四是加强军民航天活动统筹。通过建设欧洲政府卫星通信系统、增强欧盟航天计划军事应用等措施,进一步推进军民航天活动统筹,增加系统弹性,降低成本,提升效率。
4、增强航天国际地位和全球市场竞争力
战略强调,空间探索、航天前沿技术发展越来越国际化。欧洲在国际航天事务中应发挥领导者作用,推动航天国际贸易,掌握话语权。主要措施包括:欧盟委员会将积极开展国际空间对话,就航天出口等问题与利益相关方进行积极对话;利用经济外交手段和贸易政策工具,消除贸易壁垒;降低对航天军民两用品出口的管制力度,支持欧洲企业进入国际市场;积极推动向非欧洲国家转移航天技术,为欧洲工业界开辟新的商业机会;通过“哥白尼”、“伽利略”、EGNOS等航天计划参与国际合作,扩大国际影响;联合欧盟各成员国、欧盟的其他机构和国际伙伴,共同推动各国负责任地开发空间及和平利用空间。
5、深化泛欧航天合作有效落实战略
战略强调,为推动欧洲航天战略的实施并取得实效,必须加强欧盟委员会、欧盟各成员国、ESA、欧洲全球导航卫星系统管理局、欧洲气象卫星应用组织、工业界、科研机构、用户之间的紧密合作。欧盟还将拓展与欧洲环保局等政府机构的航天服务合作;同时,为推进军民两用航天计划发展,还必须加强与欧盟对外行动署、欧洲防御局、欧盟卫星中心、ESA及其成员国的合作。
        四.日本        

2018年3月30日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)发布《第四期中长期发展规划》(2018-2025年),于2018年4月1日开始正式实施。文件涉及提高运行效率、完善财务分配等内容,重点阐述了为航空航天发展目标及为实现目标采取的计划。航天领域的具体计划涵盖卫星导航、遥感、通信、航天运输、太空态势感知、海洋态势感知和早期预警等领域的重点航天项目、航天领域跨机构研究方法方向、重点航空科学技术,以及航空航天领域国际合作、利用信息系统和确保信息安全等具体措施。

1、导航定位卫星。开发新型“准天顶”卫星并进行技术验证,实现获取高品质、高精度、高稳定性的导航定位信号。针对实时高精度轨道修正,精密轨道控制,对导航定位卫星的监视、分析和评价,卫星信号抗干扰、抗欺骗,卫星小型化和低成本化等课题开展研发活动,并与其他政府部门和科研机构开展合作。

2、遥感卫星。与政府和民营机构就卫星数据的开发与利用开展合作,特别是在防灾减灾和国土管理等领域,促进研究成果转化。研发可提高遥感精度的观测传感器技术、观测数据校正技术,为气候变化等全球问题做出贡献。研制并部署“温室气体观测卫星-2”(GOSAT-2)、“地球云和气溶胶辐射探测/测云雷达”(EarthCare/CPR)、“先进陆地观测卫星-3”(ALOS-3)、“先进陆地观测卫星-4”(ALOS-4)和“先进扫描微波辐射计-2”(AMSR-2)后继任务。

3、通信卫星。研制并部署工程测试卫星8(ETS-VIII)、数据中继试验卫星(DRTS)、宽带互联网工程试验与验证卫星(WINDS)等,提高卫星通信技术可靠性。与相关机构共同研发和验证电推进技术、高排热技术和GPS接收机静止接收GPS信号技术。研发大容量、隐蔽性强的卫星光通信技术,并利用DRTS和ALOS-3进行在轨验证。构建高速空间通信网络,满足地球观测大容量、高分解能力要求和防灾减灾实际需求。

4、空间运输系统。以保障国土安全、具备独立空间运输能力为目标,发展火箭发射技术并保持国际竞争力。在液体燃料火箭方面,研发低成本新型H3运载火箭,与民营机构合作研发火箭第一级重复使用等技术。当前日本空间运载能力处于由H-2A/H-2B型向H3型火箭过渡的阶段,应提高火箭发射成功率。在固体燃料火箭方面,持续推进Epsilon运载火箭的研发工作。

5、空间态势感知。开发空间态势感知(SSA)技术和系统,整合JAXA的SSA相关设施,研发空间碎片感知和危险规避技术。

6、海洋态势感知和早期预警功能等。发展对地观测卫星服务,研发卫星获取的船舶数据处理和分析技术,提高船舶故障检测率,利用ALOS-4开展船舶航行状态监测技术验证。深化与日本防卫省、海上保卫厅等政府安全保障机构的合作,根据安全保障需求开展相关技术研发。

7、空间系统功能维护。帮助评估空间系统脆弱性,为政府决策提供技术咨询,包括未来火箭发射场的更新维护,快速响应卫星等。

8、空间科学与探索。与国内外大学、科研机构开展多种形式的合作,推进空间领域的科学研究。探索宇宙起源、银河系及行星结构,探索太阳系生命起源,发展空间探测仪器和空间运输相关的空间工程技术。

9、国际空间站。提高近地轨道利用率,利用空间平台开展新药研制、延寿研究、小卫星释放等活动。在ISS框架下强化日美两国科技合作,开展共同研究、设施共享。发展载人驻留技术、自动化操作技术、长期载人探索任务所需的空间医学和健康管理技术。

10、载人空间探索。积极参与美国提出的月球基地建设项目等国际空间探索计划,发挥日本技术优势。开发空间补给、载人空间驻留、载人月面着陆和高精度导航等技术。

11、卫星应用技术。开发卫星运行轨迹监测技术,维护和升级卫星天线等设备。开发环境试验技术,包括震动、热真空环境下的缓冲技术等。

       五.韩国        

2018年2月5日,韩国航天最高决策机构——韩国国家航天委员会召开第14次会议,审议并通过了韩国《第三次航天开发振兴基本计划》(简称《第三次计划》),明确了未来5年韩国航天发展的目标、重点任务和实施途径等。此外,为保持政策的连续性,同时给出了至2040年的远景规划。

《第三次计划》指出,韩国航天发展的愿景为:通过发展挑战性和实用性的航天项目,为保障国家安全和提高人民生活质量做出贡献。

《第三次计划》指出,韩国优先发展实用性的航天技术,考虑到所处的东北亚地区复杂的地缘关系,还应发展战略性的航天技术。此外,对有助于提升国家地位和国民自豪感的领域,选择性地适当投入。计划明确列出韩国航天发展的最优先级是保障国家安全和提升国民生活质量相关的领域,前者包括运载火箭、侦察卫星、导航卫星等,后者包括民商用对地观测卫星等;其次是提升国家地位和国民自豪感的领域—月球探测;再次是商业航天、航天技术应用、空间科学等领域;载人航天暂不涉及。

运载火箭是战略性领域,发射服务产业对于韩国来说也是战略性新兴产业,韩国政府将予以重点发展,保证资源投入,按期实现第一阶段目标。“韩国航天运载火箭-2”首飞成功后,一段时期内,将重点提高该型火箭的可靠性,培育发射服务提供商和相关产业。运载能力更大的火箭研制工作适当延期。

卫星及应用领域,对地观测卫星仍是重点,除了继续研制发射高性能但高成本的“韩国多用途卫星”和“千里眼”卫星,将大量研制高性价比的“下一代中型卫星”(500千克级),并首次提出发展微小卫星,与“韩国多用途卫星”和“下一代中型卫星”共同构成“减灾星座”。

空间探测领域,根据技术可行性、资源投入可行性等,选择性地开展相关项目。但空间探测路线图出现较大幅度调整,一期的“绕”月和二期的“落”月主要是大幅延期,三期的月球取样返回改为小行星取样返回。

值得一提的是,《第三次计划》将“构建独立的区域卫星导航系统”首次独立列为与运载火箭、卫星及应用和空间探测等并列的重点任务之一。