论空间技术发展的特点及趋势，本文主要内容关键词为：空间技术论文,趋势论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：G303文献标识码：A文章编号：1000-5935(2003)06-00106-05
空间技术是人类实现探索、开发和利用空间资源的有效手段。近半个世纪以来，空间技术的发展及其辉煌成就，无可辩驳的向世人展示出：空间技术在社会经济、政治、军事国防、科学教育及人们生活等诸多领域，带来了传统技术无法达到和取代的经济和社会效益，且必将继续对人类未来的经济、社会文明产生巨大影响。今天空间技术的发展水平已成为体现一个国家的综合国力与当代科技水平的重要标志。
一 空间技术发展概述
“空间”是人类活动由陆地——海洋——大气层顺序扩展的第四环境，蕴藏着丰富且诱人的空间资源，空间技术的诞生发展，不仅使人类进入空间新环境，直接开发和利用其资源成为可能，而且提供了有效的技术手段。
自20世纪中叶空间技术诞生以来，以美、前苏／俄为主要力量，经过50年代实验探索阶段、60年代应用研究与实现载人飞行阶段，70年代首先达到卫星系统的商业化、军事化应用，进入80年代后，西欧、日本、中国、印度先后建立起独立的航天产业，参与航天活动的国家也越来越多。目前，世界上有近60个国家和地区发展空间技术，累计投资超过数万亿美元。正是由于众多国家的积极参与和投入，空间技术发展极为迅速，取得了辉煌的成就。
其一，研制和发射的运载工具、空间飞行器的数量增大、种类繁多、性能不断提高。迄今为止，在空间领域中使用的运载工具约有20多个系列，80多种型号，共有近20个航天发射场。截至2002年12月底，各国共成功发射4251次，入轨飞行器及5548个[1]；种类由单一的“政治星”增至多种专用卫星、载人、运货的飞船、拖船、空间站、各种深空探测器等数十类；飞行器性能不断改善，寿命增长。今天的一颗高性能卫星可相当于几个甚至十几个第1代卫星，空间站的寿命已达15年。为空间技术转化为生产力奠定了基础。
其二，空间技术应用日益广泛，空间活动的范围不断扩大。空间技术直接或间接的应用日益广泛，对社会生产生活的影响愈益增大。特别是在轨的几十类卫星系统直接应用于军事侦察、气象观测、导航定位、地球资源探测、环境监测、国际国内通信及科学探测与实验等各个领域（有些领域已是非应用卫星不可），产生了可观的经济或社会效益，使空间活动不再仅仅是消耗财富，也创造财富，直接造福人类。另外，空间活动的范围由地球轨道向行星际、星际扩展。70年代以来，数以百计的探测器陆续从地球出发，先后拜访了太阳系内的众行星及卫星、彗星，发现了不少新卫星及新现象；对月球、火星进行了实地探测，使人类对太阳系行星结构及环境条件等有了进一步了解。而70年代已从地球出发的两对星际探测器，长途跋涉了几十年，正在向另一恒星系进发的途中，它们是人类空间活动向星际拓展的成功尝试与证明。
其三，载人航天活动范围规模不断扩大，成就显著。随着航天飞机的出现、空间站半永久化技术的成熟及生命保障系统的改进、完善，载人航天的规模和范围越来越大，连续飞行的时间越来越长。人类由60年代初环地轨作上百分钟的飞行到60年代末登上月球，已迈出飞向其他星球的第一步。人类航天的下一站将登陆火星，有关探测计划正在紧锣密鼓地进行。截至目前，已有多个国家的700多人次进入太空，有12人登陆了月球。人在太空连续飞行的时间已达438天。载人航天的进展与成功，使人类得以在大气层以外直接有效地进行科学考察，认识太阳系乃至宇宙、进行科学实验、材料生产和药品提纯，营救维修失灵飞行器等，使宇宙开发和利用成为可能。
二 空间技术发展的特点
空间技术作为当代高新技术群的支柱技术，因首次涉足全新疆域，所以，它的开拓发展进程呈现出一系列特点。
1.军事需要直接刺激空间技术的产生发展。科学技术作为社会活动，其产生发展必然受社会诸因素的影响和制约，受社会需要的驱动。但空间技术受军事需要的直接刺激而产生，并被其无形之手始终左右其发展。其一，所有国家的运载火箭都是军事需要的产物。运载火箭作为既能投掷核弹、又能发射卫星的“两位一体”的运载工具，是人类进入太空的“天梯”，也是一个国家独立自主从事航天活动的前提和关键。这决定了各个国家，无论社会制度的异同，也无论发达与落后，其空间技术的产生发展无一例外，都是出于军事国防需要，先发展战略导弹，后发展航天事业。如1942年10月，世界上第一枚现代运载火箭以“复仇武器”的新式飞弹首现德国。战后，美国与前苏联瓜分继承了德国的火箭技术，加速研制各种类型的导弹武器系统，火箭运载推力不断增大，射程由近程向中程——远程——洲际推进，并逐步形成系列。这不仅满足了运载大型军用载荷的需求，也为实现空间飞行创造了条件。空间大国是这样，其他国家也不例外。如我国也是先发展军事航天产业。其二，军事航天优先发展，军事应用所占比重大。在发展航天事业时，以实现空间支援、力量增强、空间控制和力量运用为主要任务的军事航天总是得到优先发展，军事应用也备受重视。仅从美国与前苏／俄所发射入轨的军用卫星数量即可见一斑。在向太空发射的5～500多个飞行器中，前苏／俄、美两国占了80%左右，其中军事卫星占1/3，若加上服务于军事目的的其他卫星，军事飞行器可占约80%。不仅如此，军事需要也是他们载人航天的主要目标。如航天飞机是最典型的军民结合与军民共用的产物，它的出现同样是受到军方重视支持的结果，通常军事飞行至少占25%。在前苏联曾发射的8个空间站中，有一半为军用或军民共用。这种军事需要客观上推动着飞行器的种类、性能的改进和提高，应用领域迅速扩展。特别是在海湾、科索沃等局部战争中，美及其盟国的军用或两用空间系统的直接效用也将继续强化军事需要的推动作用。总之，从第一枚运载火箭诞生到第一颗卫星、第一艘载人飞船、第一个空间站、第一架航天飞机的发射应用，从登陆月球、探测火星到国际空间站的建造，这开创性进展的每一步都印有军事需要的烙印。
2.空间技术发展具有极强的政治效应和竞争性
航天事业是全民族的事业，它的发展成就总是鼓舞着整个科技界和人民大众，能产生极强的政治效应。因此，没有那个领域像空间技术领域这样牵动国家政治的神经，关系国家的声望及民族自尊心。这使空间技术发展始终处在激烈的竞争中。其一，空间计划成功的效应往往超出技术本身，因而争创空间第一就成为扩大政治影响，提高国家威望的手段，空间领域的竞争也异常激烈。从第一颗人造卫星的发射到实现登月的激烈竞争，最为典型。1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星，把人类带入空间时代。当世界各国为之欢欣鼓舞之时，惟有在全美上下引起慌乱，因为在第一轮太空竞争中落后所造成的美苏间的空间差距，使一向以科技领先而骄傲的美国永远痛失了空间技术史上含金量最高的一块金牌。美国政府因此被舆论谴责为无能、失策，甚至有议员要求把卫星上天的那一周定为美国的国耻民危周。这种局面在1961年4月因前苏联发射第一艘载人飞船，开辟了载人飞行的先河而达至极点。于是，为了赢得太空竞争的领先地位，60年代初，美国确定实施十年内把人送上月球的阿波罗登月计划，于1969年7月20日把两人送上月球。登月成功使美在空间竞争中取得了巨大胜利。从此，两国在研制空间站与航天飞机上分道扬镳，各居优势。其二，空间的重要战略地位决定了它成为21世纪竞争的关键领域。空间是人类面临的最大新疆域，也是军事竞争的制高点。对空间开发利用的程度反映着建立空间无形国界和拓展空间版图的程度。所以，从50年代起，为了称霸世界，美苏凭借各自的空间技术优势，开始明争暗抢“制宇权”，后以美出台“星球大战”计划而公开化。今天“制宇权”已由军事争夺目标演绎发展为开发空间资源的军民商“三位一体”的全面争夺。由此可知：21世纪的大国必定是空间大国，参与空间竞争的能力和水平与一个国家的实力和国际地位成正比。所以，随着人类文明从地球推向空间，有越来越多的国家重视并积极参与发展航天事业，空间竞争也日趋激烈。
3.空间技术发展具有高投入高风险性
空间技术是一门知识技术密集性极高的综合性高新技术，它不仅以基础科学为基础，而且应用涉及多项工程技术成果，需要极高的投入来支持知识的开拓和技术的创新。如一枚运载火箭一般由几十万、上百万个零件构成，造价数十万、上百万美元，研制周期2～3年；航天飞机的研制费用投入150亿美元，历经10年时间。空间技术不仅投入成本高，回收效益延滞周期长，且具有难以预料其成败的高风险性。这主要是由于它面对的是一个全新领域，没有现成的经验可以借鉴，每前进一步，都需大胆探索和创造性开拓，甚至献出生命。所以，每一个计划的实施，其风险性很大。如在航天领域出事故最多、最严重的是运载系统，其发射事故往往就是在数十秒的瞬间，将多年研制的心血顷刻化为乌有。而载人航天飞行事故曾先后夺走了18名航天员的性命。所以说，宇宙航行既是伟大的航程，也是危险的航程。因此，发展空间技术更需要开拓和冒险精神，要有相应的心理承受能力。前苏／俄与美国其所以在空间领域取得了惊人的业绩，雄踞航天大国之位，不仅是因为具有空间开发的战略眼光，雄厚的科技实力及充足的宇宙开发预算保证；而且与其一贯倡导和奉行的勇于开拓和敢于冒险的精神分不开。这一点，在美国的航天飞机爆炸解体、造成机毁人亡的惨重事故后，从政府到普通公民所表现出的对空间探索的理解、支持与继续努力的决心中可见一斑。
4.空间开发必须有高度集中的一元化管理机构及相应的管理体制及方法
这是因为，其一，开发外层空间，要面临极特殊的环境条件，涉及技术复杂程度高、协作性强、投入高、风险大。其二，空间技术既是一门综合极强的高新技术，又是一个庞大的系统工程，除航天运行和应用等相关技术系统外，还有庞大的地面系统及相关的科研工业系统。要使整个系统按照总目标协调运行，就需要一个高度集中的领导机构，建立相应的管理体制，从全局考虑，对各个组织在技术提出统一协调要求，对所有参与单位按照统一计划和协调程序进行高度集中的调度，运用系统工程方法进行管理，使整个系统运行处于最佳状态，高效地实现系统的总目标最优。因此，一个空间计划的实施，任何企业、科研机构都难以单独胜任，或难以在一个竞争时限内完成，需要政府出面规划并组织协调进行。因而，尽管各国体制不同，但在航天事业发展上却都毫无例外地由国家设立专门机构，实行一元化领导，统一计划调控。
三 空间技术的发展趋势
综观世界各国航天事业的发展，根据主要航天国家的空间计划与发展战略，空间技术在新的世纪将呈现如下趋势：
1.航天运输系统趋向重复使用
航天运载工具是进行航天活动必不可少的手段，其成本直接影响航天活动的规模，关系空间的开发和利用。随着航天事业的发展，频繁的空间发射与更大规模的空间活动，必然要求运输系统应具有低成本。通过典型运载器发射成本构成比较，完全重复使用运载器具有降低发射成本的绝对优势，是运输系统研发的方向[2]。目前，投入使用的有效工具只有运载火箭与航天飞机。航天飞机因部分重复使用本可降低发射成本、应大量使用，但因研发费用极高、而发射频度太低，反造成了高于火箭的发射成本。因此，各国航天发射仍以火箭为主。火箭在技术上已成熟，研制费用低，可批量生产，但一次性使用又造成了居高不下的发射成本。鉴于此，为满足航天事业发展的需要，各国一直在努力采用新技术，从设计方案、技术途径、工艺及管理等方面采取措施，设法降低成本。毫无疑问，完全重复使用运载器的研发是降低发射成本的发展方向，尽管开始研发的费用投入高，却代表着技术进步的突破方向。当然，其技术难度也更大，需要一个过程。近期的现实目标是，在改进常规运载火箭以满足现实需要的同时，开发研制部分回收、多级入轨的可重复使用的新概念火箭。美国最新研究表明，从长远看，重复使用的单级入轨火箭有可能成为最经济的运载工具，正在发展的液氧——烃加氢组成三组元发动机将可能成为未来单级入轨、重复使用运载器的动力装置。有关研究项目已在实施中。
2.航天活动逐步商业化、产业化
空间技术的发展不仅使航天工业辐射带动了众多新兴产业的发展，而且航天活动服务于国民经济的作用也愈益重要，商业化、产业化趋向日趋明显。其一，通过空间轨道上的应用卫星，广泛服务于国民经济各部门，直接创造经济效益。应用卫星是发射最多、也是利用空间高位置资源最有成效的一类航天器，已在国民经济诸多领域提供卫星信息服务，形成了一定规模的产业。如卫星通信早在上世纪70年代就已实现商业化应用，形成卫星通信业，能提供上百种业务，年营业额超过百亿美元。目前全球的电视转播和越洋电信业务的2/3由卫星承担。卫星通信的利润十分可观，如一个转发器的年租费约150～160万美元。亚洲1号卫星有24个转发器，成本是1亿美元，运行1年后则升值为3亿美元。地球资源卫星也是经济效益极高的多用途卫星，在农、林、渔业、地质、水文、海洋、环境监测等方面，至少有40种不同的用途。美国每年通过资源卫星可获利10亿美元。其二，航天器发射也逐步商业化，且有相当大市场。美、俄、欧空局、中、日等国均参与了商业发展发射市场的竞争。阿里亚娜航天公司赢得了国际商业发射市场中2/3的发射合同，且将继续占据其主要部分。预计在21世纪，商业发展将逐步成为航天业的主要部分。另外，随着美国与南非的两个亿万富豪到国际空间站的太空旅游成功归来，开辟太空航线、开发太空旅游业大有蓬勃之势。而利用太空的特殊环境条件，发展生产特殊材料、提纯制取药品及建立阳光电站等太空产业也将为人类经济与科技发展提供新的增长点，前景看好。航天活动的商业化、产业化趋势已引起各国政府及工商界的极大关注，一些国家已开始采取政策，鼓励支持航天工业界大力开展商业航天活动。
3.空间技术联合发展的国际化
随着空间技术的发展，通过跨国、跨地区的国际合作，开拓航天的范围和规模，攻克高难项目的国际化趋势日益加强，其表现之一是：国际化卫星应用组织相继出现。由于空间资源的全球共享性，决定了空间技术的应用具有全球性。如在轨道上分布一定数量的专用卫星，可进行全球通信、气象探测、资源环境监测等。为了有效地组织经营或管理协调相关业务，出现了多个国际卫星组织。如1964年出现的国际通信卫星组织，是世界上第一个国际化商业卫星组织，有120个成员国，拥有最大的全球卫星通信系统，经营着全球的越洋电视转播与全球2/3的电信业务；世界电联管理协调着日益紧张的地球同步轨道的分配；由149个国家组成的世界气象卫星组织从1978年开始执行“全球大气研究”计划，并明确规定：气象卫星资料为全球无偿共享。表现之二是：国际间合作的计划项目愈来愈多、范围规模愈来愈大。如西欧诸国联合研发出阿里安火箭体系，成为西方市场惟一的商业发射工具；美俄两国间的合作也明显加强，如在1995～1998年间，美国的航天飞机与前苏／俄的和平号空间站多次对接联合飞行，为进一步的国际合作积累经验；还有21国参加的火星——94计划等。国际社会在空间领域里合作最广泛的项目当属国际空间站的建造。它由美国牵头，西欧诸国、日本、加拿大、俄罗斯及巴西等16国参与研制运行，欲建一个重423×
、长108m、宽88m、包括20个对接口、20个舱室、100多个部件的大型轨道设施。需（美）航天飞机发射37次、（俄）联盟号和质子号火箭各发射9次[4]，并需航天员进行1361人，h的空间行走才能组装完毕。该站已于1998年开始在轨组装，预计2007年建成。这种集多国力量联合开发的形式必然会加快人类开发空间的进程，也将带动所有参与国空间技术的发展。预计今后，空间领域的国际合作会更加广泛、规模更大。美日等国已把开展国际合作作为推进民用和商业航天的重要战略之一。
4.注重军民两用航天技术的开发
上世纪90年代以来，出现了尖端技术的军民共用新趋势。空间技术本身就是一个亦军亦民的领域。几十年来的发展充分证明：空间技术的发展应用不仅促进了军事国防现代化，而且对社会政治、经济及人们生产生活均有巨大的影响作用。所以，各主要航天国家都进行战略上调整，重视航天技术的军民结合，注重军民两用航天技术的开发，以求军民商综合发展。如美国一方面强调发展军民两用航天技术，并为其开发拨出专款，同时又大力推广军用技术向民用的转移；另一方面，尽量利用民用或商业航天系统来完成国防方面的任务，发掘其军用价值，这也是美国重要的军民商综合发展的航天战略。如目前美国防部的卫星通信业务大约70%都是由商业卫星系统来完成；空军花巨资研制和发射的抗干扰军事卫星只用于关键性通信；美还计划在2008年发射首颗国家极轨业务环境卫星系统(NPOESS)卫星。NPOESS是由国家海洋与大气局、空军和航天局共研制的军民共用的气象卫星系统，可即时为民、军提供高质量的气象与环境数据。俄罗斯在近期航天发展计划中着重指出，要创造和应用双重目的空间系统，最大限度地将空间技术及其基本功能较为民用；在开发多种用途的空间系统时，执行空间技术的通用性政策；坚持相同的技术、实验设施和地面空间基础设施既为民商用，又为国防目的的航天系统服务。
四 结束语
从世界航天事业发展的现状趋势可以看出，21世纪空间技术将得到更大的发展。由于空间技术对增强各国的综合国力、带动经济的发展，特别是未来高技术竞争中立于不败之地均具有非常重要的意义。因此，我国政府一直非常重视航天技术的发展应用，经过几十年的努力，已在航天领域取得了令世界瞩目的成就。我国已形成的长征火箭多个系列，能够满足发射多种国内外卫星的需要，尤其是2003年10月15日神舟5号载人飞船的成功发射与顺利返回，使我国成为世界上继前苏／俄、美国之后第3个实现载人飞行的国家，标志我国航天技术再上新台阶。但应看到，我国与世界先进空间技术水平相比，仍有一定差距。为了缩小差距，加快我国航天技术发展的步伐，我们应该根据空间技术发展的特点，继续从我国实际出发，完善适合我国国情的科学的航天发展战略；追踪世界航天发展趋势，密切关注主要航天国家空间技术进展动态，在运载工具方面除了要搞大推力高可靠性低成本火箭，以适应国内和国际商业发射市场的需要外，也要重视新概念火箭的研发；要最大限度的吸取其他国家的成功经验和教训，在新技术起点上加快我国载人技术进程；尤其要重视军民两用航天技术的开发，求得军民商综合发展，使航天技术更好地服务于经济发展；应在可能的情况下，积极参与国际合作，通过合作的途径，更好地了解和掌握最新的技术，积极促进我国航天技术的发展。
收稿日期：2003-09-16
标签：航天论文; 美国航天飞机论文; 航天技术论文; 军事卫星论文; 航天精神论文; 美国军事论文; 商业空间论文; 商业竞争论文; 航空航天论文; 卫星论文; 人造卫星论文; 商业论文;