未来十年,中国航天有哪些重大看点?

renwen 提交于 周日, 2019/06/09 - 23:58
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  a.载人登月和探测火星,必然意味着需要近地轨道运力150吨级的重载火箭,这就是规划中的长征九号,它的运力是目前中国最强火箭长征五号的6倍左右,目标剑指霸占世界第一火箭位置长达50年的阿波罗登月土星五号。目前核心的500吨级液氧煤油发动机、9.5米级直径壳体结构等都取得重大突破。

  未来十年,中国航天有哪些重大看点?

  2018年珠海航展中展览的新一代火箭家族(图片来源:航天科技集团)

  b. 多个新型火箭在研。

  捷龙一号是小型固体燃料商业航天运载火箭,长征八号是我国使用无毒无污染推进剂的新型中型运载火箭,长征六号A将对长征六号进行大刀阔斧改革,长征七号A也将大大提高长征七号能力,长征五号B将成为重载工具服务于空间站建设。

  此外,新一代起飞重量约2000吨(长征2F火箭约464吨)的新型载人火箭也在研发中,这将大大提高我国深空载人航天探测能力。

  c.火箭发射环境改变。

  一方面,文昌卫星发射基地在迅速成长,未来将成为多种新型火箭的主力基地;另一方面,我国也在积极拓展新技术,2019年中将试验从海上平台发射长征十一号。这两个新环境都几乎不存在火箭残骸溅落问题,最大限度利用本地低纬度带来的发射优势。

  d.发动机技术突破。

  火箭的心脏是发动机,新型火箭的背后意味着多个新型发动机的成功。此外,为应对更复杂应用环境,例如一箭多星、深空探测任务,新型火箭上面级远征系列也在不断升级。

  在可以预见的10年内,中国长征火箭家族将向世界航天运载能力的头部玩家位置发起冲击。

  看点四:深空探测不鸣则已、一鸣惊人

  深空探测领域一直是我国航天任务的短板,但在未来十年内这一切将会发生重大改变,目前至少两个任务已经立项并在进行,多个任务正在规划。

  未来十年,中国航天有哪些重大看点?

  中国火星探测任务组合体(图片来源:国防科工局)

  a.首个独立火星探测任务。

  火星探测窗口每26个月一次,我国将在2020年窗口期发射火星探测任务,在火星实现轨道器“绕”、着陆器“落”和火星车“巡”的复杂功能,在世界各国早期火星探测任务中是绝无仅有的难度。

  b.2019年4月18日,我国宣布小行星探测任务将征集总重66.3千克的8种科学载荷,包括中视场彩色相机、热辐射光谱仪、可见红外成像光谱仪、多光谱相机、探测雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子分析仪、尘埃分析仪等,也逐渐揭开了这个神秘任务的面纱:

  它将首先探测一颗被地球捕获的10米级微小“准卫星”,实现一次“绕”“落”“回”将样本送回地球;随后主体航天器利用地球和火星引力助推,探测一颗主带彗星。

  这些均为人类首次,这个任务的复杂性、难度和创新性都将是人类深空探测领域的新突破。

  c.更远的深空任务。

  我国宣布上述任务的同时,也提到了木星/系探测、太阳系边际探测和行星际探测等一系列后续项目的规划,这也将是中国在深空探测领域的大进展。

  d.深空探测任务的进展也意味着一系列支撑技术的成熟,例如地球到火星的距离是到月球的100倍以上,且众多任务要求能实现全球无缝信息接收,这需要建立一个大型的全球性深空探测通信网络。

  看点五:北斗系统投入全球运营

  GPS系统如何颠覆了战争形态和民用生活,相信很多人已经深有体会。一方面,它创造了例如 “外科手术式打击”的军事名词;另一方面,普通人没有了手机中的GPS定位模块的确“寸步难行”。

  因此,拥有独立自主的全球卫星导航系统,是一个大国最为迫切的战略需求。

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  北斗卫星导航系统各任务时间表(图片来源:北斗办)

  中国北斗系统从一无所有发展到一个独立自主的全球性系统,花费了20多年时间,期间先后研制了三代卫星,从实验到全球组网建立了三代系统,积累了大量宝贵经验。例如创新使用了三种轨道结合的大型星座、短报文功能、三频信号等,颇有后发优势。

  未来十年,中国航天有哪些重大看点?

  2019年4月24日,北斗卫星的全球可视数量分布图,大于4即可提供定位授时服务,北斗已经基本“点亮“全球(图片来源:北斗办)

  进入2018年,北斗实现了1年10箭18星的建设大潮,基本实现亚太地区高质量服务。2019年也规划发射7箭10星,进入最后组网阶段,预计将在2020年实现全球高质量服务,这将是我国航天的一个重大突破。

  “天上的星星参北斗”,这句歌词未来不仅再指宇宙中的北斗星座,对于普通人而言更需要的是中国的“人造北斗”。

  看点六:航天辅助科学研究的大潮来临

  长期以来,我国航天都带有明确的工程导向,解决一个又一个实际需求问题,实现从0到1的突破。随着国力增强,对科学技术的研发需求与日俱增,众多航天任务也会愈发带有科研属性。

  a.中科院空间科学先导专项卫星系列。

  过去几年,空间科学先导专项首批卫星频频刷屏:暗物质粒子探测卫星“悟空”、实践十号返回式科学实验卫星、量子科学实验卫星“墨子”、硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”不断给世界带来大新闻。

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  中科院空间科学先导专项第二批的主要卫星(图片来源:空间科学中心)

  在新一批的中科院空间科学先导专项中,我国又将发射爱因斯坦探针(EP)、先进天基太阳天文台(ASO-S)、太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)、引力波暴高能电磁对应体全天监测器(GECAM)、增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP)等一系列卫星,这些都将是有许多国际合作的世界级科研卫星。

  b.中国“天眼”&光学太空望远镜。

  近些年世界最大的射电望远镜FAST在中国落成,它成为中国“天眼”,但它的观测频率与人类肉眼能接受的可见光范围相去甚远。

  随着中国空间站开建,一个新的光学太空望远镜将会与之共轨飞行,简而言之,中国太空“天眼”或中国版哈勃望远镜。这种轨道安排的好处在于可以通过太空任务方便维修管理,同时不与空间站连接以减少额外的干扰,这也是世界航天史上的创新之举。

  c.天宫空间站本身也是个大型的科研基地,对于人体医学、空间生物/材料工程、遥感遥测等技术而言提供了完美的微重力环境,也将成为重要科研产出基地。目前,我国已经开始了面向社会和科研院所征集相关科研/教学项目。

  d.科研卫星全面开花。

  地球重力场探测、空间引力波探测、系外行星搜寻,全国各个科研院所的航天项目申请的消息屡见报道,众多项目已经进入研制和发射实验卫星阶段。可以想像未来10年内,各种航天带来的“大新闻”将会层出不穷。

  看点七:高通量通信时代到来

  在地面通信技术努力跨越到5G的阶段,天基通信系统也在实现不断突破。一方面,高轨的地球静止轨道通信卫星在走向高通量化;另一方面,大型低轨通信卫星星座也在建设中,它们将成为高低搭配的组合,满足“全天时、全天候、高通量”的通信需求,尤其是为海洋、极地、山区、沙漠等无法大规模建立基站的区域提供高质量服务,也能为飞机、高铁等特殊应用环境保驾护航。

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  实践十三高通量通信卫星(图片来源:航天科技集团)

  a.高轨领域。以我国在2017年4月12日发射的首颗高通量通信卫星实践十三号卫星为例,它使用了Ka波段多波束宽带通信系统,也搭载了先进的激光通信系统。通信总容量达到20 Gbit/s,超过了中国以往所有通信卫星容量总和。它使用离子电推进技术长期维持轨道,大大延长卫星寿命,使得通信单位成本大大降低。我国即将发射的实践二十号卫星,又将大大提高中国卫星通信总容量记录。 …