創(chuàng)新與突破：2 0 1 6中國航天關(guān)鍵詞盤點

+ 喻菲/貳零空間站

本期視點

創(chuàng)新與突破：2 0 1 6中國航天關(guān)鍵詞盤點

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2016，中國航天從無到有、從小到大，走過了整整一個甲子。

這一年，創(chuàng)新與突破成為中國航天的主旋律。

天宮二號和神舟十一號載人航天任務(wù)圓滿成功，中國空間實驗室進入太空，為中國空間站建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)；長征五號首飛成功，使中國踏入世界現(xiàn)役火箭最強運力陣營，其新技術(shù)比例高達90%；“長征七號”作為中國運載火箭史上首次使用清潔環(huán)保燃料的新型主力火箭，成功實現(xiàn)了在人口密集區(qū)域的發(fā)射，為實施市場前景良好的海洋商業(yè)發(fā)射提供了條件......

“墨子號”在世界上首次實現(xiàn)星地量子通信，構(gòu)建了天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實驗體系，使中國在角逐量子通信實用化目標(biāo)的國際賽場上成為領(lǐng)跑者；“實踐十號”返回式科學(xué)實驗衛(wèi)星首次探索微重力世界的奇妙現(xiàn)象，實現(xiàn)了中國從空間科學(xué)知識使用國向知識提供國的身份轉(zhuǎn)變；碳衛(wèi)星的發(fā)射使中國在國際氣候變化方面極大的提升了自己的話語權(quán)......

這一年，中國的航天成就贏得了世界尊重。

“作為一支正在崛起的太空力量，中國在今年斬獲了數(shù)場勝利?！痹谟蹲匀弧冯s志的年終盤點中，中國的航天發(fā)展被描述為“影響了2016年的重大科學(xué)事件”。

日本放送協(xié)會評論稱，中國已成為“宇宙大國”，在宇宙技術(shù)方面的“存在感”越來越強，這將提高其外交和國際影響力。

日本經(jīng)濟新聞年終撰文評價“中國的宇宙開發(fā)正以迅猛的勢頭推進”，今年對于中國來說是航天事業(yè)“飛躍式發(fā)展的開局之年”。

在2016年即將結(jié)束之際，讓我們一起盤點一下代表中國航天這一年重大創(chuàng)新與突破的關(guān)鍵詞。

一、載人航天

天宮二號，我國空間站建設(shè)前的最后一個準(zhǔn)備項目，今年和神舟十一號配合完成了載人航天第二步、第二階段最重要的任務(wù)：30天雙人長期駐留，未來空間站的大門徐徐打開。

天宮二號助推中國載人航天新征程

2016年9月15日，中國第一個真正意義上的空間實驗室——天宮二號從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空。10月17日，載有兩名航天員的神舟十一號飛船也飛向太空，兩天后與天宮二號在393公里高的軌道上自動交會對接，航天員進駐天宮二號，在那里工作生活30天。

隨著天宮二號入駐太空，中國載人航天工程的第二步第二階段拉開帷幕。所謂第二步，指的是空間實驗室階段。天宮二號是中國載人航天工程第二步中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，擔(dān)負著承上啟下的重要使命。發(fā)射空間實驗室，搭建起一個平臺，開展技術(shù)、應(yīng)用等各類試驗，為載人航天工程第三步——建造中國空間站打下基礎(chǔ)。

天宮二號和神舟十一號的發(fā)射引起海外媒體高度關(guān)注。德國之聲報道稱，作為永久性空間站的前身，天宮二號不僅對中國的航天計劃具有重要意義，也為未來的國際空間合作提供了新契機。法新社報道稱，按照計劃，中國計劃建成空間站的時間與國際空間站退役的時間比較接近，這意味著屆時中國或?qū)⒊蔀槿蛭ㄒ灰粋€擁有在軌空間站的國家。美國有線電視新聞網(wǎng)評論稱，雖然中國的太空項目起步并不算早，但是近幾十年來，中國投入了巨大資源進行太空研究和人員培訓(xùn)，制定了宏偉的太空探索計劃。英國《自然》雜志文章認(rèn)為，近年來，中國在空間科學(xué)領(lǐng)域進展十分迅速，成為全球科研人員測試空間科學(xué)理論的“激動人心之地”?！度毡窘?jīng)濟新聞》稱，中國正舉全國之力發(fā)展航天事業(yè)，以在2030年成為與美俄比肩的航天強國。日本放送協(xié)會評論稱，中國已成為“宇宙大國”，在宇宙技術(shù)方面的“存在感”越來越強，這將提高其外交和國際影響力。

“天上宮闕” ——太空中的實驗室

空間實驗室更像是空間站的前身，是為發(fā)展空間站，從載人飛船過渡到載人航天基礎(chǔ)設(shè)施的試驗性航天器。也就是說，空間實驗室是為建造復(fù)雜程度更高的空間站所做的準(zhǔn)備工作。發(fā)射空間實驗室是建造空間站的重要前提和技術(shù)保障?？臻g實驗室的發(fā)射，可以對空間站的關(guān)鍵技術(shù)進行試驗，獲取經(jīng)驗，降低風(fēng)險，為建造空間站打下基礎(chǔ)。

天宮二號作為中國首個真正意義上的空間實驗室，搭載的實驗項目達到了史無前例的14項，其中兩項由駐留30天的航天員直接參與操作，一項為國際合作。

能夠拿到登上天宮二號的“入場券”，這些實驗無疑都屬于當(dāng)今世界最前沿的探索領(lǐng)域。主要涉及微重力基礎(chǔ)物理、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)、空間天文探測、空間環(huán)境監(jiān)測、對地觀測及地球科學(xué)研究應(yīng)用以及應(yīng)用新技術(shù)試驗8個領(lǐng)域。

中國航天員迄今最長太空駐留

天宮二號主要任務(wù)概覽。

10月17日清晨，航天員景海鵬和陳冬搭乘神舟十一號載人飛船從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空。至此，中國已將11位航天員送入太空。

神舟十一號飛船與天宮二號完成自動交會對接后，兩位航天員在空間實驗室和飛船的組合體里駐留 30 天。此前中國航天員在軌駐留的最長時間紀(jì)錄是神舟十號創(chuàng)造的15 天。

神舟十一號任務(wù)的主要目的是，為天宮二號空間實驗室在軌運營提供人員和物資天地往返運輸服務(wù)，考核驗證空間站運行軌道的交會對接和載人飛船返回技術(shù)；與天宮二號空間實驗室對接形成組合體，進行航天員中期駐留，考核組合體對航天員生活、工作和健康的保障能力，以及航天員執(zhí)行飛行任務(wù)的能力；開展有人參與的航天醫(yī)學(xué)實驗、空間科學(xué)實驗、在軌維修等技術(shù)試驗，以及科普活動。

在這個22.3立方米的組合體里，景海鵬和陳冬嘗試了具有科幻色彩的意念控制腦機交互實驗；他們更換了天宮二號材料實驗爐中的樣品，并將太空中制備出的材料以及在太空發(fā)芽、生長、開花、結(jié)子的擬南芥帶回地球；他們實現(xiàn)了香港中學(xué)生在太空飼養(yǎng)蠶寶寶的心愿；他們還成為新華社太空特約記者，撰寫太空日記……

航天員系統(tǒng)安排了十多項在軌試/實驗。例如：基于中法合作技術(shù)的失重心血管功能研究，將積累失重心血管功能動靜態(tài)調(diào)節(jié)適應(yīng)性變化的數(shù)據(jù)。這項研究將實施國際首例在軌人體微血管內(nèi)皮功能評估研究、探索從內(nèi)皮功能角度揭示失重心血管功能失調(diào)機制；首次獲得中國飛行中人體超聲醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，為后續(xù)空間站任務(wù)醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的應(yīng)用積累經(jīng)驗。由于未來空間站上航天員將更長時間駐留太空，此次任務(wù)還開展了航天員在軌情緒調(diào)控評價技術(shù)研究，積累中長期飛行中航天員情緒狀態(tài)數(shù)據(jù)。

中國空間站在望

兩位航天員完成各項任務(wù)隨神舟十一號返回地球后，天宮二號還將繼續(xù)在軌道上運行，等待2017年4月中國第一艘貨運飛船天舟一號的到來，驗證推進劑補加技術(shù)。

空間應(yīng)用實驗、太空中期駐留驗證、推進劑補加等，這一系列“好戲”的陸續(xù)上演，預(yù)示著中國空間站建設(shè)邁出堅實一步。

神舟十一號飛船發(fā)射升空并與天宮二號自動交會對接成功。

1992年9月，中國的載人航天工程正式起步，確定了三步走的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步，發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載飛船工程，開展空間應(yīng)用實驗。第二步，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術(shù)，發(fā)射一個空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題。第三步，建造載人空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。

由1999年11月第一艘無人實驗飛船神舟一號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地的順利升空，到2003年10月第一艘載人飛船神舟五號和首位航天員楊利偉成功進入太空，再到天宮二號空間實驗室任務(wù)的實施，中國的載人航天走出了一條自力更生、科學(xué)規(guī)劃、穩(wěn)步發(fā)展的道路。

中國載人航天工程總設(shè)計師周建平介紹，計劃于2022年前后建成的中國空間站包括一個核心艙和兩個實驗艙，每個艙都是20噸級，航天員的數(shù)量為3到6名。周建平說:“空間站的神圣使命是成為太空中的中國國家實驗室，支持科學(xué)家從事前沿科學(xué)探索、空間技術(shù)研究和空間資源的開發(fā)和利用。最終目的是為全人類造福?！币涣鞯奶諏嶒炂脚_，將為科學(xué)家們?nèi)〉檬澜缂壍闹卮笸黄铺峁┍Ｕ稀！爸袊皇亲钤邕M入宇宙空間的國家。換一個角度理解，這樣反而有后發(fā)優(yōu)勢。近年來，信息技術(shù)、新能源、自動化和人工智能技術(shù)的進步，將綜合體現(xiàn)在中國空間站上?！敝芙ㄆ秸f。

中國的空間站是基于當(dāng)代最新技術(shù)成果設(shè)計建造的，信息化程度更高、能力更強。周建平認(rèn)為：“尤其在通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用等方面，我國的空間站都相當(dāng)先進。 這也得益于當(dāng)代技術(shù)的發(fā)展和國家科技的進步?！?/p>

中科院空間應(yīng)用中心戰(zhàn)略規(guī)劃室主任張偉說，未來空間站安排了覆蓋航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、空間材料科學(xué)、空間天文與天體物理等10大研究領(lǐng)域的大規(guī)?？茖W(xué)實驗，規(guī)劃了10余個先進科學(xué)實驗柜和若干艙外暴露試驗設(shè)施。

隨著空間實驗室任務(wù)的陸續(xù)展開，未來空間站的實景已越來越清晰地展現(xiàn)在人們面前。中國空間站將為全球科學(xué)家提供科學(xué)研究和實驗機會，滿足最新最好的空間探索及空間資源利用等科研需要，使中國載人航天發(fā)展進入探索科學(xué)前沿、開發(fā)空間資源、造福人類社會的新階段。

二、長征七號

“長七”是我國最新中型主力火箭，帶動了計算機、通信、新材料等高新技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也讓首次海洋環(huán)境發(fā)射產(chǎn)生了良好的商業(yè)效益。

2016年6月25日，中國新一代中型運載火箭長征七號在海南文昌航天發(fā)射場完成首次發(fā)射?！伴L七”將主要為我國空間站發(fā)射“天舟”號貨運飛船，也執(zhí)行衛(wèi)星和載人飛船發(fā)射任務(wù)。

“長七”發(fā)動機系統(tǒng)、增壓輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等均為全新數(shù)字化設(shè)計研制，應(yīng)用96項新技術(shù)，新技術(shù)比例超過70%（高于30%的國際水平），實現(xiàn)了多項關(guān)鍵技術(shù)突破。全箭近地軌道運載能力13.5噸，是同類型火箭的1.5倍，規(guī)避了中國航天因缺乏更大運力火箭滯緩發(fā)展的風(fēng)險。未來“長七”系列將配合完成我國空間站建設(shè)，并逐步替代大多數(shù)現(xiàn)役火箭，承擔(dān)我國80%的空間發(fā)射任務(wù)。同時，作為中國運載火箭史上首次使用清潔環(huán)保燃料的新型火箭，“長七”成功實現(xiàn)了火箭在人口密集區(qū)域的發(fā)射，為實施市場前景良好的海洋商業(yè)發(fā)射提供了條件，是我國商業(yè)航天的重大突破。

長征七號

三、長征五號

1 1月3日2 0時4 3分，我國首枚大型運載火箭長征五號在中國文昌航天發(fā)射場點火升空。

“長五”作為國內(nèi)推力、體積最大的先進火箭，大幅提升了我國自主進入空間的戰(zhàn)略能力，它將為嫦娥五號登月采樣返回、發(fā)射空間站核心艙、發(fā)射火星探測器等國家重大專項提供戰(zhàn)略保障，推動我國太空探索開發(fā)能力邁上新臺階。

2016年11月3日，我國新一代最大推力重型運載火箭長征五號在海南文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射。這是我國起飛規(guī)模、運載能力和技術(shù)跨度最大的高可靠、無毒無污染火箭，總長約57米，芯級直徑5米、助推器直徑3.35米，起飛質(zhì)量879噸，多項指標(biāo)遠超國內(nèi)現(xiàn)役主力火箭。全箭共采用247項關(guān)鍵核心技術(shù)，新技術(shù)比例達到90%（突破了30%的國際上限），設(shè)計可靠性0.98（國內(nèi)最高），總體技術(shù)達到國際先進水平。其中，“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的總體設(shè)計思路是我國航天史上首次同時設(shè)計優(yōu)化6種不同火箭構(gòu)型，為我國火箭型譜發(fā)展積累了豐富研制經(jīng)驗；火箭控制系統(tǒng)突破26 項關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)智能化駕駛，凸顯了我國先進的重型火箭綜合控制能力；首例液氧煤油發(fā)動機和氫氧發(fā)動機組合起飛方案，實現(xiàn)了我國異型發(fā)動機起飛技術(shù)的重大突破；起飛推力超過一千噸，近地軌道運載能力25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力14噸，將我國太空運載總體能力提升了2倍以上，成功越過了近軌運載能力20噸、高軌運載能力10噸的國際“門檻”，打破了西方壟斷，正式進入國際主流重型火箭俱樂部。

“長五”創(chuàng)新難點多、技術(shù)跨度大、復(fù)雜程度高，代表了我國運載火箭最高水平。它為中國航天歷練和培養(yǎng)出了新一代創(chuàng)新性青年人才團隊；實現(xiàn)了我國運載火箭規(guī)模從中型到大型的跨越，多項技術(shù)創(chuàng)新填補國內(nèi)空白、達到或超過國外主流型號；帶動了整個研制平臺和產(chǎn)業(yè)鏈更新，各項技術(shù)成果將輻射牽引新一代無毒無污染運載火箭的若干構(gòu)型和系列化、型譜化發(fā)展，使中國運載火箭的整體水平得到提升。

四、墨子號

當(dāng)“墨子號”實現(xiàn)全球首次星地間量子通信時，我國開啟了天地一體化量子保密通信與科學(xué)實驗體系。我們或已來到突破量子力學(xué)的邊緣，這也標(biāo)志著中國在商業(yè)通信領(lǐng)域的彎道超車也正在穩(wěn)步推進。

2016年8月16日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將“墨子號”衛(wèi)星發(fā)射升空。這是世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星。衛(wèi)星的主要任務(wù)是：進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，以此為基礎(chǔ)開展廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實驗；進行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗，檢驗空間尺度量子力學(xué)完備性。在世界各國爭相角逐量子通信實用化目標(biāo)的國際賽場上，我國已非常明顯的處于領(lǐng)跑者地位。

2009年，中科大潘建偉團隊建成了世界首個全節(jié)點互通的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)建了“量子通信熱線”。按照技術(shù)發(fā)展路線，接下來就是構(gòu)建廣域乃至全球量子通信網(wǎng)。肩負這一使命的“墨子號”及其后續(xù)者進入太空后，將結(jié)合地面“京滬干線”千公里級廣域量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建空地一體的廣域量子通信體系。下一步，我國還將進行空間站量子調(diào)控與光傳輸研究，開展星間量子通信、全天時量子通信、量子密鑰組網(wǎng)應(yīng)用、多技術(shù)體制的空間激光通信驗證、量子密鑰分發(fā)與激光通信復(fù)合的加密信息傳輸系統(tǒng)應(yīng)用等研究，為今后的全球量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定工程基礎(chǔ)。

五、實踐十號

實踐十號衛(wèi)星在軌模擬圖。

實踐十號返回式科學(xué)衛(wèi)星在15天的飛行任務(wù)中，通過搭建太空微重力實驗環(huán)境，與歐、日同行開展國際合作，在生物工程、新材料、生命科學(xué)等多個領(lǐng)域取得了飛躍性突破。

2016年4月6日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心將新一代返回式衛(wèi)星實踐十號發(fā)射升空。衛(wèi)星設(shè)計壽命15天，在軌運行12天，在技術(shù)上實現(xiàn)了飛躍性突破：采用小發(fā)動機推進系統(tǒng)保持了較好的微重力水平實驗環(huán)境，采用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)確保了遙控指令和遙測數(shù)據(jù)安排及飛行程序的靈活性，增設(shè)了流體回路熱控分系統(tǒng)保障生物實驗溫度環(huán)境。此外衛(wèi)星還具有免除殘余重力、機械轉(zhuǎn)動和人為活動干擾、始終保持10-4g的微重力水平；發(fā)射前8小時裝配有效載荷的超機動性；“雙艙實驗”模式規(guī)避內(nèi)部起火威脅，保障燃燒著火實驗順利實施等獨特優(yōu)勢。

實踐十號于4月18日安全返回。這是我國首顆微重力科學(xué)實驗衛(wèi)星，也是我國項目內(nèi)容及種類最多的單次空間微重力和生命科學(xué)實驗任務(wù)，與空間站任務(wù)完全“錯身”，具有不可替代性。衛(wèi)星采用衛(wèi)星留軌艙和回收艙分別開展流體物理、燃燒科學(xué)、材料科學(xué)、輻射生物效應(yīng)、重力生物效應(yīng)、生物技術(shù)等6大領(lǐng)域19項科學(xué)實驗，每項實驗均為領(lǐng)域全新探索，具有較強的創(chuàng)新性和研究價值，有望在微重力領(lǐng)域獲取具有國際先進水平和自主知識產(chǎn)權(quán)的重大科技成果突破。此外，衛(wèi)星任務(wù)參與單位包括11家研究所和6所高校，并搭載歐洲、日本試驗載荷，其在軌運行是對經(jīng)濟不景氣背景下以科技創(chuàng)新合作引領(lǐng)世界發(fā)展的模式探索與實踐，實現(xiàn)了我國從空間科學(xué)知識使用國向知識提供國的身份轉(zhuǎn)變。

六、脈沖星

脈沖星試驗衛(wèi)星通過在軌開展信號探測和設(shè)備驗證試驗，探索不依靠地面系統(tǒng)實現(xiàn)航天器精密航行與控制的世界性難題，對于我國未來空間發(fā)展具有深遠的應(yīng)用價值和戰(zhàn)略意義。

2016年11月10日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了國內(nèi)首顆脈沖星試驗衛(wèi)星。衛(wèi)星將在軌驗證兩種星載脈沖星探測器的性能和空間環(huán)境適應(yīng)性，并研究宇宙背景噪聲；探測蟹狀星云脈沖星和3顆低流量脈沖星，在解決脈沖星搜索問題的同時積累在軌實測數(shù)據(jù)。衛(wèi)星采用微小衛(wèi)星定制技術(shù)，研制出廠周期僅為10個月，可隨時根據(jù)需要快速開發(fā)和使用，并在全軌道圈次智能完成數(shù)據(jù)觀測及回傳，徹底改變了以往試驗衛(wèi)星必須搭載大型航天器（研制周期長）共同工作的傳統(tǒng)模式，保證了空間研究的獨立和高效，是我國先進小衛(wèi)星技術(shù)和空間科研水平的典型體現(xiàn)。下一步，為保證戰(zhàn)略領(lǐng)先優(yōu)勢，我國計劃在5至10年內(nèi)探測26顆脈沖星，繪制基礎(chǔ)脈沖星地圖，建立精確信號數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)技術(shù)驗證奠定基礎(chǔ)。

脈沖星為航天器導(dǎo)航想象圖。

七、碳衛(wèi)星

碳衛(wèi)星將使我國初步形成針對重點地區(qū)乃至全球的大氣二氧化碳濃度監(jiān)測能力，極大提升中國在國際氣候變化方面的話語權(quán)，在全球二氧化碳監(jiān)測里發(fā)出‘中國聲音’。隨著這顆衛(wèi)星發(fā)射成功，中國也躋身于美國和日本后擁有此類衛(wèi)星的國家行列。

2016年12月22日，我國首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星（簡稱“碳衛(wèi)星”）發(fā)射升空。碳衛(wèi)星是為應(yīng)對全球氣候變化、提升中國全球二氧化碳監(jiān)測能力部署的一項重大任務(wù)。該星利用高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀、多譜段云與氣溶膠探測儀等探測設(shè)備，通過地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗證系統(tǒng)，定期獲取全球二氧化碳分布圖。將使中國初步形成針對重點地區(qū)乃至全球的大氣二氧化碳濃度監(jiān)測能力，同時也將提升中國在國際氣候變化方面的話語權(quán)。未來中國將適時與國內(nèi)外共享數(shù)據(jù)，同時也將對數(shù)據(jù)進行深加工，“在全球二氧化碳監(jiān)測里發(fā)出‘中國聲音’”。

2016年的中國航天，是一段精彩的旅程，也是一個新的起點。在辭舊迎新之際，我們對中國航天的技術(shù)進步與前沿探索充滿希望，期盼未來會有更多輝煌。

2 0 1 6年1 2月2 2日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳檢測科學(xué)試驗衛(wèi)星（簡稱“碳衛(wèi)星”）發(fā)射升空。