欲與天公試比高

張聚恩

從地面行走到低空飛行，從仰望蒼穹到火箭升空，

從登上月球到飛躍行星，人類不斷向上探索，

于是，便有了“空天科技”。

空天科技即航空航天科技，是航空科技與航天科技的總稱。

航空是大氣層內(nèi)的飛行活動，航天是穿越大氣層的飛行活動?？仗炜臻g本無物理界線，航空科技和航天科技息息相通。隨著人類活動空間的大幅擴展和活動節(jié)奏的日益加快，空天一體成為發(fā)展大勢，航空、航天科技加速融合。從20世紀末，空天科技已成為深刻影響國家經(jīng)濟與科技發(fā)展、反映國家綜合實力的戰(zhàn)略性領(lǐng)域之一;其包涵和引領(lǐng)的科學(xué)學(xué)科和高新技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展;進入21世紀以來，更成為各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略制高點和前沿科技。不管是在軍事還是民用領(lǐng)域，誰擁有先進的空天科技，誰就擁有空天話語權(quán);誰擁有了空天話語權(quán)，誰就會在未來發(fā)展中擁有可持續(xù)發(fā)展的空間優(yōu)勢。

當前和今后一個長時期內(nèi)，空天科技將聚焦在深空探測、航空技術(shù)和空天一體三方面，有望獲得新的突破和發(fā)展。為滿足發(fā)展需要和應(yīng)對競爭態(tài)勢，我國需要對空天科技的戰(zhàn)略地位有足夠的認識，并對其發(fā)展進行前瞻性戰(zhàn)略布局與規(guī)劃部署。

深空探測

所謂“深空探測”是指航天器脫離地球引力場，進入太陽系空間或更遠的宇宙空間進行探測。現(xiàn)在世界范圍內(nèi)的深空探測主要包括對月球、金星、火星、木星、小行星等太陽系星體。

美國一向重視深空探索。2015年10月底，美國國家經(jīng)濟委員會和科技政策辦公室聯(lián)合發(fā)布了新版《美國國家創(chuàng)新戰(zhàn)略》，太空探索作為九大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一。英國也于2015年派宇航員首次造訪國際空間站，多項計劃陸續(xù)出爐，力爭在空間領(lǐng)域占得一席之地。法國支持歐洲空間局多次重要衛(wèi)星發(fā)射，并重新啟動伽利略衛(wèi)星發(fā)射計劃，引領(lǐng)歐洲航空航天業(yè)加速發(fā)展。俄羅斯進一步整合航天工業(yè)，重組航天機構(gòu)，加快“東方”航天發(fā)射場建設(shè)，積極開展國際合作，重點推進火星探索和登月項目。日本在太空觀測、空間探索等方面也居于世界前列。人類在太空探索方面成績斐然，對太空宇宙認知邊界再次拓展。

火星探索

太陽系探索中的熱點仍是對火星的探索。2015年人類對火星的了解繼續(xù)加深，火星大氣與揮發(fā)演化探測器（MAVEN）向我們描繪了火星的面貌。利用火星勘測軌道飛行器（MRO）上搭載的成像光譜儀，美國航空航天局（NASA）發(fā)現(xiàn)了火星表面液態(tài)水的證據(jù)，及火星上存在大量隕石撞擊形成的玻璃。公布了登陸火星“三步走”計劃，同時正在研究火星軟著陸技術(shù)，研發(fā)登陸火星的充氣式飛船，并打算利用折疊飛機勘測火星。正在研發(fā)中的火星直升機將大大提升漫游車路徑規(guī)劃效率。在動力方面，核裂變動力火箭或?qū)w往火星的時間縮短一半，而最令人興奮的技術(shù)則是正在研制的新型離子發(fā)動機，它有望使人類的火星之旅縮短為39天。俄羅斯積極參與歐洲空間局的“ExoMars”火星探索項目。俄科學(xué)院空間研究所為衡量氣體軌道器模塊研制了大氣化學(xué)光譜綜合測定系統(tǒng)和“FREND”中子光譜儀。2016年年初，俄將使用“質(zhì)子-M”火箭發(fā)射由歐空局研制的在軌衛(wèi)星和實驗性登陸艙。

星際探測

在星際探測方面，美國發(fā)現(xiàn)迄今最遙遠的星系，距地球約132億光年。而迄今最曜亮的星系也被“廣角紅外測量探測器”（WISE）發(fā)現(xiàn)。美國密歇根大學(xué)對“羅塞塔”號彗星探測器數(shù)據(jù)的分析表明，在67P彗星彗核周圍的氣體——彗發(fā)中發(fā)現(xiàn)了氧氣分子，這在歷史上尚屬首次?！坝壤魉固枴碧仗綔y器則檢測到900多個粒子，該成果將幫助科學(xué)家對宇宙天體形成過程中星際塵埃所扮演的角色有更深刻的理解。在尋找地外生命方面，開普勒太空望遠鏡找到了迄今為止最像地球的兩個星體，被命名為開普勒438b和開普勒442b。2015年7月，NASA首次確認了一個與地球近似大小、圍繞一個類太陽恒星運轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)軌道位于宜居帶內(nèi)的行星——開普勒-452b，成為尋找“另一個地球”的一座里程碑。

航天運輸

美國在航天運輸方面，2017年之前重點投資發(fā)展商業(yè)載人太空運輸技術(shù)。2015年，美國私企太空探索技術(shù)公司SpaceX的獵鷹九號運載火箭將11顆通訊衛(wèi)星送入預(yù)定軌道后成功實現(xiàn)火箭第一級的著陸回收，藍色起源公司發(fā)射的一枚火箭成功實現(xiàn)軟著陸并完成回收。此外，美將發(fā)射探空火箭測試空間技術(shù)，“巨無霸”運載火箭也將于2018年亮相，科學(xué)家正在考慮太空電梯的材料和設(shè)計，將其作為火箭技術(shù)的替代。2015年8月美國休斯敦一間負責(zé)運營國際空間站科學(xué)研究平臺的企業(yè)NanoRacks，與中國院校達成“歷史性”協(xié)議，允許中國一項生命科學(xué)實驗在國際空間站上完成;這意味著國際空間站將迎來首個來自中國的研究項目。中國航天的發(fā)展一直偏重應(yīng)用，而在純科學(xué)的空間天文與深空探測方面，過去長期空白。直到進入21世紀才啟動了探月工程，正式開始深空探測工作，即嫦娥探月工程。

航空技術(shù)

自1903年萊特兄弟實現(xiàn)人類首次有動力飛行以來，僅僅110余年的時間，航空就發(fā)展成為一個徹底改變?nèi)藗兊臅r空觀、戰(zhàn)爭觀和生活觀的偉大事業(yè)。航空改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的模式，更為人類帶來巨大的福祉。進入21世紀以來，支撐和引領(lǐng)航空事業(yè)的航空科技繼續(xù)快速發(fā)展，航空強國間的競爭愈益激烈，美、俄等國家都加大了軍事航空、民用航空和基礎(chǔ)性、前沿性航空科技的研發(fā)與戰(zhàn)略布局。

軍事航空科技

軍事航空科技包含支撐新一代航空裝備發(fā)展及體系化的技術(shù)、高端作戰(zhàn)無人機技術(shù)、全向?qū)掝l隱身技術(shù)、能束武器技術(shù)、精確制導(dǎo)技術(shù)等。在不斷出現(xiàn)的新軍事理論和新戰(zhàn)爭樣式的共同推動下，軍事航空在作戰(zhàn)裝備體系中的作用越來越重要，承擔(dān)的任務(wù)種類越來越多，軍事航空科技呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢。我國在全面推動現(xiàn)代化國防體系建設(shè)與改革中，更加強調(diào)軍事航空的重要地位，軍隊空天一體、攻防兼?zhèn)洌７烙?、遠海防衛(wèi)，機動作戰(zhàn)、立體攻防和全域機動等使命任務(wù)，對航空裝備和軍事航空科技發(fā)展提出新的要求。21世紀前半葉，我國軍事航空科技的根本任務(wù)是，滿足體現(xiàn)以下作戰(zhàn)能力的航空裝備發(fā)展之需求：戰(zhàn)略威懾能力、遠程作戰(zhàn)能力、制空作戰(zhàn)能力、空天攻防能力、信息對抗能力和機動保障能力。

民用航空科技

民用航空的發(fā)展深刻改變了世界經(jīng)濟和社會格局，使我們生活的星球變成了空間距離可便捷跨越的“地球村”，以至于無法想象沒有航空運輸工具的世界將是什么樣。而世界經(jīng)濟的發(fā)展和全球化，社會生活節(jié)奏的不斷加快，呼喚著民用航空科技的新發(fā)展，呼喚著更安全、更經(jīng)濟、更綠色、更快捷、更加個性化的民用航空器不斷出現(xiàn)。

21世紀民用航空科技的發(fā)展熱點包括新一代大型民用客機技術(shù)、超聲速客機技術(shù)、綠色航空技術(shù)、無縫的空中交通管理系統(tǒng)等，隨著科技水平的不斷提高，民用航空科技的發(fā)展也會越來越快。

基礎(chǔ)性、前沿性航空科技

軍事航空和民用航空的發(fā)展都離不開基礎(chǔ)性、前沿性航空科技的支撐與保障。最重要的內(nèi)容是航空科學(xué)基礎(chǔ)、航空動力、航空材料和航空制造技術(shù)，以及有可能帶來顛覆性影響的前沿技術(shù)。

航空科學(xué)基礎(chǔ)包括空氣動力學(xué)、飛行力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等，這些傳統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)科正在繼續(xù)發(fā)展和進步。同時，現(xiàn)代控制論、人工智能等通用學(xué)科也在源源不斷地向航空科技創(chuàng)新注入活力。航空動力在很大程度上依賴于發(fā)動機的性能，進入新世紀，在高推重比/功重比發(fā)動機、高速動力、新能源動力、自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動機、分布式控制發(fā)動機等方面，正孕育新的重大突破。航空材料是航空產(chǎn)品發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是影響航空工程發(fā)展的決定性因素之一，也是材料科學(xué)體系中最富有開拓性、發(fā)展最快的分支。航空器的研制不斷向材料科學(xué)提出新課題，各種新材料的出現(xiàn)也給航空器的研制提供了新的可能。進入21世紀以來，航空制造模式不斷出新，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造、增材制造和智能制造等不斷獲得實用化成果，促進了航空制造總體水平和效率的提高。為了推進航空科技原始性創(chuàng)新，必須在更深的層面和更廣泛的領(lǐng)域解決一系列重大科學(xué)問題，增強前沿技術(shù)成果向航空工程技術(shù)進步和轉(zhuǎn)化的能力。歷史已經(jīng)證明，航空發(fā)展植根于相應(yīng)年代前沿技術(shù)的突破和大量基礎(chǔ)科學(xué)成果的豐厚土壤，同時航空的發(fā)展又強有力地帶動和引領(lǐng)了基礎(chǔ)性、前瞻性科學(xué)研究。

航空技術(shù)發(fā)展的推動力

在航空技術(shù)發(fā)展的過程中，涌現(xiàn)出一批諸如納米材料與低維化技術(shù)、新能源與新形態(tài)航空動力、撲翼自由飛與仿生飛行器、腦機交互和新控制系統(tǒng)等前沿技術(shù)。這些技術(shù)的產(chǎn)生，都離不開以下幾個方面的推動。

首先是物理技術(shù)與非物理技術(shù)的互動發(fā)展。遵循物理原理的技術(shù)就是物理技術(shù)，如各個專業(yè)以及各專業(yè)采用的原理與方法;無物理原理可遵循、基于過程的技術(shù)為非物理技術(shù)，如系統(tǒng)工程。在工業(yè)時代和后工業(yè)時代，在物理技術(shù)持續(xù)、大面積革新以至革命性進步的同時，非物理技術(shù)也呈現(xiàn)多層次、多色彩的飛速發(fā)展，并且日益展現(xiàn)兩者相互支撐、相互推動的發(fā)展格局。要把對此現(xiàn)象的被動認識和適應(yīng)，變?yōu)橹鲃诱{(diào)整、統(tǒng)籌策劃與布局，以求航空科技的整體快速進步與持續(xù)創(chuàng)新。

其次是科技資源最大化和投資效益最大化。長期以來，人們習(xí)慣于追求科技資源最大化，進而具象化為系統(tǒng)內(nèi)項目安排總量和經(jīng)費總額的最大化。在科技飛速發(fā)展的今天，一個機構(gòu)內(nèi)的科技資源和科研力量不可能滿足需要，也不可能占據(jù)相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的所有制高點，必須建立全局視野、國家視野，甚至全球視野，努力做到對先進技術(shù)的布局與狀況了然在胸，更多地從社會資源里去識別、尋求與獲取有用技術(shù)，以實現(xiàn)投資效益最大化。

再次是創(chuàng)意科技與科技創(chuàng)新。沒有創(chuàng)意，就沒有科技創(chuàng)新;沒有創(chuàng)意科技，就沒有創(chuàng)意經(jīng)濟;蓬勃萌生的創(chuàng)意，是推動科技對資源的整合、生活和藝術(shù)的交匯、浪漫和理性碰撞的原始動力，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展能量的源泉。我們的目標應(yīng)該是充分理解和支持有價值的創(chuàng)意，讓鼓勵創(chuàng)意成為一種習(xí)慣、一種氛圍和一種文化。

空天一體

從地球表面向上，按照大氣參數(shù)的分布特征，依次為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。對流層和平流層的下部（大約30千米處）為大氣稠密區(qū)，為傳統(tǒng)航空器的活動空間;從熱層的下部、大約100千米高度（也稱卡門線，為大氣層和太空的界線）向上，為航天活動的空間。航空航天發(fā)展的百余年來，從30千米到100千米的高程范圍（稱為臨近空間）僅為穿越空間，而非駐留飛行空間，幾乎是空天活動的空白。在科技進步的大背景下，以臨近空間為主的空天過渡區(qū)的價值開發(fā)與利用引起空前關(guān)注，并由此推動航空航天科技加快融合。拋開中國式航空航天分離管理的特情，就科學(xué)技術(shù)而言，以開發(fā)空天飛行器為主要目標和標志，空天一體的時代已經(jīng)到來。

空天飛機

空天飛機又稱航空航天飛機，也稱跨大氣層飛行器;其典型特征是：固定翼飛行器布局，能在大氣層內(nèi)外飛行，可水平起降，能重復(fù)使用。

美國、俄羅斯、歐盟和日本自20世紀80年代開始，不斷推出空天飛機研究計劃，如美國X計劃、英國“云霄塔”計劃等。其中，美國X-37B尤其引人注意，自2010年至今已進行三次空天飛行，第三次軌道飛行長達674天;但因其仍用火箭搭載起飛，故而還不是完全意義上的空天飛機。

亞軌道飛行器

目前已投入使用的亞軌道飛行器（距地表35～300千米）全部是各種一次性使用的彈道導(dǎo)彈?？芍貜?fù)使用的、載人或不載人亞軌道飛行器（也稱“躍層飛行器”）正在研制中。亞軌道飛行器將軌道飛行與機動飛行結(jié)合起來，既有航天器的飛行高度和速度，又有航空器的靈活性，且造價和技術(shù)難度遠小于典型的空天飛機。其最大速度低于第一宇宙速度，未完全脫離地球引力范圍。

臨近空間飛行器

臨近空間飛行器是因適用于臨近空間而得名的一類飛行器，有多種形態(tài)，包括可達臨近空間低端的浮空器。但對于開發(fā)該空間、將傳統(tǒng)航空和航天連成一體的使命而言，更具發(fā)展前景的是高速臨近空間固定翼飛行器。它應(yīng)能活動至臨近空間上層，因而可歸入空天飛行器范疇。此類臨近空間飛行器具有如下特征：最大飛行高度40～100千米，速度達高超聲速的下限（5馬赫），多采用“乘波”外形設(shè)計，采用復(fù)合動力或組合動力，能夠像飛機一樣自主水平著陸，并可重復(fù)使用。

高超聲速技術(shù)

空天一體化和開發(fā)空天飛行器需要多項先進技術(shù)，核心共性技術(shù)是高超聲速（大于5馬赫）技術(shù);高超聲速被稱為繼螺旋槳、噴氣推進之后航空史上的第三大革命性技術(shù);它是一個科技集群，主要包括高超氣動、防熱結(jié)構(gòu)與材料以及組合動力等科學(xué)與技術(shù)。

各航空強國競相開展高超聲速研究。我國也在積極推進該技術(shù)研究和高超飛行器研制，并取得重要進展。但總體上看，高超聲速技術(shù)尚在探索、研究進程中。按照美國軍方的評估與部署，第一步先研發(fā)飛得足夠快、足夠遠、帶沖壓噴氣動力的高超聲速武器（導(dǎo)彈），第二步研制高超聲速ISR平臺和能夠全球到達的攻擊平臺。美國空軍實驗室提出的采用助推滑翔或超燃沖壓方式的高超導(dǎo)彈研究計劃，將于2020年左右轉(zhuǎn)為正式采辦項目，屆時高超技術(shù)成熟度可達6級。

我們處在一個知識爆炸的時代，空天科技的發(fā)展可謂日新月異。從過去到現(xiàn)在，人類探索的腳步從未停歇，無懼路遠，不畏天高。那片廣闊的星辰大海，便是我們未來的征途。

未來，可期;未來，已來。