這是一篇近6000字、18圖的長文,寫在2019年中國航天日收官之后,值得關(guān)注中國航天的你讀下去。 

        1970424日,東方紅一號(hào)衛(wèi)星成功進(jìn)入太空,中國人千百年來的航天夢(mèng)終于從“嫦娥奔月”和“萬戶飛天”的傳說成為現(xiàn)實(shí),這一天也因此載入史冊(cè)。自2016年起,424日正式被確認(rèn)為“中國航天日”。 


2019424日,東方紅一號(hào)依然在宇宙中運(yùn)行(圖片來源:stuffin.space 

    

        由于軌道設(shè)計(jì)特點(diǎn),直到49年后的今天,東方紅一號(hào)衛(wèi)星依然在遙遠(yuǎn)的太空運(yùn)行,而且將長期運(yùn)行下去。不過依靠電池充能的它早已失去了能量,目前只是一座紀(jì)念并見證中國航天輝煌的豐碑。 

 


2019年中國航天日海報(bào)一經(jīng)問世便驚艷眾人,完美融合了中國千百年的神話和近些年的航天成果(圖片來源:國家航天局) 

         

  今年的中國航天日主場活動(dòng)在長沙開幕,活動(dòng)期間以及此前官方的一系列動(dòng)作,為我們慢慢揭開了未來十年中國航天的重大規(guī)劃,一個(gè)波瀾壯闊的中國航天時(shí)代也要揭開大幕了。 

    

  看點(diǎn)一:天宮空間站建成 

        載人航天工程是目前中國最重要的航天任務(wù),從1992921日開始起一直在按照“三步走”的計(jì)劃進(jìn)行: 

  1.實(shí)現(xiàn)載人天地往返; 

  2.建立短期駐留空間實(shí)驗(yàn)室; 

  3.建立長期駐留空間站。 

        19991120日,神舟一號(hào)無人飛船成功發(fā)射,大幕開啟。 

        20031015日,楊利偉乘坐神舟五號(hào)進(jìn)入太空。完成第一步,實(shí)現(xiàn)載人天地往返 

對(duì)接天宮一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室(圖片來源:國家航天局) 

        2012618日,天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器與載人飛船神舟九號(hào)成功對(duì)接,中國首次載人航天器交會(huì)對(duì)接。完成第二步,建立短期駐留空間實(shí)驗(yàn)室。 

  2020年起,中國將開始建設(shè)天宮空間站,實(shí)現(xiàn)載人航天工程的最后一步,預(yù)計(jì)在2022年前后落成。 

  中國載入航天工程平均每十年邁過一個(gè)大步,克服了重重難關(guān)。 

        每次載人航天任務(wù),至少涉及到航天員、載人飛船、運(yùn)載火箭、飛船應(yīng)用、測控通信、發(fā)射場和著陸場七大系統(tǒng),其中任何一個(gè)都是極復(fù)雜的存在。以大眾最不了解的測控通信系統(tǒng)為例,它已經(jīng)包括了路基的數(shù)個(gè)地面測控站、海基的先后7艘萬噸級(jí)遠(yuǎn)望號(hào)測量船、天基的先后兩代天鏈中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)。單一項(xiàng)全球覆蓋的中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng),就只有中國和美國能做到。 

 

王亞平的天地直播互動(dòng)“太空教室”背后是強(qiáng)大的天地海基通信測控系統(tǒng)(圖片來源:) 

        27年來,航天人篳路藍(lán)縷、以啟山林,以11艘神舟飛船、2艘天宮實(shí)驗(yàn)室、1艘天舟貨運(yùn)飛船的成果取得了上述進(jìn)展,中國也成為僅次于蘇聯(lián)/俄羅斯和美國的第三個(gè)能進(jìn)行獨(dú)立自主載人航天的國家。 

            

  未來幾年,載人航天將有如下大突破: 

        a.新一批大規(guī)模航天員選拔。我國此前已經(jīng)宣布開啟第三批航天員選拔,且將首次面對(duì)社會(huì)招募載荷專家等,他們將成為載人航天新階段的中堅(jiān)力量。 

        b.神舟載人飛船和天舟貨運(yùn)飛船等將進(jìn)入定型量產(chǎn)階段,同時(shí)新一代載人飛船在研。 

        c.長征五號(hào)B2020上半年首飛,重載)、長征七號(hào)(貨運(yùn))、長征2F火箭(載人)等相關(guān)火箭將進(jìn)入量產(chǎn)階段,同時(shí)新一代載人飛船運(yùn)載火箭在研。 

        d.天宮空間站將實(shí)現(xiàn)長期連續(xù)多人駐留,成為我國太空技術(shù)研究的重要實(shí)驗(yàn)基地。 

    

  看點(diǎn)二:嫦娥探月工程開始大豐收 

        嫦娥探月工程是中國的一個(gè)重大航天工程,主要包括三步: 

        20071024日,嫦娥一號(hào)升空前往月球,繪制了中國人的第一張?jiān)虑蛉貓D,實(shí)現(xiàn)“繞” 

        2010101日,嫦娥二號(hào)以全新的軌道設(shè)計(jì)抵達(dá)月球。驗(yàn)證一系列新技術(shù)后,離開月球飛向距離地球150萬千米的日地拉格朗日二點(diǎn),人類歷史上首次從月球前往此點(diǎn),一年后又離開前往探測圖塔蒂斯小行星,接連刷新中國深空探測最遠(yuǎn)距離。 

        2013122日,嫦娥三號(hào)成功發(fā)射,在當(dāng)月14日成功著陸月球并釋放玉兔號(hào)月球巡視器,中國首次實(shí)現(xiàn)“落” 

        2018521日,鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星成功發(fā)射,這是人類首顆月球背面信號(hào)通信中繼衛(wèi)星。 

嫦娥四號(hào)任務(wù)(圖片來源:中國國家航天局) 

        2018128日,嫦娥四號(hào)成功發(fā)射,在201913日成功著陸月球背面并釋放玉兔二號(hào)月球巡視器,人類歷史上首次突破月球潮汐鎖定影響著陸在月球背面。 

        航天大會(huì)前后,我國又公布了一系列嫦娥探月及后續(xù)重大任務(wù): 

        a.2019年底,嫦娥五號(hào)將進(jìn)行登月采樣返回,中國將要實(shí)現(xiàn)探月工程最后一步,如果成功將是人類時(shí)隔43年后再次獲取月球樣本。 

        b.在近期的“嫦娥四號(hào)國際載荷科學(xué)數(shù)據(jù)交接暨月球與深空探測合作機(jī)會(huì)公告發(fā)布儀式”中,我國宣布嫦娥六號(hào)將開放20千克質(zhì)量搭載載荷給國內(nèi)外科研工作者。20千克有效載荷對(duì)于“寸土寸金”的登月返回任務(wù)而言,是個(gè)不折不扣的硬實(shí)力證明。 

        c.嫦娥七號(hào)和八號(hào)正在研發(fā)。 

        d.國家航天局局長張克儉在航天日期間表示,中國未來計(jì)劃在月球建立研究站,努力在10年左右實(shí)現(xiàn)載人登月!這意味著在2030年前各項(xiàng)核心技術(shù),例如重載火箭、探月載人飛船、登月模塊等必須成熟,頗有當(dāng)年美蘇爭霸時(shí)肯尼迪總統(tǒng)的著名演講內(nèi)容“在1970年前,我們要把宇航員送上月球,再安全送回來!”的豪情壯志! 

    

  看點(diǎn)三:長征火箭大擴(kuò)容 

        長征系列運(yùn)載火箭是我國自行研制的主力航天運(yùn)載工具,它的名字來自毛澤東著名的《七律·長征》一詩,寫于193510月,描述了紅軍不畏艱難、勇往直前的精神,“紅軍不怕遠(yuǎn)征難,萬水千山只等閑。 我國的運(yùn)載火箭以“長征”命名,寓意火箭事業(yè)一定會(huì)像紅軍長征一樣,克服任何艱難險(xiǎn)阻,到達(dá)勝利彼岸。 

    

現(xiàn)役主力火箭(圖片來源:運(yùn)載火箭技術(shù)研究院) 

        1970424日長征一號(hào)首飛、成功將“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星送入太空后,長征大家族已經(jīng)包括了以下主要系列:長征一號(hào)(中國第一枚火箭)、長征二號(hào)系列(第一代主力,2F是載人航天項(xiàng)目的主要運(yùn)載工具)、長征三號(hào)系列(高軌和探月任務(wù)的運(yùn)載工具)、長征四號(hào)系列(極軌和太陽同步軌道衛(wèi)星的運(yùn)載工具)、長征五號(hào)系列(中國現(xiàn)役最強(qiáng)火箭,大國重器)、長征六號(hào)系列(小型液體燃料火箭)、長征七號(hào)系列(新一代主力運(yùn)載火箭)和長征十一號(hào)系列(小型固體燃料火箭,快速反應(yīng)能力)等。 

        但隨著我國航天任務(wù)的需求越發(fā)多樣,長征家族也在規(guī)劃迅速擴(kuò)容: 

        a.載人登月和探測火星,必然意味著需要近地軌道運(yùn)力150噸級(jí)的重載火箭,這就是規(guī)劃中的長征九號(hào),它的運(yùn)力是目前中國最強(qiáng)火箭長征五號(hào)的6倍左右,目標(biāo)劍指霸占世界第一火箭位置長達(dá)50年的阿波羅登月土星五號(hào)。目前核心的500噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、9.5米級(jí)直徑殼體結(jié)構(gòu)等都取得重大突破。 


2018年珠海航展中展覽的新一代火箭家族(圖片來源:航天科技集團(tuán)) 

      b. 多個(gè)新型火箭在研。 

  捷龍一號(hào)是小型固體燃料商業(yè)航天運(yùn)載火箭,長征八號(hào)是我國使用無毒無污染推進(jìn)劑的新型中型運(yùn)載火箭,長征六號(hào)A將對(duì)長征六號(hào)進(jìn)行大刀闊斧改革,長征七號(hào)A也將大大提高長征七號(hào)能力,長征五號(hào)B將成為重載工具服務(wù)于空間站建設(shè)。 

  此外,新一代起飛重量約2000噸(長征2F火箭約464噸)的新型載人火箭也在研發(fā)中,這將大大提高我國深空載人航天探測能力。 

        c.火箭發(fā)射環(huán)境改變。 

  一方面,文昌衛(wèi)星發(fā)射基地在迅速成長,未來將成為多種新型火箭的主力基地;另一方面,我國也在積極拓展新技術(shù),2019年中將試驗(yàn)從海上平臺(tái)發(fā)射長征十一號(hào)。這兩個(gè)新環(huán)境都幾乎不存在火箭殘骸濺落問題,最大限度利用本地低緯度帶來的發(fā)射優(yōu)勢(shì)。 

        d.發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)突破。 

  火箭的心臟是發(fā)動(dòng)機(jī),新型火箭的背后意味著多個(gè)新型發(fā)動(dòng)機(jī)的成功。此外,為應(yīng)對(duì)更復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境,例如一箭多星、深空探測任務(wù),新型火箭上面級(jí)遠(yuǎn)征系列也在不斷升級(jí)。 

        在可以預(yù)見的10年內(nèi),中國長征火箭家族將向世界航天運(yùn)載能力的頭部玩家位置發(fā)起沖擊。 

    

  看點(diǎn)四:深空探測不鳴則已、一鳴驚人 

        深空探測領(lǐng)域一直是我國航天任務(wù)的短板,但在未來十年內(nèi)這一切將會(huì)發(fā)生重大改變,目前至少兩個(gè)任務(wù)已經(jīng)立項(xiàng)并在進(jìn)行,多個(gè)任務(wù)正在規(guī)劃。 

中國火星探測任務(wù)組合體(圖片來源:國防科工局) 

        a.首個(gè)獨(dú)立火星探測任務(wù)。 

  火星探測窗口每26個(gè)月一次,我國將在2020年窗口期發(fā)射火星探測任務(wù),在火星實(shí)現(xiàn)軌道器“繞”、著陸器“落”和火星車“巡”的復(fù)雜功能,在世界各國早期火星探測任務(wù)中是絕無僅有的難度。 

        b.2019418日,我國宣布小行星探測任務(wù)將征集總重66.3千克的8種科學(xué)載荷,包括中視場彩色相機(jī)、熱輻射光譜儀、可見紅外成像光譜儀、多光譜相機(jī)、探測雷達(dá)、磁強(qiáng)計(jì)、帶電粒子與中性粒子分析儀、塵埃分析儀等,也逐漸揭開了這個(gè)神秘任務(wù)的面紗: 

        它將首先探測一顆被地球捕獲的10米級(jí)微小“準(zhǔn)衛(wèi)星”,實(shí)現(xiàn)一次“繞”“落”“回”將樣本送回地球;隨后主體航天器利用地球和火星引力助推,探測一顆主帶彗星 

  這些均為人類首次,這個(gè)任務(wù)的復(fù)雜性、難度和創(chuàng)新性都將是人類深空探測領(lǐng)域的新突破。 

        c.更遠(yuǎn)的深空任務(wù)。 

  我國宣布上述任務(wù)的同時(shí),也提到了木星/系探測、太陽系邊際探測和行星際探測等一系列后續(xù)項(xiàng)目的規(guī)劃,這也將是中國在深空探測領(lǐng)域的大進(jìn)展。 

        d.深空探測任務(wù)的進(jìn)展也意味著一系列支撐技術(shù)的成熟,例如地球到火星的距離是到月球的100倍以上,且眾多任務(wù)要求能實(shí)現(xiàn)全球無縫信息接收,這需要建立一個(gè)大型的全球性深空探測通信網(wǎng)絡(luò)。 

    

  看點(diǎn)五:北斗系統(tǒng)投入全球運(yùn)營 

      GPS系統(tǒng)如何顛覆了戰(zhàn)爭形態(tài)和民用生活,相信很多人已經(jīng)深有體會(huì)。一方面,它創(chuàng)造了例如 “外科手術(shù)式打擊”的軍事名詞;另一方面,普通人沒有了手機(jī)中的GPS定位模塊的確“寸步難行”。 

        因此,擁有獨(dú)立自主的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是一個(gè)大國最為迫切的戰(zhàn)略需求。 

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)各任務(wù)時(shí)間表(圖片來源:北斗辦) 

         

  中國北斗系統(tǒng)從一無所有發(fā)展到一個(gè)獨(dú)立自主的全球性系統(tǒng),花費(fèi)了20多年時(shí)間,期間先后研制了三代衛(wèi)星,從實(shí)驗(yàn)到全球組網(wǎng)建立了三代系統(tǒng),積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。例如創(chuàng)新使用了三種軌道結(jié)合的大型星座、短報(bào)文功能、三頻信號(hào)等,頗有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。 


2019424日,北斗衛(wèi)星的全球可視數(shù)量分布圖,大于4即可提供定位授時(shí)服務(wù),北斗已經(jīng)基本“點(diǎn)亮“全球(圖片來源:北斗辦) 

        進(jìn)入2018年,北斗實(shí)現(xiàn)了11018星的建設(shè)大潮,基本實(shí)現(xiàn)亞太地區(qū)高質(zhì)量服務(wù)。2019年也規(guī)劃發(fā)射710星,進(jìn)入最后組網(wǎng)階段,預(yù)計(jì)將在2020年實(shí)現(xiàn)全球高質(zhì)量服務(wù),這將是我國航天的一個(gè)重大突破。 

        “天上的星星參北斗,這句歌詞未來不僅再指宇宙中的北斗星座,對(duì)于普通人而言更需要的是中國的“人造北斗”。 

    

  看點(diǎn)六:航天輔助科學(xué)研究的大潮來臨 

        長期以來,我國航天都帶有明確的工程導(dǎo)向,解決一個(gè)又一個(gè)實(shí)際需求問題,實(shí)現(xiàn)從01的突破。隨著國力增強(qiáng),對(duì)科學(xué)技術(shù)的研發(fā)需求與日俱增,眾多航天任務(wù)也會(huì)愈發(fā)帶有科研屬性。 

        a.中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)衛(wèi)星系列。 

  過去幾年,空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批衛(wèi)星頻頻刷屏:暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”、硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”不斷給世界帶來大新聞。 

中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)第二批的主要衛(wèi)星(圖片來源:空間科學(xué)中心) 

         

  在新一批的中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)中,我國又將發(fā)射愛因斯坦探針(EP)、先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)(ASO-S)、太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星(SMILE)、引力波暴高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測器(GECAM)、增強(qiáng)型X射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)(eXTP)等一系列衛(wèi)星,這些都將是有許多國際合作的世界級(jí)科研衛(wèi)星。 

        b.中國“天眼”&光學(xué)太空望遠(yuǎn)鏡。 

  近些年世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡FAST在中國落成,它成為中國“天眼”,但它的觀測頻率與人類肉眼能接受的可見光范圍相去甚遠(yuǎn)。 

  隨著中國空間站開建,一個(gè)新的光學(xué)太空望遠(yuǎn)鏡將會(huì)與之共軌飛行,簡而言之,中國太空“天眼”或中國版哈勃望遠(yuǎn)鏡。這種軌道安排的好處在于可以通過太空任務(wù)方便維修管理,同時(shí)不與空間站連接以減少額外的干擾,這也是世界航天史上的創(chuàng)新之舉。 

        c.天宮空間站本身也是個(gè)大型的科研基地,對(duì)于人體醫(yī)學(xué)、空間生物/材料工程、遙感遙測等技術(shù)而言提供了完美的微重力環(huán)境,也將成為重要科研產(chǎn)出基地。目前,我國已經(jīng)開始了面向社會(huì)和科研院所征集相關(guān)科研/教學(xué)項(xiàng)目。 

        d.科研衛(wèi)星全面開花。 

  地球重力場探測、空間引力波探測、系外行星搜尋,全國各個(gè)科研院所的航天項(xiàng)目申請(qǐng)的消息屢見報(bào)道,眾多項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入研制和發(fā)射實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星階段。可以想像未來10年內(nèi),各種航天帶來的“大新聞”將會(huì)層出不窮。 

    

  看點(diǎn)七:高通量通信時(shí)代到來 

        在地面通信技術(shù)努力跨越到5G的階段,天基通信系統(tǒng)也在實(shí)現(xiàn)不斷突破。一方面,高軌的地球靜止軌道通信衛(wèi)星在走向高通量化;另一方面,大型低軌通信衛(wèi)星星座也在建設(shè)中,它們將成為高低搭配的組合,滿足“全天時(shí)、全天候、高通量”的通信需求,尤其是為海洋、極地、山區(qū)、沙漠等無法大規(guī)模建立基站的區(qū)域提供高質(zhì)量服務(wù),也能為飛機(jī)、高鐵等特殊應(yīng)用環(huán)境保駕護(hù)航。 

實(shí)踐十三高通量通信衛(wèi)星(圖片來源:航天科技集團(tuán)) 

        a.高軌領(lǐng)域。以我國在2017412日發(fā)射的首顆高通量通信衛(wèi)星實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星為例,它使用了Ka波段多波束寬帶通信系統(tǒng),也搭載了先進(jìn)的激光通信系統(tǒng)。通信總?cè)萘窟_(dá)到20 Gbit/s,超過了中國以往所有通信衛(wèi)星容量總和。它使用離子電推進(jìn)技術(shù)長期維持軌道,大大延長衛(wèi)星壽命,使得通信單位成本大大降低。我國即將發(fā)射的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星,又將大大提高中國衛(wèi)星通信總?cè)萘坑涗洝?span lang="EN-US"> 

        b.低軌領(lǐng)域。不僅SpaceXOneWeb在布局全球低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),中國也在積極參與競爭。航天科技集團(tuán)的“鴻雁”星座、航天科工集團(tuán)的“虹云”星座、眾多商業(yè)航天規(guī)劃的星座,都將建立數(shù)百顆衛(wèi)星組成的大型網(wǎng)絡(luò),沖擊“超級(jí)Wi-Fi”這一紅海市場。 

        高低搭配的天基通信技術(shù),恐怕將在潛移默化中改變我們每個(gè)人的生活。10年前,普通用戶還在為節(jié)省寶貴的流量總結(jié)技巧;10年后會(huì)發(fā)生什么,現(xiàn)在的你可以預(yù)測么? 

    

  看點(diǎn)八:商業(yè)航天正當(dāng)時(shí) 

        這些年以美國SpaceX、藍(lán)色起源、維珍銀河、OneWeb為代表的商業(yè)航天公司不斷“刷屏”,沖擊人們對(duì)商業(yè)航天的認(rèn)知。事實(shí)上,他們也在快速推動(dòng)人類航天技術(shù)的發(fā)展,成為一股無法忽視的力量。 

        我國商業(yè)航天起步晚,這是不爭的事實(shí),但這并不意味著進(jìn)步慢。 

我國商業(yè)航天公司長光衛(wèi)星拍下的3.6億像素的迪拜照片一角(圖片來源:長光衛(wèi)星) 

        過去兩年來,我國各類商業(yè)航天公司如雨后春筍般涌現(xiàn),它們幾乎覆蓋了航天相關(guān)的各個(gè)方面。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、運(yùn)載火箭總體、火箭回收復(fù)用、衛(wèi)星遙感、測控網(wǎng)絡(luò)、微小衛(wèi)星制造與應(yīng)用、低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)等領(lǐng)域都出現(xiàn)了可圈可點(diǎn)的公司。 

        雖然目前尚未出現(xiàn)有重大突破的新聞,但針對(duì)這些嶄新的公司我們不必苛求太多,尤其是片面追求“中國版”SpaceX這種類似說法。目前一切都是起點(diǎn),隨著中國航天的快速進(jìn)步和人才儲(chǔ)備的增長,它們之中一定會(huì)涌現(xiàn)出獨(dú)具特色的“獨(dú)角獸”,只是一切仍需時(shí)間。 

        49年了,東方紅一號(hào)衛(wèi)星仍然在太空中見證著中國一批批衛(wèi)星和航天器的發(fā)射,它成為中國航天事業(yè)的最有力的見證者。中國航天日,既是紀(jì)念它的發(fā)射,也是奏響中國邁入“航天時(shí)代”的華麗篇章! 

未來十年,中國航天有哪些重大看點(diǎn)

圖文簡介

摘要:1970年4月24日,東方紅一號(hào)衛(wèi)星成功進(jìn)入太空,中國人千百年來的航天夢(mèng)終于從“嫦娥奔月”和“萬戶飛天”的傳說成為現(xiàn)實(shí)。這一天也因此載入史冊(cè),自2016年起正式被確認(rèn)為“中國航天日”。今年的中國航天日主場活動(dòng)在長沙開幕,活動(dòng)期間以及此前官方的一系列動(dòng)作,為我們慢慢揭開了未來十年中國航天的重大規(guī)劃,一個(gè)波瀾壯闊的中國航天時(shí)代也要揭開大幕了。