21世纪世界航天技术总的发展趋势可能是：天地一体化，军民一体化，合作国际化。21世纪初期，卫星领域里微小卫星将获得很大发展，深空探测将以月球和火星探测为主，载人航天将以国际空间站为重要舞台，航天运载器将朝着高能、无污染、大推力、低成本的方向迈进。与此同时，信息技术、智能控制技术、先进材料、先进制造技术以及新型动力技术等一系列高技术在航天领域更深层次和更广范围的应用，将极为有效地推动和加快航天技术发展的步伐。 1.卫星技术 21世纪的卫星技术中占据突出地位的将是可膨胀结构、星上处理技术、相控阵天线、飞轮技术、激光通信和机器人卫星。此外，从21世纪初期开始，以微型化、集成化为特点的高新技术将广泛应用于微小卫星，使其在继续向“更快、更好、更省”的方向发展的同时，向“更灵活、更自主”的方向迈进。预计，2000～2005年微小卫星将占全世界卫星发射总量的70％以上。 为了满足21世纪外层空间的任务需求，并实现“更快、更好、更省、更灵活”的目标，美国航宇局于1995年提出了“新盛世”计划。该计划将进一步推进星上器件的微小型化和卫星的微小型化，目的是为21世纪宇宙探索与应用开发提供高性能、高自主、具有革命性的航天技术与工具，并力图降低未来飞行任务的风险和成本。 基于微机电系统技术的微小型化器件将在微小卫星上普遍采用，随着微电子技术向纳米量级的发展，微小卫星电子系统集成于单个芯片是未来的主要实现方式，其发展趋势是将中心控制功能、各子系统控制功能、通信功能和数据处理功能集成于一个芯片，从而推进微小卫星的革命性进步。除了电子系统本身的高度集成以外，微小卫星的发展还要求以功能模块为目标的系统集成，使其成为相应的公用模块。 2．深空探测 航天技术的发展，为21世纪初期新一轮月球探测提供了更多的可行性。月球作为人类扩展空间活动范围的基地具有很大潜力，美国、欧空局、俄罗斯和日本等国家与组织纷纷提出了新的月球探测计划。美国前总统布什在1989年提出在21世纪前10年要重返月球，美国航宇局也设想在2010年至2017年在月球建立基地。日本在1996年提出了在未来30年内建设小型永久性月球基地的计划，预计该计划耗资约267亿美元，这也必将是一个国际合作计划。印度空间研究组织已宣称要发射月球探测器，印度已对月球探测任务的科学目的和技术可行性进行了研究，计划在2008年左右实施月球探测。 火星探测成为行星探测的首要目标。俄罗斯、美国已经发射了大量的探测器对火星进行考察。美国目前正在实施火星生命计划，即在1996～2005年间每隔26个月发射2颗无人火星探测器，最终确定火星上是否存在过生命。美国还准备进行载人火星探测，美国航宇局约翰逊航天中心最近提出了一个在2007年开始的载人火星探测计划，最终将在2010年前派遣一个6人乘员组登上火星，并在那里工作500天，预计将耗资200～300亿美元。在空间探测领域，欧洲已与美国、俄罗斯同居世界领先地位。欧空局在其长远发展战略中指出，要继续实施和加强空间科学探测计划，巩固欧洲在这一领域的先进地位。在火星探测方面，欧洲也提出了“火星快车”探测器计划，进行火星大气和表面探测考察活动。 3．载人航天 载人航天技术的发展令人瞩目。展望未来，在新世纪里世界载人航天技术将会取得新的突破。在21世纪前10年中，人类的载人
代表着航天国际合作潮流的国际空间站，集中了世界主要航天大国各种先进设备和技术力量，其技术的复杂性和先进性是以往任何载人航天器无法比拟的。由于建造国际空间站工程十分浩大，任务非常艰巨，因此需要采用先进的、可靠的航天运载器技术、交会对接技术、舱外活动技术作为保障。另外，由于国际空间站是一个广泛的国际合作计划，因此参与国也都以此为契机发展自己的相关技术，推动本国载人航天技术的发展。 无论是从需求还是从可能性来看，未来的交会对接技术将越来越向自动自主方向发展。这种技术不但可以应用于载人飞行，也可应用于无人飞行。对载人飞行而言，这种技术只会使人感到更安全，费用上也更节省。日本正在发展的交会对接技术，无疑可以代表今后交会对接的发展趋势。日本对交会对接试验的要求是：进行低地球轨道的交会对接；高度自动化的无人交会对接，必要时可以进行遥控；对接冲击非常低（接近速度要求为1cm/s）。美国、俄罗斯和欧空局也在积极发展无人自主的交会对接技术。预计到2010年，主要航天大国的交会对接技术将全面实现完全自主的自动化。 在未来的几年中，航天员出舱活动技术的应用将成为国际空间站组装与运行的关键。出舱活动技术涉及环境控制与生命保障技术、舱外航天服技术、载人机动装置、出舱活动航天医学、出舱活动工效学和出舱活动模拟训练技术等。 在未来10年内，随着国际空间站的建成，各种空间相关学科的研究将得到迅速的发展。由于国际空间站巨大的规模、独特的太空环境和科学的规划设计，将为相关学科提供良好的实验场所，这其中包括生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学、对地观测、天文观测等。这些研究与实验不仅会推动相关学科的发展，而且也会为下一步的行星探测奠定坚实的基础。 4．运载技术 未来航天器的发射将越来越频繁，载人飞行越来越多，难度越来越大。这就对运载技术提出了更高的要求。纵观世界航天运载技术的发展，充分展现出以下几个方面的趋势： （1）尽力降低成本、提高可靠性、提高发射成功率。为此，国外主要采取的措施首先是简化设计，其次是采用共用组件或技术，实现通用化、组合化、系列化，此外积极采用先进的技术和电子设备。（2）向大直径、少级数、大运载能力发展，使用无毒推进剂。采用新技术，形成新的运载火箭系列，运载能力成倍地提高。（3）一次性使用运载火箭与可重复使用运载火箭同时发展，并在一定时期内并存。（4）积极为发展载人航天服务。（5）为适度开发深空探测技术提供空间运载工具。（6）研制适应小卫星发展的小型运载火箭。 5．推动航天发展的基础技术 在航天技术的发展过程中，信息技术、智能控制技术、先进材料、先进制造技术以及新型动力技术等一系列高技术将起着极为重要的推动作用。 （1）信息技术仍是对航天影响最深刻的技术领域之一，它全方位地贯穿于航天科技的发展之中。未来的航天器是信息化的航天器，智能化的航天器。
无处不有的计算机，无处不联的网络，将使信息网络遍布整个地球和外层空间。新的导航软件和其他智能软件媒介，可提供更强大的信息过滤和获取功能。不久的将来，将充分利用网络技术实现庞大的天地一体化的信息系统。 （2）先进的航天控制技术已成为十分重要的关键技术。近十年来，美国等航天大国在先进的航天控制技术方面已经取得了很大的发展。美国空军2025年计划和美国航宇局“新盛世”计划均把智能自主技术放在首位。“新盛世”计划的目标之一是研制自主航天器，旨在使航天器智能自主地完成导航、数据处理、故障判别和重构工作，从而减少对地面测控系统的依赖。俄罗斯的中央设计局、鲍曼大学等机构对航天器挠性结构的动力学与控制，侦察卫星的智能自主控制，飞船与空间站的交会对接，都进行了广泛的研究并早已应用。日本比其他国家更重视智能自主控制技术在空间领域的应用，并已实现了卫星之间无人自主交会对接。 （3）先进复合材料技术已逐渐成为当代航天先进材料技术发展的主体，近年来获得了快速的发展，并在军事和民用诸多领域得到了越来越广泛的应用，成为支撑先进航天武器装备和新型航天器发展的先导技术、基础技术和关键技术。21世纪材料技术的发展重点将向具有功能化、复合化、智能化、微型化及与环境相协调化特征的方向发展。 在有关基础技术的研究和发展规划中，发达国家均把材料技术定为具有最高优选权的技术领域之一。美国国防部在制定面向21世纪的国防科学技术战略规划体系中，就把材料技术、信息技术、探测器技术和经济可承受性定为具有最高优选权的4个领域而给予高度重视，并连续多年将复合材料技术列为最优先发展的关键技术之一。许多发达国家在其基础科学的研究计划中，除了把“材料科学”单独列出外，在物理学、化学、数学和生物学等领域也包含了一些与材料有关的研究内容，探讨其他科学对材料科学技术的推动作用，而材料科学技术的发展又为其他学科的发展提供了基础、创造了条件，从而有力地促进和推动了这些基础科学技术的发展。 （4）精密和超精密加工技术是航天先进制造技术的核心，是航天装备现代化不可缺少的关键技术之一，也是衡量一个国家科技水平和武器装备研制水平的重要标志之一。目前由于技术的发展和产品需求的扩展，超精密加工技术已扩展到采用特种加工和微细加工手段的范围。 微纳米加工技术从某种意义上可以说是精密加工技术的扩展和延伸，它更广泛地综合了电子、机械、材料制造、信息与自动控制等学科技术成果的应用，成为当前世界前沿科学研究的基础。微纳米加工的主要应用对象是微机电系统和微光机电系统、微型机器人等的制造。 作为关键工艺技术，超精密加工和微纳米加工技术在航天领域的应用主要包括以下内容：金属和非金属材料构件的切削量为微米到纳米级的超精密镜面加工技术；介观尺度的微型机构加工技术；微机械加工技术。 微机械的应用在航天领域是一个重要的发展方向，已成为美国科研重点之一。美国已成功地发射了纳米卫星。微机械应用涉及微机械惯性器件、微电机、微机器人、微小卫星等技术的发展，它会使产品的体积成数量级地减小，可靠性大大提高，研制成本大为下降。 （5）新型推进技术正在加紧研发。为了适应高速飞行的需要和进一步提高发动机的推重比，人们提出了许多新概念发动机，其中最引人注目的有超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机和组合发动机。美国航宇局于2001年对脉冲爆震发动机进行了一次飞行试验。 电推进技术备受青睐，已经被欧洲航天机构、卫星主承包商和设备制造公司认定为未来航天任务的关键技术，作为最优先的技术项目来对待。美国和欧洲的商业卫星制造商们正把电推进用于卫星的位置保持，但由于推力太小，还不能用于轨道转移。推力太小的问题将在今后5年内获得相当程度的改进，使电推进可用于轨道转移。电推进由于经济合算，便于总体设计，将成为未来航天器动力的理想选择。 二、21世纪我国航天发展对重要技术的需求 为了使航天技术更好地为我国国民经济建设和国防现代化建设服务，赶上世界先进水平，我国将发展高精度、长寿命、高可靠的卫星，开展载人航天和深空探测，建设空间站，这都对我国航天技术的基础研究提出了新的挑战，迫切需要提高基础研究的水平，需要瞄准国际航天先进技术，有的放矢地进行新方法和关键技术的研究。这是刻不容缓的任务。 1．深空探测对技术的需求 21世纪国际上将掀起新一轮深空探测的高潮。我国是世界上少数几个航天大国之一，就深空探测技术来讲，与航天大国的地位是不相称的。我们应该利用有利的发展契机，发射月球探测器，以尽早在深空探测领域占领一席之地。 我们的月球探测可以在高起点的水平上开展工作。由于月球探测的技术难度大，涉及的学科多，是一项重大而复杂的系统工程，必须坚持有所为、有所不为的原则，选择那些容易突破而投资可以承受的项目首先实施。第一步，利用我国现有的长征系列运载火箭，发射月球探测器，开展特定项目的探测。第二步，我国新一代运载火箭可望于2010年前投入使用，火箭的运载能力有大幅度提高，这时就有发射月面巡视探测车和取样返回地球的条件。第三步是建立月球基地的阶段，只有在第一、二步的探测取得突破性进展的基础上才能考虑月球基地的功能和规模。 进行月球探测必将涉及许多技术，例如软着陆技术、高级自主机器人、永久性封闭式受控生态系统、生命保障系统以及能源生产系统等技术。 2．空间站对技术的需求 载人空间站是一个综合设施，具有综合功能，为许多项目提供研究机会。国际空间站建成后，为了在自然科学一些重大前沿问题上取得进展，需要在空间站上进行微重力和空间生命科学的研究，进行生物材料的制备、半导体材料的加工，进行组织工程、环境工程、地面材料工艺的改进等诸多的应用研究；同时，还需要利用空间站计划为建立月球基地和载人探测火星等以后的任务准备科学和技术的基础。我国在21世纪也将拥有自己的空间站。在拥有自己的空间站之前，可先利用国际空间站开展有关的科学实验和研究活动。这就对空间站与空间科学应用研究技术提出了比较迫切的需求。 3．建立天地一体化的信息系统对技术的需求 信息社会中，经济、生活和国防对信息的需求和依赖，可以与19世纪、20世纪工业经济时代对电力和石油的需求与依赖相比拟。在军事上，信息战和数字化战场；在国民经济方面，气象、导航、灾害和环境监测、数字国土和数字地球等，都依赖信息技术。而空间已成为当今社会信息基础设施建设的重要领域，由空间基础设施开发的空间信息资源无论在军事上，还是在国民经济方面，其特殊、优越的作用已被实践所证明，重要性越来越被人们所认识。 我国航天事业已有一定的基础和条件，有能力采取技术创新的举措，跨越发达国家各军兵种分别建设各自的空间基础设施、再建天基综合信息网的发展阶段，一步就以发展和建设天基综合信息网为目标，统筹构思，从顶层设计开始全面规划，结合国情逐步实施，实现空间信息系统资源综合利用，并迎头赶上发达国家。这就需要重视新概念、新技术的开发和飞行验证，而且卫星系统要有大跨度发展的思路，即要充分利用天基综合信息网的概念去规划卫星系统的发展。每一个新的卫星和星座的发展，都是一个相当规模的技术创新。 4．需要突破制约航天发展的基础应用技术 在制约航天发展的基础应用技术中，我国特别需要提高智能自主控制技术、材料技术、制造技术和新型动力技术的发展水平。 （1）当前我国航天器控制技术的水平只能说达到国际80年代中、后期的水平，控制精度、寿命、可靠性等重要指标与国际上的先进水平差距很大。要想在21世纪使航天器更好地为我国国防和国民经济建设服务，当前迫切需要使我国的空间控制技术水平上一个新台阶，因此必须进行空间智能自主控制技术这一关键技术的研究。 把智能自主控制技术应用于航天器控制中，将全面提高我国通信广播、对地遥感、导航定位等应用卫星以及载人航天、空间站和深空探测等航天器控制技术的水平，并为赶超世界先进水平奠定坚实的技术基础。 （2）经过多年的不懈努力，我国先进复合材料技术的研究和应用已经取得了长足的进步，在一些关键材料工艺技术上已获得较大突破，并达到了与先进国家较为接近的水平。但是由于一直是在为解决型号的有无服务，“仿制”和“跟踪”在复合材料研制和应用研究中占有较大的比重，其整体技术基础还比较薄弱，与国外总体差距约10余年。目前，我国卫星结构质量约占卫星总质量的10％，如果高模轻质结构复合材料工艺技术得到进一步突破，有望使这一比例下降到7％以下。 （3）在超精加工技术方面，当研制各种航天型号时，在惯性仪表精加工、导引头部件和伺服阀部件的精加工上所遇到的众多难题，目前我们还没有有效、稳定的工艺手段。我们尤其是缺乏光学陀螺的超精加工所需要的超精切削及特种加工的复合工艺。在微纳米加工技术方面，我国与国外的差距更大。 （4）在航天运载技术方面，需要进一步解决大推力、高可靠、低成本和无毒、无污染等方面的关键技术，研究开发实用的可重复使用航天运输平台的结构与防热技术、先进动力技术等。我国在该领域的研究有的刚刚起步，有的还未开展。 总之，我国在这些航天技术的基础研究领域技术能力还比较薄弱，需要引起足够的重视，早日行动，重点攻关，以增强我国航天技术发展的后劲。 |
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随着信息技术和智能科学研究向纵深发展，模拟人脑认知、思维过程的新概念计算机将有可能问世。这类计算机一旦装备航天器，将使航天器实现质的飞跃。今后光计算机将在超并行计算机和人脑型计算机的发展中大有用武之地。在人脑型计算机诞生之前，21世纪初智能体技术将要率先兴起。智能体具有一定的智能，它可以自主性地适应外界环境。这是一种可主动理解人的意图，从而实现人的部分意志的软件实体。采用这一新技术之后，电脑就可以真正拥有类似人类大脑的局部的“思考功能”。这些技术都将大大加快航天技术发展的步伐。
