空间技术领域执着追求 科技创新之路甘于奉献——访通信与信息系统专家、我国空间监视技术领域主要开拓者、中国工程院院士陈鲸

◎网信军民融合编辑部/刘骄剑

问题一：随着航天技术的不断发展，人类对太空的探索也在不断深入，太空已经成为军事斗争领域的“高边疆”，请您简要介绍一下目前全球面临的太空安全形势？

陈鲸：随着航天技术的进步和国家利益的竞争，太空这个“高边疆”，对于任何一个希望维护主权的国家都有着极其重要的战略意义。保障空间安全对保障国家的军事、政治和经济安全都具有非常重大的作用和战略意义。

随着航空航天事业的发展，我们国家在空间领域正从大国向强国发展。现在，我们的卫星种类基本上很全了，包括通讯卫星、气象卫星、海洋卫星、资源卫星、导航卫星，还有科学实验卫星等。我国卫星体系原来很单薄，只有通信卫星，现在是五大类全面发展，而且发展得很快。另外，我们国家商业卫星也在发展，特别是民营企业的一些小商业卫星越来越多，所以随着卫星数量的增多，空间安全问题成为首当其冲的问题。因为卫星轨道碎片多又拥挤，还有空间环境也在恶化，这些都给空间安全带来一些严峻的问题。在地球同步轨道上，原来我们国家的卫星很少，现在也比较多了。原来的同步轨道都是被美国、欧洲等西方国家统治，大量资源被他们占用了。现在的北斗卫星一部分在同步轨道，一部分在低轨，还有一些其他的通信卫星、气象卫星也在同步轨道上，但是大部分在低轨道上。

一方面，因为轨道资源是有限的，原来在360度同步轨道上的卫星，经度间隔是3到5度，现在是1度，甚至是0.3度、0.5度的间隔。卫星之间越靠近，互相之间的无线电干扰越严重。另外，还有对卫星的遥测、遥控信号的干扰和破坏威胁。美国等发达国家的卫星都有一些抗干扰和防护措施，包括卫星的电磁防护和卫星之间的干扰防护等。从卫星应用的角度来看，卫星安全防护问题已迫在眉睫。

另一方面，现在空间武器发展非常快，空间武器是指部署在太空空间的所有武器，包括微波武器、动能武器、激光武器，还有电磁炮、电磁炸弹等各种武器。随着空间武器、电磁武器的发展，使空间诸多目标特别是应用卫星受到攻击和干扰破坏威胁。

三是轨道上的碎片问题，也是国际上一直关注的。目前有数千万太空垃圾笼罩着地球，根据太空垃圾尺寸的大小，国际上把太空垃圾分为3类。一是尺寸大于10厘米的为大碎片，现在大概有2万多块，可被监测到；二是尺寸介于1～10厘米之间的为小碎片，现大概有11万块；三是尺寸介于1毫米～1厘米之间的为微小碎片，现大概有37万块。另外尺寸不大于1毫米的碎片现在大概有几千万块。极小的太空垃圾由于数量多，所以可严重改变航天器的表面性能；稍大的太空垃圾会损坏航天器表面材料，造成撞击坑，损伤表面器件；大的太空垃圾与航天器碰撞时，可使航天器的姿态改变，甚至改变航天器的轨道；高速撞击的太空垃圾会使自身及被撞击的航天器表面材料气化为等离子体云，使航天器失效；当太空垃圾的能量足够大时，将穿透航天器表面，撞击航天器内部的控制系统或有效载荷，使航天器发生爆炸或打散整个结构。

陈鲸 院士

太空的垃圾碎片越来越多,造成了巨大的安全隐患，如何清理它们已经成为一道国际难题。如果到2030年或者2050年，这些空间碎片不清除的话，轨道上基本上很难有放置新卫星的空间位置了。对卫星碎片的清除，美国可以通过空间机器人把碎片摘下来，这是一种清除的方式，另外还可以把碎片气化，脱离轨道，让它陨落。清扫碎片的形式是多种多样的，但是像美国这种用空间机器人清扫是非常具有挑战的，既然能摘取碎片，也就能清除卫星，这样就说不清楚了。碎片的清除是当务之急，但是要建立国际规则，形成大家都能认可的一种统一的对碎片的清除的方式，保证空间的安全。这是国际上要统一来做的，不是一个国家所能做的。现在产生碎片最多的是俄罗斯，接下来是美国和中国，因为发的卫星越多，产生的碎片也会比较多。

问题二：随着太空战略地位的日益提高，保护太空资产安全、加强对太空系统对抗能力，是确保太空系统安全的重要任务。请您简要介绍一下该领域的发展现状和趋势。

陈鲸：太空对抗能力的提高依赖于太空态势的感知能力、防御性太空对抗能力和进攻性太空对抗能力上。美军作为空间对抗领域的先行者，目前已经逐步构建了以太空态势感知、防御性太空对抗、进攻性太空对抗以及指挥控制与天地一体化的基础设施在内的完整的空间对抗技术体系。

首先，太空态势感知能力是实现太空安全控制的基础，是在地面或空间对太空环境中运行的空间目标的太空能力进行全面掌握的技术手段。如果自己都不知道空间中发生的碰撞、卫星间的干扰对抗和空间环境的恶劣情况，也就没有办法掌握它的安全。空间态势感知主要包括:目标所在位置、目标活动态势、目标的态势估计、目标威胁评估、目标的身份识别等一系列问题。目前，有越来越多的国家在向太空空间监视方面进行投资，推动太空碎片监控、卫星跟踪和近地物体探测的发展，而且当自跟踪和识别锁定在轨物体成为大多数拦截技术的前提后，太空空间监视便是一种关键的太空拦截系统的感知技术。美国一直引领着太空空间对抗装备与技术的发展方向。目前，美国正在积极构建全方位、多层次的太空空间侦察监视体系，提升太空空间态势感知能力，满足空间威胁实时响应需求。

现在的卫星数量正急剧增加，特别是美国在空间安全上有新的变化、新的发展战略，各类卫星已构成网络体系，也就是已经向体系对抗下的空间安全方向发展。原来卫星都是单颗的，不成为一个体系，不成为一个序列，不组成网，现在各种卫星，如通信卫星、气象卫星、资源卫星、导航卫星以及预警卫星、侦察卫星都组成网，这个网分布在多个轨道上，而且在卫星系统中还采用了功能分解与弹性可重构的设计思想。在这种体系组网的情况下，监视这些对象就更困难了。这给未来空间监视技术领域带来极大挑战，如组网的多星观测分辨和微小卫星的观测。所以，需要对卫星态势感知的能力要进一步深化细化，需要进一步提高对微小目标探测与识别能力。

其次，太空武器的发展对太空空间系统安全构成严重威胁，空间系统预防性对抗性技术成为发展重点。空间信息攻击重点是对太空空间信息链路的攻击、对天基信息获取系统的攻击、对地面支持和应用系统的攻击。主要技术手段是针对敌方的太空空间信息系统，采取集侦察、干扰、破坏、摧毁于一体的体系结构。针对太空空间信息攻击，太空空间信息系统必须采取必要的防护措施，其防护重点是对己方的卫星、空间信息链路及地面相关设施的防护。美国正在积极发展多种手段，提高航天器的生存能力，美国已经采用或正在研究的措施包括：激光致盲防护、抗辐射加固、微小卫星星座与编队飞行、轨道机动等。

另外一方面是发展空间进攻性对抗技术。在进攻性空间对抗方面，美军特别强调灵活、精确的空间进攻能力。如2008年2月，美海军利用“标准-3”导弹成功摧毁了位于247千米高度轨道的一颗自己的废弃卫星的油箱，这表明美国已具有实战反卫的精准能力。2020年以后，美军将能够部署种类更多、方式更灵活的反卫星武器系统。

问题三：针对当前的太空安全形势，您认为哪些重要的技术方向值得关注？

陈鲸：一是要增强卫星的防护能力。比如说可见光照相卫星，如果激光波束打到成像望远镜的镜面上，就可能烧坏CCD。美国为了具备这种防护能力，设计了一个像眼睑一样的装置，照相时是打开的，之后就闭合了，在受到激光照射之前就闭合了。还有微波防护措施，微波照射之后可能把芯片和电路破坏，也有相应的防护措施。特别是强电磁辐射，如核爆炸脉冲弹、微波武器、激光武器，照射的时候会破坏芯片、电路板，甚至是整个设备，载荷或者无线电接收设备、无线电发射设备、雷达都可能被破坏，所以说防护很重要。对于空间武器，我们自己要有能力形成威慑。

二是要发展卫星组网技术。一般来说，现在高轨卫星的平台都比较大，十几吨、二十几吨的大卫星平台，研制周期长，现在技术进步非常快，等它研制完成技术指标基本上就落后了，所以对高轨同步卫星平台，一个方向是研究怎么提高它的集成能力和性能，另外就是把大平台的功能分解，由几个低轨卫星平台组网来完成，实现比大型平台还要好的侦察能力、通信能力或者其他能力，这也是组网的目的之一。这样实现了功能分散和系统重构。用卫星网实现原来某个大系统的功能，把这些功能分到各个不同轨道的卫星上，这样它生存能力就强了，也就安全了。原来空间中由一个测控中心控制卫星，现在组网后具备柔性，去中心化，如果空间中的一个卫星控制系统失灵的话，可以用其他平台的多中心来维持运行。

三是要进一步发展空间监视技术。要掌握哪些卫星之间可能会发生碰撞，哪些可能对我们有威胁。空间侦察监视是空间态势感知很重要的一个能力。现在我们的最大局限是只能本土布监视站，而美国可以在全球布站，且在空间监视目标的监视手段多样，目标识别能力强。

访谈现场

目前我国空间监视手段有雷达、光电望远镜和无线电侦测系统三大类。我国的雷达手段和光电手段现在都取得了很大的进步，逐步实现了与美国的并行发展，经历了跟跑、并跑与领跑的发展。无线电侦测手段主要对空间各频段有源目标信号进行无线电信号侦测，收集目标的信号特征，为目标信息信号对抗服务。

总的来说，对于空间安全，美国已经放弃了以主动手段（即空间武器）来保证空间安全的思路，但仍保留着主动手段作为威慑之一。美国也提倡整个国际社会一起来承担空间安全责任，互相都不要轻易用空间武器进行攻击。美国的空间安全新理念认为：仅仅依靠空间武器或空间攻防手段不能维护空间安全，也无法遏制其他国家的发展，还可能使美国的空间系统受损。未来的空间威慑是多种手段的综合运用，不仅包括空间武器威慑，还包括政治、外交、经济等一系列威慑手段。其未来空间安全观是：在战略上坚持发展空间攻防能力；在策略上注重走“以民掩军”的道路；在对策上更加注重运用“软”“硬”结合的“巧实力”。

问题四：当前，我国大力推进军民融合深度发展，太空领域作为军民融合的重点领域，您认为应从哪些方面深入推进？

陈鲸：未来相当长的一段时间内，坚定实施军民融合发展战略，对于应对新一轮科技革命、产业变革、军事革命的迅猛发展，以及中国由大向强而不断增加的风险挑战、外部压力具有特殊重要意义。

民用技术转为军用可有效提高军事科技竞争力。从“两弹一星”的研制，到“空警2000”预警机、辽宁舰等一大批高新技术武器装备的问世，都得益于实施“小核心、大协作”的武器装备科研生产体系，将相关先进科学技术充分运用到军事领域。当今世界重要的高新技术产业和关键核心技术，几乎都是在军事需求带动下产生和发展起来的。如手机、世界第一台计算机、互联网、GPS全球定位系统都是军队为满足作战需求开发出来的，转为民用后产生了巨大的经济效益。

另外，关键领域军民融合可有效推动国家经济快速发展。海洋、航空、空间、网络等关键领域，是军民融合的重中之重。太空领域的军民融合，体现在民用资源既可用于平时也可用于战时。如果民营企业的卫星搞的好，精度又高，那应该可以为军队服务。一些商业卫星项目，比如一些城市发的资源卫星，这些卫星成像的图片可以民用也可以在军事上应用。现在我们也在做一些事情来积极地推进军民融合，例如，某地的一个项目在推动卫星和地面的物联应用，既可以用于民用的物流，也可以服务军事物流，那是一个军民融合的很好的例子。

军民融合现在讲得很多，但具体怎么融合，融合什么，急需要落地。前不久我到某地去考察，多位院士去科技扶贫，针对当地的一些工业企业的问题出主意、想办法。我考察了两个地方，一个是电缆厂，生产特殊电缆，用于海上飞机发动机内的运行环境，工作环境温度在零下60度到零上300度，一般电缆承受不了这种极端温度，还要防1000个小时的盐雾腐蚀，还得具备电磁屏蔽的功能，这三者结合在一起，要达到这个要求很困难。后来我帮他们找了一位专门研究玄武岩纤维材料的权威教授，就能解决这种问题。玄武岩纤维作为简单的保护膜再加上金属屏蔽层，既防盐雾又耐高低温还有电磁屏蔽功能，可以解决这一特殊发动机上的难题。

军民融合能够实实在在做一些事情，还是大有可为的。但是目前特别是军转民的问题，有些体制机制还不完善。例如，不能把停止有偿服务当作军民融合的阻碍，要做的是怎么把它规范化。还有就是民用的技术和产品变成军用，需要进一步提高它对国防建设的促进力度，这就要提高科技含量，提高民营企业的自主创新能力。

问题五：科技创新是经济社会高质量发展的第一动力，这些年来您一直在科技创新之路上执着追求、甘于奉献。请结合您多年的科研经历，谈谈对科技创新之路的体会和感受，以及新时代的科技工作者应当具备怎样的能力和素养？

陈鲸：针对创新，我跟学生提了个要求，就是要培养和训练创新思维。如果你学东西都没有什么创新，都是老师说什么学什么，你的思维就仍然是“传声筒”模式，学完之后要在老师讲的基础上进一步思考，有新的感悟，创新思维要特别培养。我马上要退休了，退休以后想在学校做些科技创新方面的工作，从培养学生的创新思想入手，通过做一些创新性的项目，把人才培养起来。另外，把一些基础的创新研究思路，能够做一些示范工程用起来。所以，创新思维要从学生时代在学校抓起，不是到工作以后才考虑。现在一个高等学校的教育好坏，不只是学生书念多少，而是要把书读活，让学生有创新意识和创新思维。我觉得清华大学校长讲得很好，对高科技人才的培养他讲了五个方面的内容：一是有健全的人格，就是人的思想、核心价值观、道德品质，要爱国、爱人民、爱民族，这个是最基本的；二是做工作有创新的思维和创新意识，老是墨守成规不可能有很大的成就，也造不出高新的设备来；三是要有宽厚的基础，根深方能叶茂，要把知识的基础打扎实；四是要有全球的视野，对国内外发展现状要了解；再就是要有社会的责任。所以，创新人才培养就是要学习创新思维，创新思维是可以培养的，可以训练的，要从学生时代培养怎么做人，怎么做事，怎么做学问这些方面。

中国的教育环境下，学的方法是灌输式的，不是让你学着去思考，创新思维确实还是很不够的。儒家经典《中庸》中论述学问之道就是“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”，这中间的“学问思辨行”是学习的一个基本过程，如果只是学，不去问不去思考，最后这个理论怎么用，用起来的过程也没有很好地去理解。我们的老祖宗很厉害，两千多年前就把学问之道归纳得这么全，所以创新思维也要根据这个过程来培养。

创新思维的另一特征是不畏权威，科学学术要有自由探讨的气氛，一个博士生导师，他的学生可以提出问题质疑他。通过学习来提出问题，这个过程还是需要的，如果被这些东西束缚住了，思维不可能开放的。开放了，大家都能够自由探讨，就能碰出火花。现在教育制度改革，我认为首当其冲的就是学术上要自由讨论。为什么斯坦福大学能出高材生呢？老师上课一般都不怎么讲，就是大家组成一个个小组把问题提出来，先提出一个议题，找些资料看，看完之后大家再一起讨论，互相启发。这种自由探讨方式很好，老师讲学生听那种方式效果肯定不好的，所以中国的教育方式、体制机制的改变还是很需要的，尤其是创新思维的培育更重要。像在“两弹一星”研制过程中，邓稼先他们遇到了难题，他把每个人都发动起来，大家都去思考，群策群力，发现原来俄罗斯定的一个数据完全是错误的，他把它推翻，最后经过几次反复的论证，把这个问题解决了。所以要敢于挑战权威，俄罗斯的数据人家说是绝对正确的，后来没办法发现就是不行，通过实验论证，发现他们现在算的数据才是真的。如果不敢去否定权威，就会停滞不前。创新思维还是很重要的，讲起来容易，但是做起来难。