欲与天公试比高

张聚恩

从地面行走到低空飞行，从仰望苍穹到火箭升空，

从登上月球到飞跃行星，人类不断向上探索，

于是，便有了“空天科技”。

空天科技即航空航天科技，是航空科技与航天科技的总称。

航空是大气层内的飞行活动，航天是穿越大气层的飞行活动。空天空间本无物理界線，航空科技和航天科技息息相通。随着人类活动空间的大幅扩展和活动节奏的日益加快，空天一体成为发展大势，航空、航天科技加速融合。从20世纪末，空天科技已成为深刻影响国家经济与科技发展、反映国家综合实力的战略性领域之一;其包涵和引领的科学学科和高新技术持续快速发展;进入21世纪以来，更成为各国竞相发展的战略制高点和前沿科技。不管是在军事还是民用领域，谁拥有先进的空天科技，谁就拥有空天话语权;谁拥有了空天话语权，谁就会在未来发展中拥有可持续发展的空间优势。

当前和今后一个长时期内，空天科技将聚焦在深空探测、航空技术和空天一体三方面，有望获得新的突破和发展。为满足发展需要和应对竞争态势，我国需要对空天科技的战略地位有足够的认识，并对其发展进行前瞻性战略布局与规划部署。

深空探测

所谓“深空探测”是指航天器脱离地球引力场，进入太阳系空间或更远的宇宙空间进行探测。现在世界范围内的深空探测主要包括对月球、金星、火星、木星、小行星等太阳系星体。

美国一向重视深空探索。2015年10月底，美国国家经济委员会和科技政策办公室联合发布了新版《美国国家创新战略》，太空探索作为九大战略领域之一。英国也于2015年派宇航员首次造访国际空间站，多项计划陆续出炉，力争在空间领域占得一席之地。法国支持欧洲空间局多次重要卫星发射，并重新启动伽利略卫星发射计划，引领欧洲航空航天业加速发展。俄罗斯进一步整合航天工业，重组航天机构，加快“东方”航天发射场建设，积极开展国际合作，重点推进火星探索和登月项目。日本在太空观测、空间探索等方面也居于世界前列。人类在太空探索方面成绩斐然，对太空宇宙认知边界再次拓展。

火星探索

太阳系探索中的热点仍是对火星的探索。2015年人类对火星的了解继续加深，火星大气与挥发演化探测器（MAVEN）向我们描绘了火星的面貌。利用火星勘测轨道飞行器（MRO）上搭载的成像光谱仪，美国航空航天局（NASA）发现了火星表面液态水的证据，及火星上存在大量陨石撞击形成的玻璃。公布了登陆火星“三步走”计划，同时正在研究火星软着陆技术，研发登陆火星的充气式飞船，并打算利用折叠飞机勘测火星。正在研发中的火星直升机将大大提升漫游车路径规划效率。在动力方面，核裂变动力火箭或将飞往火星的时间缩短一半，而最令人兴奋的技术则是正在研制的新型离子发动机，它有望使人类的火星之旅缩短为39天。俄罗斯积极参与欧洲空间局的“ExoMars”火星探索项目。俄科学院空间研究所为衡量气体轨道器模块研制了大气化学光谱综合测定系统和“FREND”中子光谱仪。2016年年初，俄将使用“质子-M”火箭发射由欧空局研制的在轨卫星和实验性登陆舱。

星际探测

在星际探测方面，美国发现迄今最遥远的星系，距地球约132亿光年。而迄今最曜亮的星系也被“广角红外测量探测器”（WISE）发现。美国密歇根大学对“罗塞塔”号彗星探测器数据的分析表明，在67P彗星彗核周围的气体——彗发中发现了氧气分子，这在历史上尚属首次。“尤利西斯号”太空探测器则检测到900多个粒子，该成果将帮助科学家对宇宙天体形成过程中星际尘埃所扮演的角色有更深刻的理解。在寻找地外生命方面，开普勒太空望远镜找到了迄今为止最像地球的两个星体，被命名为开普勒438b和开普勒442b。2015年7月，NASA首次确认了一个与地球近似大小、围绕一个类太阳恒星运转、公转轨道位于宜居带内的行星——开普勒-452b，成为寻找“另一个地球”的一座里程碑。

航天运输

美国在航天运输方面，2017年之前重点投资发展商业载人太空运输技术。2015年，美国私企太空探索技术公司SpaceX的猎鹰九号运载火箭将11颗通讯卫星送入预定轨道后成功实现火箭第一级的着陆回收，蓝色起源公司发射的一枚火箭成功实现软着陆并完成回收。此外，美将发射探空火箭测试空间技术，“巨无霸”运载火箭也将于2018年亮相，科学家正在考虑太空电梯的材料和设计，将其作为火箭技术的替代。2015年8月美国休斯敦一间负责运营国际空间站科学研究平台的企业NanoRacks，与中国院校达成“历史性”协议，允许中国一项生命科学实验在国际空间站上完成;这意味着国际空间站将迎来首个来自中国的研究项目。中国航天的发展一直偏重应用，而在纯科学的空间天文与深空探测方面，过去长期空白。直到进入21世纪才启动了探月工程，正式开始深空探测工作，即嫦娥探月工程。

航空技术

自1903年莱特兄弟实现人类首次有动力飞行以来，仅仅110余年的时间，航空就发展成为一个彻底改变人们的时空观、战争观和生活观的伟大事业。航空改变了现代战争的模式，更为人类带来巨大的福祉。进入21世纪以来，支撑和引领航空事业的航空科技继续快速发展，航空强国间的竞争愈益激烈，美、俄等国家都加大了军事航空、民用航空和基础性、前沿性航空科技的研发与战略布局。

军事航空科技

军事航空科技包含支撑新一代航空装备发展及体系化的技术、高端作战无人机技术、全向宽频隐身技术、能束武器技术、精确制导技术等。在不断出现的新军事理论和新战争样式的共同推动下，军事航空在作战装备体系中的作用越来越重要，承担的任务种类越来越多，军事航空科技呈现出新的发展趋势。我国在全面推动现代化国防体系建设与改革中，更加强调军事航空的重要地位，军队空天一体、攻防兼备，近海防御、远海防卫，机动作战、立体攻防和全域机动等使命任务，对航空装备和军事航空科技发展提出新的要求。21世纪前半叶，我国军事航空科技的根本任务是，满足体现以下作战能力的航空装备发展之需求：战略威慑能力、远程作战能力、制空作战能力、空天攻防能力、信息对抗能力和机动保障能力。

民用航空科技

民用航空的发展深刻改变了世界经济和社会格局，使我们生活的星球变成了空间距离可便捷跨越的“地球村”，以至于无法想象没有航空运输工具的世界将是什么样。而世界经济的发展和全球化，社会生活节奏的不断加快，呼唤着民用航空科技的新发展，呼唤着更安全、更经济、更绿色、更快捷、更加个性化的民用航空器不断出现。

21世纪民用航空科技的发展热点包括新一代大型民用客机技术、超声速客机技术、绿色航空技术、无缝的空中交通管理系统等，随着科技水平的不断提高，民用航空科技的发展也会越来越快。

基础性、前沿性航空科技

军事航空和民用航空的发展都离不开基础性、前沿性航空科技的支撑与保障。最重要的内容是航空科学基础、航空动力、航空材料和航空制造技术，以及有可能带来颠覆性影响的前沿技术。

航空科学基础包括空气动力学、飞行力学、结构力学等，这些传统基础学科正在继续发展和进步。同时，现代控制论、人工智能等通用学科也在源源不断地向航空科技创新注入活力。航空动力在很大程度上依赖于发动机的性能，进入新世纪，在高推重比/功重比发动机、高速动力、新能源动力、自适应变循环发动机、分布式控制发动机等方面，正孕育新的重大突破。航空材料是航空产品发展的物质基础，是影响航空工程发展的决定性因素之一，也是材料科学体系中最富有开拓性、发展最快的分支。航空器的研制不断向材料科学提出新课题，各种新材料的出现也给航空器的研制提供了新的可能。进入21世纪以来，航空制造模式不断出新，復合材料结构制造、增材制造和智能制造等不断获得实用化成果，促进了航空制造总体水平和效率的提高。为了推进航空科技原始性创新，必须在更深的层面和更广泛的领域解决一系列重大科学问题，增强前沿技术成果向航空工程技术进步和转化的能力。历史已经证明，航空发展植根于相应年代前沿技术的突破和大量基础科学成果的丰厚土壤，同时航空的发展又强有力地带动和引领了基础性、前瞻性科学研究。

航空技术发展的推动力

在航空技术发展的过程中，涌现出一批诸如纳米材料与低维化技术、新能源与新形态航空动力、扑翼自由飞与仿生飞行器、脑机交互和新控制系统等前沿技术。这些技术的产生，都离不开以下几个方面的推动。

首先是物理技术与非物理技术的互动发展。遵循物理原理的技术就是物理技术，如各个专业以及各专业采用的原理与方法;无物理原理可遵循、基于过程的技术为非物理技术，如系统工程。在工业时代和后工业时代，在物理技术持续、大面积革新以至革命性进步的同时，非物理技术也呈现多层次、多色彩的飞速发展，并且日益展现两者相互支撑、相互推动的发展格局。要把对此现象的被动认识和适应，变为主动调整、统筹策划与布局，以求航空科技的整体快速进步与持续创新。

其次是科技资源最大化和投资效益最大化。长期以来，人们习惯于追求科技资源最大化，进而具象化为系统内项目安排总量和经费总额的最大化。在科技飞速发展的今天，一个机构内的科技资源和科研力量不可能满足需要，也不可能占据相应技术领域的所有制高点，必须建立全局视野、国家视野，甚至全球视野，努力做到对先进技术的布局与状况了然在胸，更多地从社会资源里去识别、寻求与获取有用技术，以实现投资效益最大化。

再次是创意科技与科技创新。没有创意，就没有科技创新;没有创意科技，就没有创意经济;蓬勃萌生的创意，是推动科技对资源的整合、生活和艺术的交汇、浪漫和理性碰撞的原始动力，是产业发展能量的源泉。我们的目标应该是充分理解和支持有价值的创意，让鼓励创意成为一种习惯、一种氛围和一种文化。

空天一体

从地球表面向上，按照大气参数的分布特征，依次为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。对流层和平流层的下部（大约30千米处）为大气稠密区，为传统航空器的活动空间;从热层的下部、大约100千米高度（也称卡门线，为大气层和太空的界线）向上，为航天活动的空间。航空航天发展的百余年来，从30千米到100千米的高程范围（称为临近空间）仅为穿越空间，而非驻留飞行空间，几乎是空天活动的空白。在科技进步的大背景下，以临近空间为主的空天过渡区的价值开发与利用引起空前关注，并由此推动航空航天科技加快融合。抛开中国式航空航天分离管理的特情，就科学技术而言，以开发空天飞行器为主要目标和标志，空天一体的时代已经到来。

空天飞机

空天飞机又称航空航天飞机，也称跨大气层飞行器;其典型特征是：固定翼飞行器布局，能在大气层内外飞行，可水平起降，能重复使用。

美国、俄罗斯、欧盟和日本自20世纪80年代开始，不断推出空天飞机研究计划，如美国X计划、英国“云霄塔”计划等。其中，美国X-37B尤其引人注意，自2010年至今已进行三次空天飞行，第三次轨道飞行长达674天;但因其仍用火箭搭载起飞，故而还不是完全意义上的空天飞机。

亚轨道飞行器

目前已投入使用的亚轨道飞行器（距地表35～300千米）全部是各种一次性使用的弹道导弹。可重复使用的、载人或不载人亚轨道飞行器（也称“跃层飞行器”）正在研制中。亚轨道飞行器将轨道飞行与机动飞行结合起来，既有航天器的飞行高度和速度，又有航空器的灵活性，且造价和技术难度远小于典型的空天飞机。其最大速度低于第一宇宙速度，未完全脱离地球引力范围。

临近空间飞行器

临近空间飞行器是因适用于临近空间而得名的一类飞行器，有多种形态，包括可达临近空间低端的浮空器。但对于开发该空间、将传统航空和航天连成一体的使命而言，更具发展前景的是高速临近空间固定翼飞行器。它应能活动至临近空间上层，因而可归入空天飞行器范畴。此类临近空间飞行器具有如下特征：最大飞行高度40～100千米，速度达高超声速的下限（5马赫），多采用“乘波”外形设计，采用复合动力或组合动力，能够像飞机一样自主水平着陆，并可重复使用。

高超声速技术

空天一体化和开发空天飞行器需要多项先进技术，核心共性技术是高超声速（大于5马赫）技术;高超声速被称为继螺旋桨、喷气推进之后航空史上的第三大革命性技术;它是一个科技集群，主要包括高超气动、防热结构与材料以及组合动力等科学与技术。

各航空强国竞相开展高超声速研究。我国也在积极推进该技术研究和高超飞行器研制，并取得重要进展。但总体上看，高超声速技术尚在探索、研究进程中。按照美国军方的评估与部署，第一步先研发飞得足够快、足够远、带冲压喷气动力的高超声速武器（导弹），第二步研制高超声速ISR平台和能够全球到达的攻击平台。美国空军实验室提出的采用助推滑翔或超燃冲压方式的高超导弹研究计划，将于2020年左右转为正式采办项目，届时高超技术成熟度可达6级。

我们处在一个知识爆炸的时代，空天科技的发展可谓日新月异。从过去到现在，人类探索的脚步从未停歇，无惧路远，不畏天高。那片广阔的星辰大海，便是我们未来的征途。

未来，可期;未来，已来。