从地球走向太空：跨越大气层后的未来布局

◎国际宇航科学院院士、中国航天系统科学与工程研究院院长 薛惠锋

2019年11月15日，在长沙举办的第十九期钱学森论坛上，国际宇航科学院院士、中国航天系统科学与工程研究院院长薛惠锋作了题为《从地球走向太空：跨越大气层后的未来布局》的主旨报告，指出网络空间正在进入太空网络时代，在科学、技术、产业等融合发展的大背景下，我们必须站在更高的起点谋划网络空间的未来。一方面，打造自主化、一体化、融合化的“星融工程”，具备网络空间“硬实力”；另一方面，打造科学化、体系化、价值化的“数据工程”，形成网络空间“软实力”，赋能数字经济发展，推动社会转型升级。“系统论”思想将引领新一轮产业革命不断向纵深推进，进而推动一场“管理革命”，实现“整个社会形态的飞跃”。

我们是幸运的一代，我们生活的时代科技大发展、产业大转型、社会大变革，我们正在经历千载难逢之“发展机遇”。曾经，知识的积累是非常缓慢的，人类从走出非洲到大航海经历了几万年时间，而从大航海到登月，只经历了几百年而已。如今，我们每个人都生活在一个科技大爆炸、社会大变革的时代。1946年，世界上第一台电子计算机的运算速度仅为5000次/秒，现在一部智能手机的运算速度就已经超过了阿波罗登月时主控计算机的能力。特别是随着新一轮信息技术、大数据技术、智能技术的发展，我们的经济发展方式、组织管理模式、人类生活方式都在发生深刻的变革，我们迎来了千载难逢的发展机遇。

薛惠锋院长

我们也是焦虑的一代，我们生活的时代科技日新月异、技术层出不穷、名词狂轰滥炸，我们正在经历百年未有之“发展焦虑”。我们频繁地看见媒体对“科技大爆炸”的渲染，但是却越来越难以准确辨别“科学”“技术”“工程”的区别，特别是误把技术当科学的现象普遍存在。当我们对科学理解不深、技术还有待突破、工程还不成熟，产业更是无从谈起时，科技创新体系化问题还未得到解决，就很容易陷入被利益绑架的局面，遭到技术名词的轰炸，陷入技术陷阱。

之所以感到焦虑，是因为我们对周围缺乏了解、对未来难以把握。要想穿透历史的迷雾，找准时代的脉搏，就必须在大势中把握大局，在大局中找到方向。首先，在当前的时空背景下把握科技发展的规律，也就是研判“我们到哪里去”的问题；接下来，要解决“我们要怎么去”的问题；最后，要做出一个抉择，思考“我们靠什么去”的问题。这“三大命题”就是我今天的报告想要与各位共同探讨与研究的问题。

一、“大时空”天地一体化的未来图景

习近平总书记强调，“信息化为中华民族带来了千载难逢的机遇”。面对百年未有之大变局，面对千载难逢的新机遇，我们要把技术趋势放在大时空的背景下进行审视，研判在这一历史交汇期，我们该何去何从。

从时间维度看，人类经历了从农业时代到工业时代，再到数字时代，生产资料与生产关系都经历着深刻变革。“土地”是农业文明时期最为重要的生产资料，“资本”是工业时代进行扩大再生产，实现快速增长的头号功臣。今天，随着数字经济的发展，物理产品的规模化增长已经发生了根本变化，数据、信息和知识成为了推动经济增长的关键要素，甚至在某种程度上成为比土地和资本更重要的生产要素。当前，以谷歌、亚马逊、BAT等为代表的互联网企业不断颠覆传统，创造新需求与价值。从《全球数字经济新图景（2019年）》白皮书公布的数据来看，2018年，我国数字经济规模达到31.3万亿元，占GDP比重为34.8%，对GDP增长的贡献率达67.9%。未来，特别是5G使每平方公里终端互联数量从上千台扩展到上百万台，为万物互联提供了直接动力。根据梅特卡夫定律：“一个网络的价值与它的节点数目的平方成正比。”可以想象，我们日常生活、科研生产、管理实践等海量的数据会越来越多的产生、存储、流动于网络世界，它的生命存在于网络世界之中，但却影响和塑造着我们的物理世界。网络空间形成了一个与物理空间相连接，却独立于物理空间的数据空间。

从空间维度看，人类从陆地走向海洋，从天空走向太空，正在开启星际时代的新征程。现代航天之父齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”目前，全球共有12个国家具备航天发射能力，共有1800多颗卫星在轨运行，近500名宇航员曾在太空生活、工作，人类已经把探索的触角延伸到了太阳系8大行星。未来，我们还将如何布局太空？根据之前美国国家宇宙委员会的大胆预测，人类将在未来开发更加经济并且能够从任何地方出发延伸到太空的“宇宙公路”；将在环绕月球的轨道上建立“月球太空港”，以及维持生命的环境调节系统——“月球宾馆”；甚至建成“宇宙巡回航母”，船内建立人造生态系统、再生氧气和水，以及粮食，保证自给自足航行几年。曾经，我们一直在地球上解决人类发展的问题；未来，我们将站在太空的高度思考人类的发展，许多原有的模式都将被颠覆。人类已经超越“全球化”，进入“世界化”，一幅“星际社会”的巨幕正在缓缓开启。

星际社会，通信先行。从早期的Inmarsat系统、铱星系统和TSAT计划，到近年来的欧洲O3b、Oneweb、SpaceX的星座计划，再到今天的“一带一路”空间信息走廊，无不昭示着，需要以空间基础设施为枢纽，打造“跨国界、跨洲际、跨天地”的“命运共同体”。从“全球化”到“世界化”，是人类从物理世界的陆海空天，向网络世界的万物互联演进的又一次伟大征程，它将使人类在一个全新的疆域认识和改造世界，理解和提升自我。

二、“大融合”发展趋势下的关键布局

网络空间正在经历从以地面网络为核心的互联网时代，进入到太空网络时代。在“全球化”时代，我们关注的是人、财、物等有形的生产要素归谁所有，而在“世界化”时代，我们更多的是聚焦网络如何连接万物、数据如何产生价值。当前，我们不是缺乏空间基础设施，而是基础设施太多，各自为营、融合不足；我们也不是缺乏市场需求或应用场景，而是应用形式单一、数据价值挖掘不够。“举一纲而万目张，解一卷而众篇明”。网络空间的“纲”是什么？不论技术如何发展，我们依然绕不过去“硬件”和“软件”这两大核心。但是，在科学、技术、产业等融合发展的大背景下，我们必须站在更高的起点谋划网络空间的未来。一方面，打造自主化、一体化、融合化的“星融工程”，具备网络空间“硬实力”；另一方面，打造科学化、体系化、价值化的“数据工程”，形成网络空间“软实力”，赋能数字经济发展，推动社会转型升级。

（一）“星融工程”：打造网络空间的“硬实力”

长期以来，我们都面临着全球地面互联网络管控失衡、天地一体化网络融合不足、通信网络竞争加剧等一系列网络安全与数据主权的威胁与挑战。近几年，随着大型低轨卫星星座的兴起，近地太空卫星的分配与协调矛盾越发突出，“公地悲剧”不断上演。今年2月，OneWeb第一批6颗互联网卫星在法属圭亚那升空，拉开了首个宽带天基互联网星座计划的序幕。不久前，马斯克宣布将星链计划原本1.2万颗的卫星数量增加至4.2万颗，这一数量是目前在轨卫星数量的20多倍。在这样的背景下，我国在空间网络的布局上还继续让各路诸侯“割据天下”吗？我们还继续让大家“八仙过海、各显神通”吗？

以史为鉴，可以知兴替。回顾历史，我们能够发现，一个强国，绝不能与对手在“旧空间”没完没了地纠缠，必须在发现、涉足、牢牢占据“新空间”上一马当先。英国用“蒸汽机”开辟了海洋帝国；德国用“内燃机”开辟了制造强国；美国用“计算机”开辟了网络帝国。纵观网络空间发展，已经从以地面网络为核心的互联网时代，进入到太空网络时代。打造“天地一体化”网络已是大势所趋、人心所向。为了争夺太空优势，建立或维护太空霸权，航天大国、甚至私人航天企业，纷纷布局天基互联网，抢占天基网络资源。500年前，我们错过了大航海；50年前，我们错过了互联网；今天，我们不能再错过太空时代的新机遇，不能放弃掌握数字时代的“硬实力”。

“不谋全局者，不足谋一域；不谋万世者，不足谋一时”。网络空间是一个开放的复杂巨系统，面对当前网络发展的新发展、新特点、新趋势，必须运用体系化的方法进行顶层设计和整体布局，改变“大国中心”的价值观，实现向“主权在我”的飞跃；改变“地球中心”的世界观，实现向“星际通信”的飞跃；改变“简单互联”的发展观，实现向“智慧涌现”的飞跃。

我们需要将天空地、通导遥、军民商空间资源进行统筹、规划和应用，充分发挥和释放空间基础设施综合效能，打通存量资源，融合新增资源，建设以统一平台为基础的生态体系，最终形成面向未来国家空间基础设施的具有“自主可控、天地一体、多网融合、平台生态”特征的未来空间信息“一张网”，我们称之为“星融工程”。

“星融工程”以天基网络为核心，实现天基、空基、地基多网异构融合，建立星间、星地、星船泛在连接，覆盖天空地多维全域空间，全面融合各类天空地信息资源，实现天空地、通导遥、军民商等三大统筹，满足天、空、地、海用户移动通信和网络接入需求，提供泛在互联、安全可靠的一体化网络服务，构建“共建、共享、共管、共治”的网络空间命运共同体。

（二）“数据工程”：打造网络空间的“软实力”

如果将网络比喻成道路，那么数据就是行驶在道路上的车辆。道路铺得好，还是为了保障车辆的行驶。当前，国家间、企业间对数据资源的争夺日益激烈，国与国之间的竞争焦点也逐渐从实物财产转向数据资源。在我国已开始实施国家大数据战略的背景下，我们应该如何布局？我认为，只有将物理的信息数字化，分散的数据体系化，数据的价值最大化，才能具备星际社会背景下的数据“软实力”。这既需要思想层面的变革，也需要技术层面的创新，还需要管理层面的突破。

在思想层面，要继续发扬“两弹一星”精神，坐得住冷板凳，啃得了硬骨头，攻克关键核心技术。大数据的应用关键在智能计算，而智能计算的关键在于芯片与软件。我国的计算产业普遍缺“芯”少“魂”，特别是核心芯片的设计和制造能力。就芯片设计EDA软件而言，全球三大巨头铿腾（Cadence）、明导（Mentor）和新思科技（Synopsy）三家均为美国企业。而且，数字工业的核心技术也基本掌握在欧美工业科技巨头公司的手中，美国国防部、西门子公司、达索公司、GE等工业巨头纷纷从工业互联网、数字孪生为关键技术着手,构建数字工业体系。其实，我国并不缺少可以进行原创技术和科技的能力，而是长期形成的依赖心理，使我国在科技发展判断标准上存在太多对国外的依赖，只有国外承认了，我们才能或才敢承认。历史告诉我们：凡是买不到的技术，中国人自己都能搞出来，不论是曾经的“两弹一星”，还是如今的深空探测，莫不如此。

在科研层面，推动复杂巨系统理论的深化发展，推动基于大数据的研究范式创新。人类知识创新经历了从理论推理到实验验证，再到模拟择优的演化路径。未来，基于全样本数据的大数据分析将成为第四种全新的范式。大数据应用的规模巨大、场景多样、要素复杂，这就需要我们对“开放的复杂巨系统”问题进行深入研究，建立复杂巨系统的研究理论、方法与工具，这正是对钱学森提出的“开放复杂巨系统”这一基本理论的深化与发展。发展这一理论的关键是生物技术与机器技术的融合问题，也就是将人的形象思维、创造性思维与机器的逻辑思维完美结合，形成高度智能化的“人机融合”系统。

薛惠锋院长在第十九期钱学森论坛上作主旨报告

在管控层面，运用总体设计部思想加强顶层设计，建立数据主权。由于我国正处于农业现代化、工业化、信息化、城镇化“四化并行”的状态，各区域、各行业发展程度参差不齐，很多区域、行业都没有统一的数据中心，缺乏整体的数据存储管理平台。大量极具价值的科研数据和产业运行数据并非以数字化的形式存储。大量数据没有形成全流程管理，其价值难以被挖掘。更为致命的是，我国海量的用户个人信息控制在少数寡头企业手中。寡头企业通过其垄断地位，利用霸王条款过度收集用户信息，而其薄弱的数据保护意识和措施导致用户信息的不安全性，导致信息安全问题频发。因此，我们必须构建以实现国家“数据主权”为根本的数据管控体系，加强顶层设计。

可以说，“星融工程”与“数据工程”是人类迈向星际社会的两个关键环节，一体之两翼、驱动之双轮。“星融工程”如同“造物者”俯视着地球上的一切，“数据工程”如同“造物者的手”将牵引着社会的发展与人类的进步。我们必须运用体系化的方法代替简单或拼盘的方法解决像网络空间这样开放的复杂巨系统的问题，进而将新一轮科技革命与产业变革推向新高潮，推动“网络空间命运共同体”的构建。

三、“大系统”思想引领下的时代抉择

面对正在开启的星际社会的大门，面对新一轮科技革命中千载难逢的机遇，如果我们不识变、不应变、不求变，就可能错失发展机遇，甚至错过整整一个时代。而“识变”“应变”“求变”的根源在于思想的解放。

撬动历史的，往往是敏锐而有力的思想杠杆。每一次人类社会重大飞跃的背后都离不开一场思想与文化的飞跃，思想的启蒙推动了科学的发现与技术的发明。人类认识客观世界的飞跃会引发科学革命，改造客观世界的飞跃会引发技术革命，这两种革命将带来全社会生产体系和经济结构的飞跃，使生产力得到解放和发展，引发产业革命，进而带来一部分上层建筑的变化，从而引发社会革命。四种革命交替相生，循环往复，从而推动人类社会向前发展。科学革命发生的最直接原因就是——经济社会发展遇到了瓶颈，这将催生新的思想文化飞跃（如文艺复兴）。

众所周知，肇始于欧洲的文艺复兴，让以越分越细为主要特征的还原论思想得以形成，不仅催生了近现代科学技术，更是在极短的时间内，引发了三次工业革命，还原论从此成为主流科学方法论。可以说，近现代社会以来，从科学发现、技术发明、到工程实践、产业涌现，再到人们的日常生活，都充满了还原论思想的痕迹。然而，发展到今天，还原论思想的局限性也在不断显露。物理学对物质结构的研究已经到了夸克层次，却无法窥探宇宙的全貌；生物学对生命的研究也到了基因层，但是仍然无法完全攻克癌症问题；随着全球化的深入，各国家、各地区间发展不均衡现象不断加剧。

为了解决这些矛盾与问题，20世纪中期以来，科学家们开始寻求用新的科学方法论来认识和改造世界。钱学森首先将西方“还原论”思想与东方“整体论”思想相结合，形成“系统论”，实现了二者的辩证统一。系统论强调从系统整体、动态等观点出发，如实地把对象视为完整的有机体和复杂系统，把定性和定量结合起来分析和处理问题。系统论既避免了“还原论”思想中“只见树木，不见森林”的矛盾；也避免了“整体论”思想中“只见森林，不见树木”的弊端。1991年，钱学森在获得了“国家杰出贡献科学家”荣誉称号后说过这样一句话：“‘两弹一星’工程所依据的都是成熟理论，我只是把别人和我经过实践证明可行的成熟技术拿过来用，这个没有什么了不起，只要国家需要我就应该这样做，系统工程与总体部思想才是我一生追求的”。钱老十分自豪的称之为“中国人的发明”“前无古人的方法”“是我们的命根子”。

钱学森论坛会场一角

为解决开放复杂巨系统问题，钱学森结合现代信息技术的发展，提出“从定性到定量综合集成方法”，并将运用这套方法的集体称为总体设计部。这就将系统论具体化了，形成了一套可以操作且行之有效的方法体系和实践方式。过去，由于数据匮乏，管理者主要依靠自身的经验与知识进行判断和决策。今天，如果我们还停留在从一个人“拍脑袋”到多个人“拍脑袋”的决策方式，管理永远无法取得质的飞跃。当前，航天十二院正在积极探索以“综合集成方法”为核心，以“六大体系、两个平台”为支撑，以“钱学森综合集成研讨厅”为实体的决策支持体系，为解决开放复杂的巨系统问题提供工具方法体系。其实质是数据的集成、知识的集成、智慧的集成，实现“数据-情报-知识-智能-智慧”的“梯级涌现”，旨在提高决策的科学化、理性化、民主化水平，提高国家治理体系与治理能力现代化。

伟人与普通人的区别往往在于：大部分人因为看见所以相信，而伟人因为相信就能看见。钱学森以超前的战略眼光判断出：系统工程是人类认识和改造客观世界的一次飞跃，系统科学不仅是21世纪的科学，还将在21世纪引起一场革命，将对现代化国家的建设产生广泛而深远的影响。他认为，人类文明的交汇已走到量变到质变的临界点，一场新的文明转型呼之欲出。中国将发挥本次文明转型的主战场作用，运用“系统论”的思想将新一轮产业革命不断向纵深推进，进而推动一场“管理革命”，实现“整个社会形态的飞跃”。在这样一场伟大变革中，长沙做好准备了吗？

四、结语

从原始的“结绳记事”，到后来的“文以载道”，从古登堡活字印刷术，到第一台电子计算机，从网络通信的出现，再到区块链的发展，人类的信息传递方式发生了颠覆性变革。“星融工程”与“数据工程”正是在颠覆中寻找突破，推动信息革命迈向“笼天地于形内，挫万物于笔端”的崭新高度，构建“观古今之须臾，扶四海于一瞬”的星际空间。