創新與突破：2 0 1 6中國航天關鍵詞盤點

+ 喻菲/貳零空間站

本期視點

創新與突破：2 0 1 6中國航天關鍵詞盤點

+ 喻菲/貳零空間站

2016，中國航天從無到有、從小到大，走過了整整一個甲子。

這一年，創新與突破成為中國航天的主旋律。

天宮二號和神舟十一號載人航天任務圓滿成功，中國空間實驗室進入太空，為中國空間站建設打下堅實的基礎；長征五號首飛成功，使中國踏入世界現役火箭最強運力陣營，其新技術比例高達90%；“長征七號”作為中國運載火箭史上首次使用清潔環保燃料的新型主力火箭，成功實現了在人口密集區域的發射，為實施市場前景良好的海洋商業發射提供了條件......

“墨子號”在世界上首次實現星地量子通信，構建了天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系，使中國在角逐量子通信實用化目標的國際賽場上成為領跑者；“實踐十號”返回式科學實驗衛星首次探索微重力世界的奇妙現象，實現了中國從空間科學知識使用國向知識提供國的身份轉變；碳衛星的發射使中國在國際氣候變化方面極大的提升了自己的話語權......

這一年，中國的航天成就贏得了世界尊重。

“作為一支正在崛起的太空力量，中國在今年斬獲了數場勝利。”在英國《自然》雜志的年終盤點中，中國的航天發展被描述為“影響了2016年的重大科學事件”。

日本放送協會評論稱，中國已成為“宇宙大國”，在宇宙技術方面的“存在感”越來越強，這將提高其外交和國際影響力。

日本經濟新聞年終撰文評價“中國的宇宙開發正以迅猛的勢頭推進”，今年對于中國來說是航天事業“飛躍式發展的開局之年”。

在2016年即將結束之際，讓我們一起盤點一下代表中國航天這一年重大創新與突破的關鍵詞。

一、載人航天

天宮二號，我國空間站建設前的最后一個準備項目，今年和神舟十一號配合完成了載人航天第二步、第二階段最重要的任務：30天雙人長期駐留，未來空間站的大門徐徐打開。

天宮二號助推中國載人航天新征程

2016年9月15日，中國第一個真正意義上的空間實驗室——天宮二號從酒泉衛星發射中心順利升空。10月17日，載有兩名航天員的神舟十一號飛船也飛向太空，兩天后與天宮二號在393公里高的軌道上自動交會對接，航天員進駐天宮二號，在那里工作生活30天。

隨著天宮二號入駐太空，中國載人航天工程的第二步第二階段拉開帷幕。所謂第二步，指的是空間實驗室階段。天宮二號是中國載人航天工程第二步中的關鍵環節，擔負著承上啟下的重要使命。發射空間實驗室，搭建起一個平臺，開展技術、應用等各類試驗，為載人航天工程第三步——建造中國空間站打下基礎。

天宮二號和神舟十一號的發射引起海外媒體高度關注。德國之聲報道稱，作為永久性空間站的前身，天宮二號不僅對中國的航天計劃具有重要意義，也為未來的國際空間合作提供了新契機。法新社報道稱，按照計劃，中國計劃建成空間站的時間與國際空間站退役的時間比較接近，這意味著屆時中國或將成為全球唯一一個擁有在軌空間站的國家。美國有線電視新聞網評論稱，雖然中國的太空項目起步并不算早，但是近幾十年來，中國投入了巨大資源進行太空研究和人員培訓，制定了宏偉的太空探索計劃。英國《自然》雜志文章認為，近年來，中國在空間科學領域進展十分迅速，成為全球科研人員測試空間科學理論的“激動人心之地”。《日本經濟新聞》稱，中國正舉全國之力發展航天事業，以在2030年成為與美俄比肩的航天強國。日本放送協會評論稱，中國已成為“宇宙大國”，在宇宙技術方面的“存在感”越來越強，這將提高其外交和國際影響力。

“天上宮闕” ——太空中的實驗室

空間實驗室更像是空間站的前身，是為發展空間站，從載人飛船過渡到載人航天基礎設施的試驗性航天器。也就是說，空間實驗室是為建造復雜程度更高的空間站所做的準備工作。發射空間實驗室是建造空間站的重要前提和技術保障。空間實驗室的發射，可以對空間站的關鍵技術進行試驗，獲取經驗，降低風險，為建造空間站打下基礎。

天宮二號作為中國首個真正意義上的空間實驗室，搭載的實驗項目達到了史無前例的14項，其中兩項由駐留30天的航天員直接參與操作，一項為國際合作。

能夠拿到登上天宮二號的“入場券”，這些實驗無疑都屬于當今世界最前沿的探索領域。主要涉及微重力基礎物理、微重力流體物理、空間材料科學、空間生命科學、空間天文探測、空間環境監測、對地觀測及地球科學研究應用以及應用新技術試驗8個領域。

中國航天員迄今最長太空駐留

天宮二號主要任務概覽。

10月17日清晨，航天員景海鵬和陳冬搭乘神舟十一號載人飛船從酒泉衛星發射中心升空。至此，中國已將11位航天員送入太空。

神舟十一號飛船與天宮二號完成自動交會對接后，兩位航天員在空間實驗室和飛船的組合體里駐留 30 天。此前中國航天員在軌駐留的最長時間紀錄是神舟十號創造的15 天。

神舟十一號任務的主要目的是，為天宮二號空間實驗室在軌運營提供人員和物資天地往返運輸服務，考核驗證空間站運行軌道的交會對接和載人飛船返回技術；與天宮二號空間實驗室對接形成組合體，進行航天員中期駐留，考核組合體對航天員生活、工作和健康的保障能力，以及航天員執行飛行任務的能力；開展有人參與的航天醫學實驗、空間科學實驗、在軌維修等技術試驗，以及科普活動。

在這個22.3立方米的組合體里，景海鵬和陳冬嘗試了具有科幻色彩的意念控制腦機交互實驗；他們更換了天宮二號材料實驗爐中的樣品，并將太空中制備出的材料以及在太空發芽、生長、開花、結子的擬南芥帶回地球；他們實現了香港中學生在太空飼養蠶寶寶的心愿；他們還成為新華社太空特約記者，撰寫太空日記……

航天員系統安排了十多項在軌試/實驗。例如：基于中法合作技術的失重心血管功能研究，將積累失重心血管功能動靜態調節適應性變化的數據。這項研究將實施國際首例在軌人體微血管內皮功能評估研究、探索從內皮功能角度揭示失重心血管功能失調機制；首次獲得中國飛行中人體超聲醫學數據，為后續空間站任務醫學影像學技術的應用積累經驗。由于未來空間站上航天員將更長時間駐留太空，此次任務還開展了航天員在軌情緒調控評價技術研究，積累中長期飛行中航天員情緒狀態數據。

中國空間站在望

兩位航天員完成各項任務隨神舟十一號返回地球后，天宮二號還將繼續在軌道上運行，等待2017年4月中國第一艘貨運飛船天舟一號的到來，驗證推進劑補加技術。

空間應用實驗、太空中期駐留驗證、推進劑補加等，這一系列“好戲”的陸續上演，預示著中國空間站建設邁出堅實一步。

神舟十一號飛船發射升空并與天宮二號自動交會對接成功。

1992年9月，中國的載人航天工程正式起步，確定了三步走的發展戰略。第一步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載飛船工程，開展空間應用實驗。第二步，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術，發射一個空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題。第三步，建造載人空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

由1999年11月第一艘無人實驗飛船神舟一號在酒泉衛星發射基地的順利升空，到2003年10月第一艘載人飛船神舟五號和首位航天員楊利偉成功進入太空，再到天宮二號空間實驗室任務的實施，中國的載人航天走出了一條自力更生、科學規劃、穩步發展的道路。

中國載人航天工程總設計師周建平介紹，計劃于2022年前后建成的中國空間站包括一個核心艙和兩個實驗艙，每個艙都是20噸級，航天員的數量為3到6名。周建平說:“空間站的神圣使命是成為太空中的中國國家實驗室，支持科學家從事前沿科學探索、空間技術研究和空間資源的開發和利用。最終目的是為全人類造福。”一流的太空實驗平臺，將為科學家們取得世界級的重大突破提供保障。“中國不是最早進入宇宙空間的國家。換一個角度理解，這樣反而有后發優勢。近年來，信息技術、新能源、自動化和人工智能技術的進步，將綜合體現在中國空間站上。”周建平說。

中國的空間站是基于當代最新技術成果設計建造的，信息化程度更高、能力更強。周建平認為：“尤其在通信、網絡、數據管理和應用等方面，我國的空間站都相當先進。 這也得益于當代技術的發展和國家科技的進步。”

中科院空間應用中心戰略規劃室主任張偉說，未來空間站安排了覆蓋航天醫學、空間生命科學與生物技術、空間材料科學、空間天文與天體物理等10大研究領域的大規模科學實驗，規劃了10余個先進科學實驗柜和若干艙外暴露試驗設施。

隨著空間實驗室任務的陸續展開，未來空間站的實景已越來越清晰地展現在人們面前。中國空間站將為全球科學家提供科學研究和實驗機會，滿足最新最好的空間探索及空間資源利用等科研需要，使中國載人航天發展進入探索科學前沿、開發空間資源、造福人類社會的新階段。

二、長征七號

“長七”是我國最新中型主力火箭，帶動了計算機、通信、新材料等高新技術突破和產業發展，也讓首次海洋環境發射產生了良好的商業效益。

2016年6月25日，中國新一代中型運載火箭長征七號在海南文昌航天發射場完成首次發射。“長七”將主要為我國空間站發射“天舟”號貨運飛船，也執行衛星和載人飛船發射任務。

“長七”發動機系統、增壓輸送系統、控制系統、測量系統、伺服系統、結構系統等均為全新數字化設計研制，應用96項新技術，新技術比例超過70%（高于30%的國際水平），實現了多項關鍵技術突破。全箭近地軌道運載能力13.5噸，是同類型火箭的1.5倍，規避了中國航天因缺乏更大運力火箭滯緩發展的風險。未來“長七”系列將配合完成我國空間站建設，并逐步替代大多數現役火箭，承擔我國80%的空間發射任務。同時，作為中國運載火箭史上首次使用清潔環保燃料的新型火箭，“長七”成功實現了火箭在人口密集區域的發射，為實施市場前景良好的海洋商業發射提供了條件，是我國商業航天的重大突破。

長征七號

三、長征五號

1 1月3日2 0時4 3分，我國首枚大型運載火箭長征五號在中國文昌航天發射場點火升空。

“長五”作為國內推力、體積最大的先進火箭，大幅提升了我國自主進入空間的戰略能力，它將為嫦娥五號登月采樣返回、發射空間站核心艙、發射火星探測器等國家重大專項提供戰略保障，推動我國太空探索開發能力邁上新臺階。

2016年11月3日，我國新一代最大推力重型運載火箭長征五號在海南文昌航天發射場成功發射。這是我國起飛規模、運載能力和技術跨度最大的高可靠、無毒無污染火箭，總長約57米，芯級直徑5米、助推器直徑3.35米，起飛質量879噸，多項指標遠超國內現役主力火箭。全箭共采用247項關鍵核心技術，新技術比例達到90%（突破了30%的國際上限），設計可靠性0.98（國內最高），總體技術達到國際先進水平。其中，“一個系列、兩種發動機、三個模塊”的總體設計思路是我國航天史上首次同時設計優化6種不同火箭構型，為我國火箭型譜發展積累了豐富研制經驗；火箭控制系統突破26 項關鍵技術實現智能化駕駛，凸顯了我國先進的重型火箭綜合控制能力；首例液氧煤油發動機和氫氧發動機組合起飛方案，實現了我國異型發動機起飛技術的重大突破；起飛推力超過一千噸，近地軌道運載能力25噸，地球同步轉移軌道運載能力14噸，將我國太空運載總體能力提升了2倍以上，成功越過了近軌運載能力20噸、高軌運載能力10噸的國際“門檻”，打破了西方壟斷，正式進入國際主流重型火箭俱樂部。

“長五”創新難點多、技術跨度大、復雜程度高，代表了我國運載火箭最高水平。它為中國航天歷練和培養出了新一代創新性青年人才團隊；實現了我國運載火箭規模從中型到大型的跨越，多項技術創新填補國內空白、達到或超過國外主流型號；帶動了整個研制平臺和產業鏈更新，各項技術成果將輻射牽引新一代無毒無污染運載火箭的若干構型和系列化、型譜化發展，使中國運載火箭的整體水平得到提升。

四、墨子號

當“墨子號”實現全球首次星地間量子通信時，我國開啟了天地一體化量子保密通信與科學實驗體系。我們或已來到突破量子力學的邊緣，這也標志著中國在商業通信領域的彎道超車也正在穩步推進。

2016年8月16日，我國在酒泉衛星發射中心成功將“墨子號”衛星發射升空。這是世界首顆量子科學實驗衛星。衛星的主要任務是：進行星地高速量子密鑰分發實驗，以此為基礎開展廣域量子密鑰網絡實驗；進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，檢驗空間尺度量子力學完備性。在世界各國爭相角逐量子通信實用化目標的國際賽場上，我國已非常明顯的處于領跑者地位。

2009年，中科大潘建偉團隊建成了世界首個全節點互通的量子保密通信網絡，并構建了“量子通信熱線”。按照技術發展路線，接下來就是構建廣域乃至全球量子通信網。肩負這一使命的“墨子號”及其后續者進入太空后，將結合地面“京滬干線”千公里級廣域量子通信骨干網絡，構建空地一體的廣域量子通信體系。下一步，我國還將進行空間站量子調控與光傳輸研究，開展星間量子通信、全天時量子通信、量子密鑰組網應用、多技術體制的空間激光通信驗證、量子密鑰分發與激光通信復合的加密信息傳輸系統應用等研究，為今后的全球量子通信網絡奠定工程基礎。

五、實踐十號

實踐十號衛星在軌模擬圖。

實踐十號返回式科學衛星在15天的飛行任務中，通過搭建太空微重力實驗環境，與歐、日同行開展國際合作，在生物工程、新材料、生命科學等多個領域取得了飛躍性突破。

2016年4月6日，我國在酒泉衛星發射中心將新一代返回式衛星實踐十號發射升空。衛星設計壽命15天，在軌運行12天，在技術上實現了飛躍性突破：采用小發動機推進系統保持了較好的微重力水平實驗環境，采用數據管理系統確保了遙控指令和遙測數據安排及飛行程序的靈活性，增設了流體回路熱控分系統保障生物實驗溫度環境。此外衛星還具有免除殘余重力、機械轉動和人為活動干擾、始終保持10-4g的微重力水平；發射前8小時裝配有效載荷的超機動性；“雙艙實驗”模式規避內部起火威脅，保障燃燒著火實驗順利實施等獨特優勢。

實踐十號于4月18日安全返回。這是我國首顆微重力科學實驗衛星，也是我國項目內容及種類最多的單次空間微重力和生命科學實驗任務，與空間站任務完全“錯身”，具有不可替代性。衛星采用衛星留軌艙和回收艙分別開展流體物理、燃燒科學、材料科學、輻射生物效應、重力生物效應、生物技術等6大領域19項科學實驗，每項實驗均為領域全新探索，具有較強的創新性和研究價值，有望在微重力領域獲取具有國際先進水平和自主知識產權的重大科技成果突破。此外，衛星任務參與單位包括11家研究所和6所高校，并搭載歐洲、日本試驗載荷，其在軌運行是對經濟不景氣背景下以科技創新合作引領世界發展的模式探索與實踐，實現了我國從空間科學知識使用國向知識提供國的身份轉變。

六、脈沖星

脈沖星試驗衛星通過在軌開展信號探測和設備驗證試驗，探索不依靠地面系統實現航天器精密航行與控制的世界性難題，對于我國未來空間發展具有深遠的應用價值和戰略意義。

2016年11月10日，我國在酒泉衛星發射中心成功發射了國內首顆脈沖星試驗衛星。衛星將在軌驗證兩種星載脈沖星探測器的性能和空間環境適應性，并研究宇宙背景噪聲；探測蟹狀星云脈沖星和3顆低流量脈沖星，在解決脈沖星搜索問題的同時積累在軌實測數據。衛星采用微小衛星定制技術，研制出廠周期僅為10個月，可隨時根據需要快速開發和使用，并在全軌道圈次智能完成數據觀測及回傳，徹底改變了以往試驗衛星必須搭載大型航天器（研制周期長）共同工作的傳統模式，保證了空間研究的獨立和高效，是我國先進小衛星技術和空間科研水平的典型體現。下一步，為保證戰略領先優勢，我國計劃在5至10年內探測26顆脈沖星，繪制基礎脈沖星地圖，建立精確信號數據庫，為后續技術驗證奠定基礎。

脈沖星為航天器導航想象圖。

七、碳衛星

碳衛星將使我國初步形成針對重點地區乃至全球的大氣二氧化碳濃度監測能力，極大提升中國在國際氣候變化方面的話語權，在全球二氧化碳監測里發出‘中國聲音’。隨著這顆衛星發射成功，中國也躋身于美國和日本后擁有此類衛星的國家行列。

2016年12月22日，我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星（簡稱“碳衛星”）發射升空。碳衛星是為應對全球氣候變化、提升中國全球二氧化碳監測能力部署的一項重大任務。該星利用高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀、多譜段云與氣溶膠探測儀等探測設備，通過地面數據接收、處理與驗證系統，定期獲取全球二氧化碳分布圖。將使中國初步形成針對重點地區乃至全球的大氣二氧化碳濃度監測能力，同時也將提升中國在國際氣候變化方面的話語權。未來中國將適時與國內外共享數據，同時也將對數據進行深加工，“在全球二氧化碳監測里發出‘中國聲音’”。

2016年的中國航天，是一段精彩的旅程，也是一個新的起點。在辭舊迎新之際，我們對中國航天的技術進步與前沿探索充滿希望，期盼未來會有更多輝煌。

2 0 1 6年1 2月2 2日，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳檢測科學試驗衛星（簡稱“碳衛星”）發射升空。