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中國航天二十年征程,站上創新高峰

過去,中國對航天計劃總是秘而不宣,但近年來,這種趨勢發生了改變。我們越來越多地談論神舟和天宮,當電視直播火箭升空的那一刻,舉國沸騰。

從嫦娥到天宮,從長征號火箭到墨子號量子衛星,近20年我國的航天發展取得了輝煌的成就。

國務院新聞辦公室發表的《2016中國的航天》白皮書中指出:“航天是當今世界最具挑戰性和廣泛帶動性的高科技領域之一,航天活動深刻改變了人類對宇宙的認知,為人類社會進步提供了重要動力。中國政府把發展航天事業作為國家整體發展戰略的重要組成部分,始終堅持為和平目的探索和利用外層空間。”

墨子號一鳴驚人

中國航天事業持續快速發展,自主創新能力顯著增強,進入空間能力大幅提升,空間基礎設施不斷完善,上海也在載人航天、月球探測、北鬥衛星導航系統、高分辨率對地觀測系統等重大工程建設等方面做出卓越貢獻。

上海技術物理研究所(下稱“技物所”)參與了嫦娥、天宮、天舟、風雲、墨子號以及火星探測等多個重大航天項目。

2016年8月16日淩晨,我國首顆量子科學實驗衛星墨子號發射升空。墨子號肩負著建立星地間量子科學實驗平臺,開展多項大尺度量子科學實驗的任務,並將見證我國成為世界上第一個實現星地間量子通信的國家。

技物所原所長王建宇院士設計並指揮全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。王建宇院士對第一財經記者表示:“墨子號科學實驗衛星的發射,讓科學家的想法和在地面沒法做的實驗,通過空間的手段,得到地面得不到的結論。”

王建宇表示,當時潘建偉團隊在量子通信方面做了很多工作,達到了國際上領先的水平。“我們已經和國際上最優秀的量子團隊交替領先,如果能在空間驗證的話,對量子通信的發展的應用意義和科學意義都很大。”王建宇表示,“中國科學院支持了這個想法,可貴之處在於量子上千公里的實驗,國際上都沒有做過。”

王建宇院士向第一財經記者介紹道,量子衛星的載荷分系統是實現此次科學實驗任務的核心。技物所與中科大為主共同完成載荷單機的研制,上海微小衛星工程中心負責衛星平臺研制。衛星上天後,已經陸續按計劃完成了高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發以及地星量子隱形傳態等多項科學實驗任務。

下一個任務——中國空間站

“中國航天已經成為國際上第一梯隊,歐洲和美國之外的重要力量,領先於印度和日本。”王建宇院士對第一財經記者表示。

目前中國已突破掌握載人天地往返、空間出艙、空間交會對接、組合體運行、航天員中期駐留等載人航天領域重大技術。去年,中國發射了“天舟一號”貨運飛船,與在軌運行的“天宮二號”空間實驗室進行交會對接,突破和掌握了貨物運輸和補給等關鍵技術,為空間站建造和運營積累經驗。

近幾年,中國已經全面開始了空間站的建設;到2020年要建成全球的北鬥導航衛星系統;2020年要建成空間站。

2016年,“天宮二號”空間實驗室和“神舟十一號”載人飛船又先後成功發射,形成組合體並穩定運行,開展了較大規模的空間科學實驗與技術試驗,突破掌握了航天員中期駐留、地面長時間任務支持和保障等技術。

上海航天技術研究院衛星總設計師陳占勝表示:“到了2020年的時候,目前的國際空間站是退役的,那個時候中國將是唯一擁有空間站的國家。”

陳占勝所在的上海航天技術研究院自1969年開始進行運載火箭研制以來,一共執行發射火箭121次,其中執行商業發射30次,成功將69顆商業衛星送入預定軌道。

風雲系列氣象衛星和長征四號丙運載火箭就是由上海航天技術研究院總抓研制的。該院下屬公司埃依斯對發射風雲三號第四顆衛星的火箭進行改造,搭載多個商用元器件,開拓了商業航天市場的重要領域。

登陸月球和火星

中國還計劃於2036年前把“太空人”送上月球,並登陸火星。陳占勝介紹道,中國航天到2020年將完成“到火星—火星落地—取樣返回地球”的過程。他還表示,嫦娥5號探月做的事情也是這樣的:“到月球—月球表面降落—取樣返回到地球”。陳占勝表示:“這全是無人的,在國際上都是屬於非常領先的。”

上海航天控制技術研究所主要負責火星環繞器導航、制導與控制(GNC)分系統的研制。GNC分系統好比探測器的大腦和神經系統,是探測器最重要的分系統之一。該所研制的高精度、高穩定度大衛星的控制精度已達國內領先、國際先進水平,在對地遙感等領域發揮了重要作用。歷經模樣、初樣研制階段後,火星環繞器目前處於正樣研制階段。

該所近期還引入了人工智能技術,有望使衛星和探測器自主運行。上海航天控制技術研究所所長劉付成介紹道:“無論是大衛星、編隊衛星還是深空探測,人工智能都大有用武之地。”

劉付成表示,對深空探測來說,由於距離十分遙遠,地面操控有很長延時。因此,人工智能可實現的航天器自主運行就顯得越來越重要。衛星和探測器如果具有自主學習能力,就能在宇宙中根據實際情況自行調整姿態和軌道,大幅減少地面專家操控的工作量。

征途是星辰大海

中國航天人的征途是星辰大海。上世紀50年代,中國就下決心要成為第三個擁有在軌衛星的國家。在那個年代,科學家們在水泥板上繪制圖紙,依靠燭光設計出衛星和火箭的原型,誕生了錢學森和錢三強這樣的了不起的科學家。此後,中科院一直為航天項目提供支持。

1970年至今,中國已經發射了超過100顆用於天氣和災害監測、通信和導航的衛星。從第一顆衛星“東方紅一號”,到2016年發射的墨子號量子科學實驗衛星,技術的發展讓人類能夠更加接近頭頂的星空,對空間技術的研究也更加深入。

王建宇院士對第一財經記者表示:“改革開放之後,國家對航天更重視了,有持續的投入,體量也更大,比如對於不同系列的衛星,載人航天和深空探測,高分辨率對地觀測等都成立了重大專項。”

中科院在改革開放後也集中多方力量攻克科學難關。“以前可能只有個別研究所參與,現在有更多的研究所也參與航天工程,總體的體量在擴大,但是競爭方面更加激烈。”王建宇院士告訴第一財經記者。

隨著技術的發展,時代對於衛星發射的要求也有了變化。王建宇對第一財經記者表示:“過去發射的氣象衛星、海洋衛星是應用衛星,這些項目對新技術有限制,對穩定性、可靠性的要求更高,但科學實驗衛星不一樣,要有創新性,同時要把風險控制到最低,這個更適合中科院的創新特色。比如墨子號就是一個很好的嘗試。”

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責編:彭海斌

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