【簡介：】當前，全球航天發(fā)射運輸系統(tǒng)進入新的更新?lián)Q代周期，商業(yè)航天異軍突起，一批商業(yè)航天發(fā)射企業(yè)，通過快速技術迭代、集成滾動發(fā)展，部分領域已超過傳統(tǒng)國家航天力量。


一、國外發(fā)射運

當前，全球航天發(fā)射運輸系統(tǒng)進入新的更新?lián)Q代周期，商業(yè)航天異軍突起，一批商業(yè)航天發(fā)射企業(yè)，通過快速技術迭代、集成滾動發(fā)展，部分領域已超過傳統(tǒng)國家航天力量。

一、國外發(fā)射運輸發(fā)展現(xiàn)狀

航天運輸方面

美國擁有完整的運載火箭型譜，重點布局氫氧動力運載系統(tǒng)。

大力發(fā)展商業(yè)航天，將近地軌道載人和載貨運輸服務交由商業(yè)公司承擔，鼓勵通過技術創(chuàng)新和市場化手段降低航天門檻，促進行業(yè)良性競爭，提升航天工業(yè)的整體實力；

政府將精力和資源投入到載人航天和深空探測，穩(wěn)步推進新老火箭更新替代以及新一代重型運載火箭研制，確保美國在航天領域繼續(xù)保持絕對領先地位。

俄羅斯擁有完善的運載火箭型譜，重點布局液氧煤油動力運載系統(tǒng)。

俄羅斯是傳統(tǒng)航天強國，工業(yè)基礎雄厚、軍事實力強大，多型火箭由彈道導彈發(fā)展而來，通過極具競爭能力的發(fā)射服務有力拓展了國際商業(yè)發(fā)射市場。

歐洲以多個國家聯(lián)合開展航天發(fā)射活動，以較少構型滿足國際主流發(fā)射市場需求，擁有獨立、完整的航天工業(yè)體系，積極開展國際合作，保持航天前沿地位。

集中多國人力、物力和財力，推動航天工業(yè)發(fā)展，增強在國際上的競爭力；

著眼低成本、高可靠，發(fā)展新一代運載火箭技術、重復使用運載火箭技術，進一步降低發(fā)射費用，搶占國際發(fā)射市場份額。

航天發(fā)射方面

美國擁有數(shù)量最多、區(qū)位優(yōu)勢顯著的發(fā)射場，在測試發(fā)射技術上“三垂”模式引領世界，航天發(fā)射場主要包括東靶場、西靶場和肯尼迪航天中心。

美國航天發(fā)射場在發(fā)射場數(shù)量、發(fā)射工位數(shù)量上均領先世界，在發(fā)射場選址、射向、發(fā)射軌道、航落區(qū)安全上比較完善，在發(fā)射場測發(fā)模式上具有很高的技術水平。

俄羅斯擁有數(shù)量領先、區(qū)位劣勢明顯的發(fā)射場，在測試發(fā)射技術上“三平”模式引領世界。

俄羅斯的發(fā)射場主要建設在高緯度地區(qū)，在可用射向和順行軌道發(fā)射能力上受限制；但由于地域廣袤，擁有較好的射向和航落區(qū)安全。

歐洲擁有數(shù)量少、區(qū)位優(yōu)勢極佳的發(fā)射場，在測試發(fā)射技術上注重博采眾長，發(fā)射場測發(fā)模式及流程隨著發(fā)射場的建設不斷進行優(yōu)化和改進，航天發(fā)射場主要是法屬圭亞那航天中心。

該中心靠近赤道，發(fā)射順行軌道能量損失小、射向?qū)挿?、全年氣象環(huán)境優(yōu)良、航落區(qū)安全性好，是國際上公認最理想的發(fā)射場。

發(fā)展特點

發(fā)展模式由國家主導轉(zhuǎn)向由國家和企業(yè)共同推動

當前全球航天產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展的新時期，航天已轉(zhuǎn)向服務人類、推動世界經(jīng)濟發(fā)展，航天強國超前布局大航天時代，以航天生態(tài)創(chuàng)新催生民商航天經(jīng)濟，構建了涵蓋眾多環(huán)節(jié)的航天生態(tài)。

快速機動發(fā)射是太空軍事化背景下的堅實根基

質(zhì)量輕、成本低、研制周期短、部署應用快的小衛(wèi)星成為國家空間力量建設特別是快速響應空間的重要組成，適應戰(zhàn)時空間信息戰(zhàn)術保障和小衛(wèi)星任務的快速機動發(fā)射也成為航天強國發(fā)射力量發(fā)展的重點方向。

重型火箭覆蓋面廣、影響力大再次得到全力發(fā)展。

重型火箭在美蘇冷戰(zhàn)時期發(fā)展到了頂峰，隨著美國重返月球計劃以及深空探測計劃密集推出，重型火箭再次被重視，以其超廣的專業(yè)覆蓋性、超強的國際影響力，將再一次引領世界火箭發(fā)展大潮。

航天測試發(fā)射向運載火箭整體總裝、測試和運輸?shù)姆较虬l(fā)展，增強測試、運輸?shù)恼w性，減少狀態(tài)變化和重復測試。

在遠距離測試發(fā)射方式下，提高測試發(fā)射設備系統(tǒng)化和集成化程度，推進發(fā)射區(qū)測試發(fā)射簡化和無人值守。通過自動化和智能化的箭地一體化測試，加強設備通用化和標準化建設，提高測試發(fā)射效率和安全可靠性

主要由地面固定發(fā)射方式逐漸向陸基、空基、?；鶛C動發(fā)射方式發(fā)展，以保證發(fā)射的快速性、機動性和生存性，增強完成多樣化航天任務的能力。

發(fā)射操作和控制向自動化方向發(fā)展，以減少人為差錯、提高發(fā)射效率和安全可靠性。

二、中國發(fā)射運輸發(fā)展現(xiàn)狀

中國運載火箭的運載能力已初步達到世界航天強國主流水平。

目前已形成現(xiàn)役運載火箭系列、新一代無毒無污染液體運載火箭、新一代固體運載火箭3個系列；基本形成了近地軌道、太陽同步軌道、極地軌道、中高軌道、載人航天發(fā)射等多樣任務的發(fā)射能力；商業(yè)發(fā)射企業(yè)嶄露頭角。

但目前火箭的運載效率（評價火箭的綜合能力的指標）總體偏低，未來需重點提升。

我國運載火箭測試發(fā)射主要由酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心（JSLC）、太原衛(wèi)星發(fā)射中心（TSLC）、西昌衛(wèi)星發(fā)射中心（XSLC）、文昌衛(wèi)星發(fā)射中心（WSLC）4個航天發(fā)射場保障和實施，在用綜合發(fā)射工位7個、小型工位2個。

已初步建成沿海內(nèi)陸相結合、高低緯度相結合的布局，發(fā)射場數(shù)量和區(qū)位優(yōu)勢上可比肩世界航天強國，但文昌發(fā)射場的發(fā)射容量尚有待進一步挖掘提升。

發(fā)展特點：

體系不夠完善

長期將火箭作為進入空間的單一手段，軌道轉(zhuǎn)移飛行器和重復使用運載器發(fā)展緩慢，無毒無污染火箭體系不夠完善，且沒有形成合理運載能力臺階。

測試發(fā)射不夠簡潔

發(fā)射場測發(fā)操作繁雜、參與人員多，箭地一體化設計和無人值守有待加強，信息化和智能化應用有待拓展。

技術更新緩慢

發(fā)射運輸系統(tǒng)載荷的通用化適應能力有待加強，異軌部署、高低軌轉(zhuǎn)移等技術尚需要進一步發(fā)展，發(fā)動機核心技術能力發(fā)展相對滯后。

產(chǎn)品質(zhì)量待提升

近年來面臨較為嚴峻的質(zhì)量形勢，重大問題接連發(fā)生，商業(yè)發(fā)射頻頻推延，成熟產(chǎn)品故障頻發(fā)，迫切需要對產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求。

三、未來發(fā)展趨勢

低成本進入空間將改變百年航天格局

近年來，在各國政府大力支持下，新興航天企業(yè)井噴式出現(xiàn)并快速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批明星商業(yè)航天企業(yè)。

商業(yè)航天企業(yè)采取扁平化管理提高了管理效率，在研制和生產(chǎn)過程以降低成本為主要目標，同時采用靈活的技術路線，注重繼承和集成現(xiàn)有技術，提高研發(fā)效率，顯著降低了航天發(fā)射成本，大幅提高了性價比。

2020年，SpaceX公司發(fā)射衛(wèi)星總計422顆（截至目前已超1千余顆），標志著人類已經(jīng)具備構建超大規(guī)模星座的能力。

進入空間成本的大幅降低將有力支撐航天大國實現(xiàn)相關計劃；而極低成本進入空間將對其他航天國家形成“降維打擊”效應，國際航天發(fā)射運輸已明顯呈現(xiàn)跨代競爭的局面。

隨著成本降低，航天有望走向生活，形成蓬勃發(fā)展的個人消費市場，航天發(fā)射產(chǎn)業(yè)的占比正逐步減小，進入空間成本的降低一定程度上也刺激了航天產(chǎn)業(yè)的繁榮。

目前航空運輸面臨運輸效率難以突破的窘迫局面，且全球尚無工程化超音速客機的計劃。

航天運輸系統(tǒng)中基于吸氣式組合動力系統(tǒng)的亞軌道飛行器是實現(xiàn)遠程跨域運輸?shù)睦硐牍ぞ摺?/p>

美國國防高級研究計劃局于2013年提出了試驗性太空飛行器項目“幻影快車”，旨在驗證快速響應、廉價進入空間的相關核心技術，但由于技術和財務困境，2020年1月終止了該項目

英國噴氣發(fā)動機公司于1994年提出了“云霄塔”空天飛機SKYLON，的主要目的是降低進入空間的成本，最終將研制出一架使用壽命達200次的運載器。

隨著吸氣式組合動力發(fā)動機的深入研究，其關鍵技術的突破已初見端倪，亞軌道飛行器有望超越現(xiàn)有航空飛行器運輸效率極限，成為跨洲際飛行的另一優(yōu)選方式。

近年來，隨著各國特別是民商企業(yè)紛紛推出的超大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座，空間碎片的爆發(fā)可能加速到來。

如不采取措施及時清理空間，未來空間環(huán)境將急劇惡化，并將成為阻礙人類沖出地球探索宇宙的枷鎖。

空間碎片的清理一般有飛網(wǎng)捕獲、電動繩系、機械臂抓捕、激光燒蝕等方式，對將清理平臺投送至軌道空間，同時將捕獲的空間碎片移除軌道或返回地面等方面提出了極高的要求。

從現(xiàn)有技術來看，單位質(zhì)量的太空碎片離軌成本遠高于將單位質(zhì)量的航天器發(fā)射入軌。

因此，發(fā)展高可靠、公交化、極低成本的天地往返運輸系統(tǒng)，是支撐商業(yè)化空間碎片移除、維系空間環(huán)境的必由之路。

受限于緯度、射向、航落區(qū)安全等因素，發(fā)射場所能執(zhí)行的發(fā)射任務也嚴格受限，隨著軌道空間多樣性發(fā)展趨勢，將催生對多樣態(tài)全域發(fā)射能力的需求。

隨著商業(yè)航天的深入發(fā)展，低軌通信衛(wèi)星星座迎來蓬勃發(fā)展勢頭，低軌通信衛(wèi)星星座將轉(zhuǎn)向開發(fā)大規(guī)模寬帶通信星座，呈現(xiàn)采用低軌道、小傾角、小衛(wèi)星趨勢。

小傾角軌道將成為未來商業(yè)航天發(fā)射的主流軌道，發(fā)射場和發(fā)射能力設計上應調(diào)整滿足該需求

批量發(fā)射將成為未來大規(guī)模商業(yè)星座部署的主要手段，其中小衛(wèi)星和整流罩的集成拓撲優(yōu)化、小型化分離結構設計、先進上面級和異面軌道部署能力將成為航天運輸?shù)闹攸c研究內(nèi)容。

目前航天發(fā)射領域以陸基發(fā)射為主，?；⒖栈l(fā)射為補充的全域發(fā)射格局初步形成，將滿足軍、民、商各類用戶多樣化航天發(fā)射任務需求，未來航天發(fā)射樣態(tài)的走勢，仍需經(jīng)過任務和市場的檢驗。

近年來，隨著民商航天發(fā)射企業(yè)的異軍突起以及重復使用運載技術的重大突破，傳統(tǒng)推進系統(tǒng)格局將迎來重大變革。

液氧甲烷推進體制具有比熱高、無結焦、不易積碳、相容性好、無毒無污染、相對安全、資源豐富、價格相對便宜等優(yōu)點。

尤其是液氧甲烷無結焦、不易積碳的優(yōu)點，可大大減少再次使用過程中的清理和測試工作，天然適用于重復使用運輸系統(tǒng)，理論上可實現(xiàn)航班式“即加即飛”模式。

在可遇見的未來，液氧甲烷發(fā)動機將成為國內(nèi)外重復使用運輸系統(tǒng)的主力推進系統(tǒng)。

液氧煤油推進劑組合真空理論比沖比液氧甲烷發(fā)動機低，但密度比沖更高，且煤油可常溫保持，在發(fā)射場使用環(huán)境友好，此外，高能合成煤油可大幅提高液氧煤油發(fā)動機的性能。

氫氧發(fā)動機作為液體火箭發(fā)動機的技術巔峰，雖然具有很高的技術性能，但仍然存在技術難度大、材料工藝要求高、推進劑成本高、發(fā)動機成本高、特殊氣體使用要求高等問題，更適宜作為投入產(chǎn)出比高的末子級。

從國內(nèi)外發(fā)展趨勢上看，應在中小推力氫氧發(fā)動機上精益求精，不斷提高技術能力，并結合運載火箭型譜規(guī)劃，將氫氧發(fā)動機研制重心轉(zhuǎn)移到適配運載火箭末子級上。

四、結論

發(fā)展航天，運載先行，發(fā)射運輸作為基礎性和支撐性手段，是所有航天產(chǎn)業(yè)的基礎和前提。

分析國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，以高可靠、低成本、高安全、可重復、自主智能等特征為代表的新一代航天發(fā)射運輸系統(tǒng)，正在對上一代航天發(fā)射運輸系統(tǒng)形成壓制競爭優(yōu)勢。

中國發(fā)射運輸領域，一方面應摒棄彎道超車、直面短板弱項，加大對液氧甲烷動力、液氧煤油動力重復使用運輸系統(tǒng)，大推重比、多次啟動和深度節(jié)流發(fā)動機的研制，以盡快彌補代差；另一方面應緊盯國際發(fā)展前沿，適當牽引吸氣式組合動力技術、深度預冷循環(huán)技術、水平起降單級入軌完全重復使用技術等，避免再次形成技術代差。