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航天民用,有名无实?
在中国人目前能享受到的航天科技成果中,绝大部分是国外航天的成就。中国的“北斗”卫星导航系统还基本没有实现民用,且精度不高;中国的气象卫星等民用卫星也仅达到二十世纪九十年代初期的国际水平。而中国市场上很多号称源自航天科技的商品,大多只是商家花钱获取有关部门“认证”的自我包装。
中国目前拥有34颗民用卫星,多于日本的19颗,但仅为美国425颗的1/10不到。

以罐头为主的“太空食品”是航天科技民用的代表。


人类为什么要从事航天活动,这是一个值得思考的问题,当初入太空的激情退去,太空争霸的钢铁雄心成为昨日黄花,今天人们的航天活动显得更加的理性,除了对未知世界的探索这一人类的天性之外,增强科技实力、拉动高新技术产业链、转化航天科技为经济效益、获取地外新资源,变成了越来越重要的航天推动因素。

如果一定要进行一个归纳的话,航天目前给人类带来的实际成果和应用,可以大致分为两类:航天科技的直接成果和航天科技的转化移植应用成果。

事实上自“阿波罗”计划结束以来,人类的航天科技在发射人造物体和航天员进入太空方面的能力并无明显提高,运送“阿波罗”飞船登月的“土星5号”火箭甚至连图纸都丢失了,不过由于空间站的出现,人类的太空生存时间大大延长了,在深空探测方面,美国的火星车在火星上实现软着陆,更深入的了解了火星。另外,对小行星、彗星等天体展开了一些研究。航天科技更多的直接成就取得是运行在地球的周边的许多颗卫星上,这些卫星向人类提供了日常生活中所需的遥感、通信、导航定位等服务。

卫星通信:美国龙头地位牢不可破

蒙古包外的卫星天线,传统生活和现代科技出现在同一张画面里,充分说明了卫星通信对人们生活的重要性。

用于和卫星之间通信的大型天线。

美国是最早使用卫星进行通信的国家, 1958年12月,美利用“斯科尔”卫星进行录音带音响传输。

1965年4月,美把“晨鸟”卫星送到大西洋上空的地球同步轨道上(以后改名为“国际通信卫星—Ⅰ”。它可开通240路电话,几乎代替了大西洋海底电缆。并能24小时连续工作。从此卫星通信进入了实用阶段。

前苏联由于国土东西跨度太大,同时在航天科技的商业开发方面不如欧美国家,所以卫星通信的开发思路与美国有所不同,前苏联的地球静止轨道通信卫星比美国晚了10年。前苏联最早的国内通信卫星“闪电”使用大椭圆轨道。其倾角为65度,远地点高度为4万千米,近地点高度为480千米。籍此进行国内电视转播。 前苏联/俄罗斯的通信卫星更多的是军事用途。

中国的卫星通信开始于1984年发射的东方红二号通信卫星,用于部分电视、广播及通信的传输。 到今天已经经历了东方红二号、东方红二号甲和东方红三号等三代,全部都是地球静止轨道通信卫星。1994年12月1日,中国发射成功达到国际80年代水平的“东方红Ⅲ)实用广播通信卫星,用于电话、电报、传真、数据传输等通信业务,卫星波束可覆盖90%以上的国土。

中国卫星通信的最新成就是今年9月刚刚发射成功的“鑫诺六号”, 它的设计寿命为15年,装载有24个C频段转发器、8个Ku频段转发器和1个S频段转发器,卫星波束可覆盖包括中国全境的亚太地区及部分周边国家和地区,也是继“鑫诺三号”、“中星6B”之后,又一颗能够充分满足中国广播电视信息传输安全要求的卫星。自2007年的“尼日利亚一号”卫星以来,中国的通信卫星还出口到了国外,代表中国的通信卫星已经进入国际主流的行列。

相比起军用通信卫星的各国竞争与保密,民用卫星通信方面更体现了各国之间的合作。其中值得一提的是我们的近邻日本,依靠先进的电子技术,日本早在1963年就和美国和日本通过“中继1号”卫星第一次进行了横跨太平洋的电视传输。1964年年日本和美国就利用“辛康3号”卫星直接送入国际日期变更线附近的赤道上空,使之成为第一颗真正的静止通信卫星,并利用这颗卫星成功地转播了东京奥运会的实况。

而且近年来日本的通信卫星成功获得1.2Gbps的单向数据传输速率全球最高纪录,这一传输速率是高速ADSL平均连接速率的150倍,达到光纤通信传输速率的12倍。日本将在灾难造成地面网络被严重破坏时,利用该卫星进行通信。此外,该卫星还将用于山地和偏远地区的教育与医疗通信。

电信无国界组织(Telecoms Sans Frontieres)提供紧急情况下的通信服务,比如图中所示今年年初海地大地震后的电话通信及互联网重建。


卫星还可以用来实现移动通信功能,这在地面通信受到灾害等干扰时显得非常重要,例如在中国汶川大地震中,地面电话线路被切断,普通移动电话基站被毁,这时卫星电话就起到了非常重要的通信作用。卫星通信的系统目前有实现全球覆盖的移动卫星通信海事卫星通信系统Inmarsat,全球覆盖的低轨道移动通信卫星“铱星”(Iridium)和全球星(G10balstar)系统等 - 这三个系统都和美国有着很深的关系,inmarsat是由美国军用卫星系统发展而来的;铱星是美国铱星公司委托摩托罗拉公司设计的一种全球性卫星移动通信系统,它通过使用卫星手持电话机,透过卫星可在地球上的任何地方拨出和接收电话讯号,它的计划是跨时代的,但是由于商业和技术原因没有得到规模普及,最终得到注资后主要服务美国军方;全球星是由美国劳拉公司(Loral Cor-poration)和高通公司(Qualcomm)倡导发起的无缝隙覆盖全球的卫星移动通信系统。

我们早已视为生活的一部分的互联网,也逐步引入了卫星通信,目前有三家网络可以让用户通过笔记本大小的终端连接上带宽为60 kbits至512 kbits的卫星互联网。

卫星导航定位:中国“北斗”精度最低

卫星导航已经成为当代人已经熟悉的卫星应用,从google地图到车载GPS导航仪无一不和卫星导航有关。美国是当今世界导航卫星数量最多的国家,而美国的GPS(全球定位系统)几乎成了这个概念的代名词,GPS占了全球导航应用市场的95% 36的份额。

美国GPS(全球定位系统)的卫星分布图。

美国商业卫星拍到的所谓中国核潜艇基地照片。

实际上,世界上现有的卫星导航定位系统除了GPS外,还有俄罗斯的GLONASS(格洛纳斯)系统,定位精度可达1.5米,有望在今年年底覆盖全球;欧洲正在建设有中国参与的GNSS-2“伽利略”系统;另外还有中国独立建设中的“北斗”系统。

在这几个系统中,“伽利略”和“北斗”尚未完全建成,北斗目前仅能覆盖中国周边地区,仅供军用和大企业使用,格洛纳斯主要是军用;从定位精度上看,GPS最高,中国的“北斗”最差,达10米。

此外,日本也在致力于发展自己的卫星导航“准天顶”计划,这是一个兼具导航定位、移动通信和广播功能的卫星系统,旨在为在日本上空运行的美国GPS卫星提供“辅助增强”功能,提高导航定位信号接收的质量和精度。不过日本现在不仅仅满足于辅助的作用,打算将“准天顶”发展成一个独立的导航定位系统。

另外,印度的区域导航系统计划已经制定,目前还没进入应用阶段。

遥感卫星:印度在轨星达10颗,领先中国

人们经常能见到的卫星遥感地形图。

印度研制的CARTOSAT-2A遥感卫星。


在卫星上应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息,进行收集、处理,并最后成像,从而对地面各种景物进行探测和识别的,就是“卫星遥感”技术,它使人类能获得大量对地观测信息,具有分辨力高、畸变小、比例尺适中等优点。可广泛应用于科学研究和工农业生产领域,包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋海岸测绘、地图测绘、目标点定位、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域。

世界上最早应用遥感卫星的是美国,不过目前印度的遥感卫星发展迅速,在轨卫星数量已达10颗,精度已达0.8米,可以以低廉的价格为第三世界国家提供服务,这方面中国已经显得有些落后。

气象卫星拍摄的飓风全景照片极其壮观。

另外,人类利用气象卫星(meteorological satellite)也是最见的民用卫星之一。它从太空对地球及其大气层进行气象观测,特点是:观测范围广,观测次数多,观测时效快,观测数据质量高,不受自然条件和地域条件限制。它所提供的气象信息已广泛应用于日常气象业务、环境监测、防灾减灾、大气科学、海洋学和水文学的研究。气象卫星也是世界上应用最广的卫星之一,美国、前苏联/俄罗斯、法国和中国等众多国家都发射了气象卫星。

中国最新一代极轨气象卫星是风云三号A星,自2008年11月18日地面应用系统投入业务试运行以来,卫星数据的接收、处理、存档和数据分发业务运行正常,资料已在蓝藻监测、北极冰雪监测、南极臭氧监测等方面初步显示出良好的全球综合观测能力。

卫星通讯、GPS导航、卫星遥感、气象卫星等等,这些服务构成了航天工业的商业服务的主体。

目前航天工业已经形成了一个比较大的经济规模,靠通信、对地观测和定位服务创收的商业卫星服务仍是商业航天收入的最主要推动力量,这些服务的效益将刺激航天工业的增长,并为社会和经济带来附加效益 – 美国、日本和法国等国家已经靠航天工业取得了丰厚的利润,俄罗斯也利用一些商业发射获得一些收益,而中国除了在商业发射、卫星出口这些方面有一些回报外,航天产业化的道路还很漫长。

航天科技的转化和移植

阿波罗探月计划几乎带动了美国足足20年时间内全部的科技发展。如今的太阳眼镜技术便是源自于宇航员的头盔。


航天科技产业在直接创造价值之外,还通过技术的转化、移植间接的拉动了其他产业的增长,乃至可以说是改变了人们生活的方方面面。以美国为例,“阿波罗”计划在很多方面对美国产生了巨大影响,如就业、教育、经济发展、军民两用技术等。在阿波罗计划的刺激下,美国经济飞速增长,它带来的技术突破直接促成了20世纪若干重大技术进步。据统计,美国将航天技术转化为民用产业,创造了2万亿美元的巨额利润。

在国际上,航天产业的直接投入产出比约为1:2,而相关产业的带动辐射则可达到1:8至1:14 – 这说明航天工业不仅直接产生经济效益,航天科技的转化和移植,能够带来更多的效益。目前,全球近70多个国家的1100多家商业公司已经或正在研制开发、部署和运行空间系统。

航天科技对基础科学、关键技术乃至国家的宏观经济也能产生深远影响。中国航天科技集团公司提供的一组数据表明,中国近年来的1000多种新材料中,80%是在空间技术的牵引下研制完成的;有近2000项空间技术成果已移植到国民经济各个部门;数千家民用企业参与了载人航天与探月工程的生产、研制,涉及电子行业、元器件、原材料、飞船材料等很多领域。

此外,中国在航天工业中发展起来的数控系统和工业机器人被广泛应用于石油化工、汽车制造、电力、煤炭、冶金、纺织、食品和建材等行业,实现重大装备国产化;而液体火箭发动机燃烧技术、传热技术、传感技术和测控技术等,则被开发成为化工工业废液、废气无毒化处理技术和垃圾资源化处理技术等节能环保技术。甚至老百姓每天都在享受着中国航天事业的进步和发展带来的实惠,太空水稻、太空蔬菜、太空花卉、太空水果已经走入寻常百姓家,“太空药”、航天生物等开始形成产业化,气象卫星、通信卫星、资源卫星等每天都在为我们的出行、生产活动等提供便利。

太阳能电池最早用于给人造卫星供电。

一提到航天科技民用,绝大多数人便会首先想到“尿不湿”。


航天技术的实际应用有些时候是显而易见的,但也有些时候其全部用途和效益是当初始料不及的。航天产品与服务及其相关的航天技术二次应用已渗透到日常生活的方方面面,人们越来越觉得这理所当然,甚至常常并不去想航天在其中所发挥的作用。

例如现代汽车设计所使用的风洞技术就源自于航天飞机和火箭的研制技术;低碳经济时代广为应用的太阳能电池板和燃料电池最早都是为了研制卫星和飞船等航天器而研发的,甚至连“尿不湿”,“果汁”等日常用品都是为了解决宇航员的生活问题而开发的。

政府、企业以及个人每天都在发明新的方式来利用航天产品与服务,使其融入全球经济。下表列举了2009美国宇航局(NASA)、欧空局(ESA)和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)发布了有关最新航天技术二次应用情况的信息:

中国航天科技应用:有名无实

中国航天的起步并不比发达国家晚多少,1970年就成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”,成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。截至2000年10月,中国共研制并发射了47颗不同类型的人造地球卫星。

,中国已初步发展形成六个卫星系列——返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列、“实践”科学探测与技术试验卫星系列、“资源”地球资源卫星系列和“北斗”导航定位卫星系列。中国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家,卫星回收成功率达到国际先进水平;中国是世界上第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家。中国的气象卫星、地球资源卫星主要技术指标已达到二十世纪九十年代初期的国际水平。

中国最早期的“东方红”通信广播卫星。


此外,海洋卫星系列即将形成,构建“环境与灾害监测预报小卫星星座”计划正在加紧实施。一批新型高性能卫星有效载荷研制成功。各种应用卫星初步投入业务运行,其中“风云一号”和“风云二号”气象卫星已被世界气象组织列入国际业务气象卫星系列。地球另外,中国在静止轨道大型卫星公用平台的各项关键技术、大容量通信广播卫星研制、微小卫星研制及应用等领域中亦取得一定进展。

在航天科技带动科技和经济发展方面,以长征2号运载火箭为例。在研制过程中,航天部向有关部门辐射出4800多项科研、试制和生产项目,涉及27个部、委、局,25个省市自治区,共1300多个企业、研究机构和高等院校。在运载火箭第三级的研制中,共辐射出397项研究项目,其中冶金部门88项、化工部门129项、建材部门86项、石油部门25项、纺织部门8项、中国科学院6项、轻工部门45项。仅航天工程应用的电子元器件就达15个门类,约2000个品种,上万个规格,分布在全国的300多个生产厂家和研究机构,这样的产业链所形成的效益无法具体统计,但规模可想而知。

搭乘“神舟七号”进行太空诱变的种子种出来的茄子。

中国的航天科技的民用化、产业化化基本是在改革开放之后开始的,介入了一些商业活动,例如商业发射和卫星出口等。在航天科技的转化方面,比较知名的例子就是2008奥运会火炬的开发,太阳能新能源开发等领域就应用了航天科技的成果。

此外,在神舟任务中,中国在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验,其中包括:进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长;进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长;开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。但这些成果比起美国阿波罗计划带动巨大经济效益来说,还显得微不足道。

此外,中国市场上很多号称源自航天科技的商品,实际上都只是有名无实的营销包装。例如某些所谓“太空热水器“,实际上只是其中点火环节的某些零件原理与航天火箭原理相近,并非真正来自航天。商家或自我包装,或花钱取得官方的“航天技术认证”,为的只是一个概念和更好的销路,而这些商品实际上并无特别之处。

拥抱太空经济——一个新时代的来临

公司利用由66颗工作星构成的星座来使其用户在全球任何角落都能保持相互联络。它是由商业服务商拥有的最大的一个卫星编队。


2007年9月17日,美国宇航局局长迈克尔•格里芬在华盛顿发表旨在纪念宇航局成立50周年的演讲时说,“太空经济”(Space Economy)时代已经到来,美国宇航局所主导的太空活动开创了新的市场空间和新的经济增长点,技术创新将成为“太空经济”持续发展的动力。他说,太空经济既包括卫星通信,如无线电通信和卫星电视、远程医疗,点对点的全球导航,天气预报与气候监测,保障国家安全的太空资产等,也包括刚刚出现的太空旅游以及发展中的太空后勤服务,后者可以使商业性的太空旅游成为一个可盈利的商业形态。

航天相关应用正在经历十分活跃的商业增长。低成本GPS设备和新型地理参考应用软件已安装到汽车、电话、家庭和企业内。供商业和政府部门使用的陆地成像业务已改变了人们旅行和打发闲暇时光的方式,并使我们能极为细致地了解城市和乡村景观。

随着新技术、创新商业模式与创意经济的融合,不断有高增长性、强融合性的创新应用出现,正如美国航天基金会所作的预测那样,私营企业在商业航天领域大有可为。2009年1月,谷歌公司独家采用了地眼公司借助于国会山上空423英里的一颗在轨卫星制作的奥巴马总统就职典礼图像。地眼公司的图像从上方显示了聚集在国家广场上的人群,可通过互联网实时查看。技术的融合几乎每天都在为航天及其用户带来新的产品和服务,所以这样的事例不胜枚举。

结语

各国航天科技应用排名:(不代表权威最终结论)

必须承认,在中国人民广泛享受到的航天科技给人类带来的成果中,绝大部分是国外航天的成就,例如中国的“北斗”系统精度还不高,而且现在还基本没有实现民用,人们在生活中使用的还是美国的“GPS”系统。另外,中国的气象卫星、地球资源卫星等民用卫星仅达到二十世纪九十年代初期的国际水平。

在航天科技的转化方面,比较知名的例子仅仅是2008奥运会火炬的开发,太阳能新能源开发等领域就应用了航天科技的成果。这与美国阿波罗计划带动了美国长达二十年内几乎所有的科技发展来说,还显得微不足道。而中国市场上很多号称源自航天科技的商品大多有名无实。商家或自我包装,或花钱取得官方的“航天技术认证”,但商品本身并无特别之处,技术也并非真正来自航天。

综合实力:★★☆ 

 
 

第一期 大推力火箭之梦

虽然中国的运载火箭虽然可靠性比较高,发射纪录良好,但从运载能力来看仍与欧美火箭强国存在相当差距。

第二期 低纬发射,始于文昌

2013年海南文昌发射基地建成后,中国将拥有极具竞争力的低纬度发射优势,并有望藉此在发射场地这一领域上超越俄罗斯。

第三期 探月谱上的排名

目前中、日、印等国的探月水平基本处于同一起跑线。这使得国家意志在“谁率先载人登月”上将起到决定作用。

第四期 深空探测“未完成”

当中国开始探月时,美国的“旅行者”1号已经接近到达太阳系的边缘。比月球更遥远的深空探测,中国仍一片空白。

第五期 神舟接班航天飞机?

当美国航天飞机退役后,中国的神舟飞船可能成为俄罗斯“联盟”号与“进步”号飞船执行飞往国际空间站任务的候补力量。

第六期 宇航员培训学苏俄

中国曾经派出航天员到俄罗斯进行学习,并租用俄罗斯的设备进行失重实验,这些航天员后来成为了中国航天员的教员。

第七期 构筑“天宫”

中国即将成为世界上第三个独立发射组装空间站的国家。但“天宫一号”从结构上仅与上世纪70年代苏联的礼炮号类似。

第八期:中国航天体制仍处转型期

中国航天由于长期受苏联模式和计划经济影响,体制上仍然处于转型期,种种航天机构呈现相当分散的局面,且对民众过于封闭。

第九期:航天民用,有名无实?

在中国人能享受到的航天科技成果中,绝大部分是国外的成就。市场上很多号称源自航天的商品,大多只是商家的自我包装。

第十期:火星,2030

美国人在2030年之后有望登陆火星。到时,中国的国力和科技实力若是允许,可能也会和美国形成竞争。如果不是竞争,那一定是合作伙伴。