创新与突破：2 0 1 6中国航天关键词盘点

+ 喻菲/贰零空间站

本期视点

创新与突破：2 0 1 6中国航天关键词盘点

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2016，中国航天从无到有、从小到大，走过了整整一个甲子。

这一年，创新与突破成为中国航天的主旋律。

天宫二号和神舟十一号载人航天任务圆满成功，中国空间实验室进入太空，为中国空间站建设打下坚实的基础；长征五号首飞成功，使中国踏入世界现役火箭最强运力阵营，其新技术比例高达90%；“长征七号”作为中国运载火箭史上首次使用清洁环保燃料的新型主力火箭，成功实现了在人口密集区域的发射，为实施市场前景良好的海洋商业发射提供了条件......

“墨子号”在世界上首次实现星地量子通信，构建了天地一体化的量子保密通信与科学实验体系，使中国在角逐量子通信实用化目标的国际赛场上成为领跑者；“实践十号”返回式科学实验卫星首次探索微重力世界的奇妙现象，实现了中国从空间科学知识使用国向知识提供国的身份转变；碳卫星的发射使中国在国际气候变化方面极大的提升了自己的话语权......

这一年，中国的航天成就赢得了世界尊重。

“作为一支正在崛起的太空力量，中国在今年斩获了数场胜利。”在英国《自然》杂志的年终盘点中，中国的航天发展被描述为“影响了2016年的重大科学事件”。

日本放送协会评论称，中国已成为“宇宙大国”，在宇宙技术方面的“存在感”越来越强，这将提高其外交和国际影响力。

日本经济新闻年终撰文评价“中国的宇宙开发正以迅猛的势头推进”，今年对于中国来说是航天事业“飞跃式发展的开局之年”。

在2016年即将结束之际，让我们一起盘点一下代表中国航天这一年重大创新与突破的关键词。

一、载人航天

天宫二号，我国空间站建设前的最后一个准备项目，今年和神舟十一号配合完成了载人航天第二步、第二阶段最重要的任务：30天双人长期驻留，未来空间站的大门徐徐打开。

天宫二号助推中国载人航天新征程

2016年9月15日，中国第一个真正意义上的空间实验室——天宫二号从酒泉卫星发射中心顺利升空。10月17日，载有两名航天员的神舟十一号飞船也飞向太空，两天后与天宫二号在393公里高的轨道上自动交会对接，航天员进驻天宫二号，在那里工作生活30天。

随着天宫二号入驻太空，中国载人航天工程的第二步第二阶段拉开帷幕。所谓第二步，指的是空间实验室阶段。天宫二号是中国载人航天工程第二步中的关键环节，担负着承上启下的重要使命。发射空间实验室，搭建起一个平台，开展技术、应用等各类试验，为载人航天工程第三步——建造中国空间站打下基础。

天宫二号和神舟十一号的发射引起海外媒体高度关注。德国之声报道称，作为永久性空间站的前身，天宫二号不仅对中国的航天计划具有重要意义，也为未来的国际空间合作提供了新契机。法新社报道称，按照计划，中国计划建成空间站的时间与国际空间站退役的时间比较接近，这意味着届时中国或将成为全球唯一一个拥有在轨空间站的国家。美国有线电视新闻网评论称，虽然中国的太空项目起步并不算早，但是近几十年来，中国投入了巨大资源进行太空研究和人员培训，制定了宏伟的太空探索计划。英国《自然》杂志文章认为，近年来，中国在空间科学领域进展十分迅速，成为全球科研人员测试空间科学理论的“激动人心之地”。《日本经济新闻》称，中国正举全国之力发展航天事业，以在2030年成为与美俄比肩的航天强国。日本放送协会评论称，中国已成为“宇宙大国”，在宇宙技术方面的“存在感”越来越强，这将提高其外交和国际影响力。

“天上宫阙” ——太空中的实验室

空间实验室更像是空间站的前身，是为发展空间站，从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。也就是说，空间实验室是为建造复杂程度更高的空间站所做的准备工作。发射空间实验室是建造空间站的重要前提和技术保障。空间实验室的发射，可以对空间站的关键技术进行试验，获取经验，降低风险，为建造空间站打下基础。

天宫二号作为中国首个真正意义上的空间实验室，搭载的实验项目达到了史无前例的14项，其中两项由驻留30天的航天员直接参与操作，一项为国际合作。

能够拿到登上天宫二号的“入场券”，这些实验无疑都属于当今世界最前沿的探索领域。主要涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验8个领域。

中国航天员迄今最长太空驻留

天宫二号主要任务概览。

10月17日清晨，航天员景海鹏和陈冬搭乘神舟十一号载人飞船从酒泉卫星发射中心升空。至此，中国已将11位航天员送入太空。

神舟十一号飞船与天宫二号完成自动交会对接后，两位航天员在空间实验室和飞船的组合体里驻留 30 天。此前中国航天员在轨驻留的最长时间纪录是神舟十号创造的15 天。

神舟十一号任务的主要目的是，为天宫二号空间实验室在轨运营提供人员和物资天地往返运输服务，考核验证空间站运行轨道的交会对接和载人飞船返回技术；与天宫二号空间实验室对接形成组合体，进行航天员中期驻留，考核组合体对航天员生活、工作和健康的保障能力，以及航天员执行飞行任务的能力；开展有人参与的航天医学实验、空间科学实验、在轨维修等技术试验，以及科普活动。

在这个22.3立方米的组合体里，景海鹏和陈冬尝试了具有科幻色彩的意念控制脑机交互实验；他们更换了天宫二号材料实验炉中的样品，并将太空中制备出的材料以及在太空发芽、生长、开花、结子的拟南芥带回地球；他们实现了香港中学生在太空饲养蚕宝宝的心愿；他们还成为新华社太空特约记者，撰写太空日记……

航天员系统安排了十多项在轨试/实验。例如：基于中法合作技术的失重心血管功能研究，将积累失重心血管功能动静态调节适应性变化的数据。这项研究将实施国际首例在轨人体微血管内皮功能评估研究、探索从内皮功能角度揭示失重心血管功能失调机制；首次获得中国飞行中人体超声医学数据，为后续空间站任务医学影像学技术的应用积累经验。由于未来空间站上航天员将更长时间驻留太空，此次任务还开展了航天员在轨情绪调控评价技术研究，积累中长期飞行中航天员情绪状态数据。

中国空间站在望

两位航天员完成各项任务随神舟十一号返回地球后，天宫二号还将继续在轨道上运行，等待2017年4月中国第一艘货运飞船天舟一号的到来，验证推进剂补加技术。

空间应用实验、太空中期驻留验证、推进剂补加等，这一系列“好戏”的陆续上演，预示着中国空间站建设迈出坚实一步。

神舟十一号飞船发射升空并与天宫二号自动交会对接成功。

1992年9月，中国的载人航天工程正式起步，确定了三步走的发展战略。第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载飞船工程，开展空间应用实验。第二步，突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，发射一个空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。第三步，建造载人空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

由1999年11月第一艘无人实验飞船神舟一号在酒泉卫星发射基地的顺利升空，到2003年10月第一艘载人飞船神舟五号和首位航天员杨利伟成功进入太空，再到天宫二号空间实验室任务的实施，中国的载人航天走出了一条自力更生、科学规划、稳步发展的道路。

中国载人航天工程总设计师周建平介绍，计划于2022年前后建成的中国空间站包括一个核心舱和两个实验舱，每个舱都是20吨级，航天员的数量为3到6名。周建平说:“空间站的神圣使命是成为太空中的中国国家实验室，支持科学家从事前沿科学探索、空间技术研究和空间资源的开发和利用。最终目的是为全人类造福。”一流的太空实验平台，将为科学家们取得世界级的重大突破提供保障。“中国不是最早进入宇宙空间的国家。换一个角度理解，这样反而有后发优势。近年来，信息技术、新能源、自动化和人工智能技术的进步，将综合体现在中国空间站上。”周建平说。

中国的空间站是基于当代最新技术成果设计建造的，信息化程度更高、能力更强。周建平认为：“尤其在通信、网络、数据管理和应用等方面，我国的空间站都相当先进。 这也得益于当代技术的发展和国家科技的进步。”

中科院空间应用中心战略规划室主任张伟说，未来空间站安排了覆盖航天医学、空间生命科学与生物技术、空间材料科学、空间天文与天体物理等10大研究领域的大规模科学实验，规划了10余个先进科学实验柜和若干舱外暴露试验设施。

随着空间实验室任务的陆续展开，未来空间站的实景已越来越清晰地展现在人们面前。中国空间站将为全球科学家提供科学研究和实验机会，满足最新最好的空间探索及空间资源利用等科研需要，使中国载人航天发展进入探索科学前沿、开发空间资源、造福人类社会的新阶段。

二、长征七号

“长七”是我国最新中型主力火箭，带动了计算机、通信、新材料等高新技术突破和产业发展，也让首次海洋环境发射产生了良好的商业效益。

2016年6月25日，中国新一代中型运载火箭长征七号在海南文昌航天发射场完成首次发射。“长七”将主要为我国空间站发射“天舟”号货运飞船，也执行卫星和载人飞船发射任务。

“长七”发动机系统、增压输送系统、控制系统、测量系统、伺服系统、结构系统等均为全新数字化设计研制，应用96项新技术，新技术比例超过70%（高于30%的国际水平），实现了多项关键技术突破。全箭近地轨道运载能力13.5吨，是同类型火箭的1.5倍，规避了中国航天因缺乏更大运力火箭滞缓发展的风险。未来“长七”系列将配合完成我国空间站建设，并逐步替代大多数现役火箭，承担我国80%的空间发射任务。同时，作为中国运载火箭史上首次使用清洁环保燃料的新型火箭，“长七”成功实现了火箭在人口密集区域的发射，为实施市场前景良好的海洋商业发射提供了条件，是我国商业航天的重大突破。

长征七号

三、长征五号

1 1月3日2 0时4 3分，我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空。

“长五”作为国内推力、体积最大的先进火箭，大幅提升了我国自主进入空间的战略能力，它将为嫦娥五号登月采样返回、发射空间站核心舱、发射火星探测器等国家重大专项提供战略保障，推动我国太空探索开发能力迈上新台阶。

2016年11月3日，我国新一代最大推力重型运载火箭长征五号在海南文昌航天发射场成功发射。这是我国起飞规模、运载能力和技术跨度最大的高可靠、无毒无污染火箭，总长约57米，芯级直径5米、助推器直径3.35米，起飞质量879吨，多项指标远超国内现役主力火箭。全箭共采用247项关键核心技术，新技术比例达到90%（突破了30%的国际上限），设计可靠性0.98（国内最高），总体技术达到国际先进水平。其中，“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体设计思路是我国航天史上首次同时设计优化6种不同火箭构型，为我国火箭型谱发展积累了丰富研制经验；火箭控制系统突破26 项关键技术实现智能化驾驶，凸显了我国先进的重型火箭综合控制能力；首例液氧煤油发动机和氢氧发动机组合起飞方案，实现了我国异型发动机起飞技术的重大突破；起飞推力超过一千吨，近地轨道运载能力25吨，地球同步转移轨道运载能力14吨，将我国太空运载总体能力提升了2倍以上，成功越过了近轨运载能力20吨、高轨运载能力10吨的国际“门槛”，打破了西方垄断，正式进入国际主流重型火箭俱乐部。

“长五”创新难点多、技术跨度大、复杂程度高，代表了我国运载火箭最高水平。它为中国航天历练和培养出了新一代创新性青年人才团队；实现了我国运载火箭规模从中型到大型的跨越，多项技术创新填补国内空白、达到或超过国外主流型号；带动了整个研制平台和产业链更新，各项技术成果将辐射牵引新一代无毒无污染运载火箭的若干构型和系列化、型谱化发展，使中国运载火箭的整体水平得到提升。

四、墨子号

当“墨子号”实现全球首次星地间量子通信时，我国开启了天地一体化量子保密通信与科学实验体系。我们或已来到突破量子力学的边缘，这也标志着中国在商业通信领域的弯道超车也正在稳步推进。

2016年8月16日，我国在酒泉卫星发射中心成功将“墨子号”卫星发射升空。这是世界首颗量子科学实验卫星。卫星的主要任务是：进行星地高速量子密钥分发实验，以此为基础开展广域量子密钥网络实验；进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，检验空间尺度量子力学完备性。在世界各国争相角逐量子通信实用化目标的国际赛场上，我国已非常明显的处于领跑者地位。

2009年，中科大潘建伟团队建成了世界首个全节点互通的量子保密通信网络，并构建了“量子通信热线”。按照技术发展路线，接下来就是构建广域乃至全球量子通信网。肩负这一使命的“墨子号”及其后续者进入太空后，将结合地面“京沪干线”千公里级广域量子通信骨干网络，构建空地一体的广域量子通信体系。下一步，我国还将进行空间站量子调控与光传输研究，开展星间量子通信、全天时量子通信、量子密钥组网应用、多技术体制的空间激光通信验证、量子密钥分发与激光通信复合的加密信息传输系统应用等研究，为今后的全球量子通信网络奠定工程基础。

五、实践十号

实践十号卫星在轨模拟图。

实践十号返回式科学卫星在15天的飞行任务中，通过搭建太空微重力实验环境，与欧、日同行开展国际合作，在生物工程、新材料、生命科学等多个领域取得了飞跃性突破。

2016年4月6日，我国在酒泉卫星发射中心将新一代返回式卫星实践十号发射升空。卫星设计寿命15天，在轨运行12天，在技术上实现了飞跃性突破：采用小发动机推进系统保持了较好的微重力水平实验环境，采用数据管理系统确保了遥控指令和遥测数据安排及飞行程序的灵活性，增设了流体回路热控分系统保障生物实验温度环境。此外卫星还具有免除残余重力、机械转动和人为活动干扰、始终保持10-4g的微重力水平；发射前8小时装配有效载荷的超机动性；“双舱实验”模式规避内部起火威胁，保障燃烧着火实验顺利实施等独特优势。

实践十号于4月18日安全返回。这是我国首颗微重力科学实验卫星，也是我国项目内容及种类最多的单次空间微重力和生命科学实验任务，与空间站任务完全“错身”，具有不可替代性。卫星采用卫星留轨舱和回收舱分别开展流体物理、燃烧科学、材料科学、辐射生物效应、重力生物效应、生物技术等6大领域19项科学实验，每项实验均为领域全新探索，具有较强的创新性和研究价值，有望在微重力领域获取具有国际先进水平和自主知识产权的重大科技成果突破。此外，卫星任务参与单位包括11家研究所和6所高校，并搭载欧洲、日本试验载荷，其在轨运行是对经济不景气背景下以科技创新合作引领世界发展的模式探索与实践，实现了我国从空间科学知识使用国向知识提供国的身份转变。

六、脉冲星

脉冲星试验卫星通过在轨开展信号探测和设备验证试验，探索不依靠地面系统实现航天器精密航行与控制的世界性难题，对于我国未来空间发展具有深远的应用价值和战略意义。

2016年11月10日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射了国内首颗脉冲星试验卫星。卫星将在轨验证两种星载脉冲星探测器的性能和空间环境适应性，并研究宇宙背景噪声；探测蟹状星云脉冲星和3颗低流量脉冲星，在解决脉冲星搜索问题的同时积累在轨实测数据。卫星采用微小卫星定制技术，研制出厂周期仅为10个月，可随时根据需要快速开发和使用，并在全轨道圈次智能完成数据观测及回传，彻底改变了以往试验卫星必须搭载大型航天器（研制周期长）共同工作的传统模式，保证了空间研究的独立和高效，是我国先进小卫星技术和空间科研水平的典型体现。下一步，为保证战略领先优势，我国计划在5至10年内探测26颗脉冲星，绘制基础脉冲星地图，建立精确信号数据库，为后续技术验证奠定基础。

脉冲星为航天器导航想象图。

七、碳卫星

碳卫星将使我国初步形成针对重点地区乃至全球的大气二氧化碳浓度监测能力，极大提升中国在国际气候变化方面的话语权，在全球二氧化碳监测里发出‘中国声音’。随着这颗卫星发射成功，中国也跻身于美国和日本后拥有此类卫星的国家行列。

2016年12月22日，我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（简称“碳卫星”）发射升空。碳卫星是为应对全球气候变化、提升中国全球二氧化碳监测能力部署的一项重大任务。该星利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备，通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图。将使中国初步形成针对重点地区乃至全球的大气二氧化碳浓度监测能力，同时也将提升中国在国际气候变化方面的话语权。未来中国将适时与国内外共享数据，同时也将对数据进行深加工，“在全球二氧化碳监测里发出‘中国声音’”。

2016年的中国航天，是一段精彩的旅程，也是一个新的起点。在辞旧迎新之际，我们对中国航天的技术进步与前沿探索充满希望，期盼未来会有更多辉煌。

2 0 1 6年1 2月2 2日，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球二氧化碳检测科学试验卫星（简称“碳卫星”）发射升空。