我国航天运输系统发展的态势和未来展望
我国航天运输系统发展的态势和未来展望
摘 要： 当前世界航天已发展到大规模进出空间新阶段，对航天运输系统发展提出了更
高的要求。面向航天强国建设的历史使命，聚焦中国航天运输系统建设，研究了国外航天运输
系统发展态势，总结了中国航天运输系统的发展现状，结合未来发展需求，提出了中国航天运
输系统未来发展展望。
关键词： 航天运输系统; 航天强国; 发展展望;
Abstract： At present, the world aerospace has developed into a new stage of large-scale
access to space, which puts forward higher requirements for the development of space transportation
system. Facing the historical mission of building a space power, focusing on the construction of
China's space transportation system, the development trend of foreign space transportation system and
the development status of China's space transportation system is studied and summarizes. The future
development prospect of China's space transportation system combined with the future development
needs is put forward.
Keyword ：space transportation system; space power; development prospect;
0 、引言
航天运输系统作为一个国家开展航天活动的支撑和基础，是其综合国力的重要标志[1]。经过
60 多年的发展，特别是随着以长征五号为代表的新一代运载火箭投入应用，中国长征系列运载
火箭已经形成了较为完备的产品系列，为中国载人航天、月球探测、火星探测等重大工程的顺
利实施奠定了坚实基础，取得了一个又一个重大成就。
当前，世界航天已进入以大规模互联网星座建设、空间资源开发、载人月球探测和大规模深空
探测为代表的新阶段[2]，进入空间需求正在快速增长，对航天运输系统提出了更高要求。同
时，随着人工智能、重复使用、新动力、新材料等新技术的发展，航天运输系统也处于技术发
展的重要机遇期。
站在新的历史节点上，面向建设航天强国的历史使命，本文从分析国外航天运输系统发展态势
和中国发展现状出发，结合发展需求，提出了中国航天运输系统未来发展展望。
1 、 发展态势
1.1 、 国外发展态势分析
随着大规模进出空间任务的增多，世界各航天大国都在持续发展高可靠、低成本和高效率的航
天运输系统，航天运输系统的能力和内涵正在发生变化，主要表现在以下几个方面：
a）通过研制下一代运载火箭加速更新换代，型谱更加优化，经济性更加突出。世界主要航天
国家和地区立足长远发展目标，在既有火箭型谱基础上，均在开展下一代主力运载火箭研制，
如美国的火神火箭、新格伦火箭、欧洲的阿里安 6火箭、俄罗斯的联盟号 5火箭、日本的 H-3
火箭等，充分应用模块化和组合化设计原则，借鉴采用成熟、可靠、通用的产品和技术，大力
推进产品化，在实现型谱优化的同时，任务适应性和经济性也更加突出。
b）通过发展重型运载火箭，实现进入空间能力的跃升，支撑载人深空探测任务实施。重型运
“载火箭是未来载人月球探测、载人火星探测等重大空间任务的基础。美国已发布 阿尔忒弥
”斯 计划，计划于 2024 年载人重返月球，并在 2028 年后长期驻留，同时还投入建设月球轨道空
间站，宣布在 2030 年实施载人火星探测[3,4,5,6,7]，这些重大任务都依赖于重型运载火箭的研
制。美国 NASA “ ”正在全力推进 太空发射系统 （SLS）重型运载火箭的研制，计划于 2021 年首
飞，SLS 首飞构型近地轨道运载能力为 70 t，最终构型将达到130 t;Space X 公司也在推进超重-
星舰的研制工作，其近地轨道运载能力能够达到100 t 以上。俄罗斯国家航天集团也陆续提出
了重型运载火箭方案和相关研制计划。
c）通过发展重复使用技术，以期进一步降低进入空间成本，提高市场竞争力。重复使用已成
为航天运输系统的重要技术发展方向。美国 Space X 公司的Falcon-9 火箭垂直起降重复使用技
术不断走向成熟，已实现数十次一子级的回收利用，单模块目前最多已经实现 8次复用；俄罗
斯航天国家集团公司公布了其一子级重复使用的阿穆尔运载火箭方案；欧空局计划在下一代阿
里安火箭上采用重复使用技术，并持续开展普罗米修斯发动机和塞弥斯垂直起降验证机的研
制，同时英国持续开展组合动力佩刀发动机和云霄塔空天飞机的技术攻关；日本和印度也在不
断开展重复使用技术的试验验证工作[8,9,10]。
d）通过提升轨道转移能力以及发展长时间在轨技术，拓展上面级应用领域，满足空间运输及
空间探索任务需求。美国持续开展以先进半人马座为代表的长时间在轨高性能氢氧上面级的研
制工作，通过应用先进的低温推进剂在轨蒸发量控制、集成流体等新技术，使其在轨时间延长
到数周，可执行近地和深空的空间运输任务以及在轨服务、空间碎片清理等任务，通过在轨加
注实现重复使用，大幅拓展了现有空间运输系统的设计理念和应用模式[11,12,13,14]。美国研
制的 Mi TEx 常规液体上面级，采用了太阳能电池供电，具备长时间在轨工作能力[15,16]。在
发展高性能空间运输系统的同时，留轨上面级的再利用价值逐步被认可和开发，美国和印度等
国开展了上面级留轨应用研究，计划将上面级改造成商用空间设施。
e）通过应用智能化设计、轻质结构设计、高性能发动机等新技术，不断提升运载火箭可靠性
和运载效率。智能技术的快速进步为航天领域发展带来新动能，成为研究的重点方向，全生命
周期数字化管理、基于数字样机的虚拟设计、快速生产制造、智能飞行和自主返回控制等技术
不断取得突破[17]。各国还在不断发展铝锂合金和复合材料轻质结构技术，降低结构系数；不
断发展高性能液氧煤油、液氧甲烷和氢氧发动机技术，美国梅林-1D 液氧煤油发动机推重比高
达185,RL-10B 氢氧发动机真空比冲达到465 s，猛禽液氧甲烷发动机真空比冲超过370 s，且都
具有推力深度调节能力。
1.2 、中国发展态势
中国航天运输系统经过 60 多年的发展，取得了举世瞩目的成绩，实现了从常温推进到低温推
进、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射载人飞船、从近地轨道到深空
探测的跨越，有力牵引并推动了国民经济、科学技术和国防建设的发展。近年来，在建设航天
强国目标的指引下，中国航天运输系统在产品、技术、管理等方面取得了新成就。
a）在产品研制方面，构建了较为完善的航天运输系统产品体系。
一次性运载火箭方面，长征五号、长征五号 B、长征六号、长征七号、长征八号、长征十一号
等新一代运载火箭已开始应用发射，如图1所示。在支撑重大工程实施的同时，使中国跻身世
界航天强国行列。快速响应进入空间方面，长征十一号运载火箭实现了长征系列固体运载火箭
的突破，具备快速响应发射能力，发射准备时间不超过24 h，并实现了中国首次海上发射，为
中国进入空间提供了新的发射方式。空间运输方面，完成两代轨道转移运输系统的研制，实现
了上面级动力从固体动力向液体动力的跨越，形成了远征系列上面级家族，如图2所示，在北
斗工程全球组网建设中发挥了重要作用。目前，中国正在持续开展新一代载人运载火箭、重型
运载火箭和低温上面级等技术攻关。
b）在技术创新方面，重复使用、新型动力等关键技术攻关取得显着进展。
可重复使用技术取得突破，围绕落区控制、垂直起降、垂直起飞水平返回、水平起降等开展了
方案论证和部分飞行演示验证。在液体动力方面，取得 4800k N 高压补燃液氧煤油发动机半系
统试车及整机装配、2200 k N 高压补燃氢氧发动机整机装配为代表的一系列重要成果；在固体
动力方面，完成 500 t 级大推力固体发动机地面试车，完成首台 3.2 m 直径 3段式大推力固体发
动机试车。新一代运载火箭全面采用基于 1553B 总线的控制系统冗余设计，突破10 m 级大直
径箭体设计、生产和制造技术，Ka 频段天基测控得到应用，有效支撑火箭性能持续提升。同
时，中国正在持续积极推进智慧火箭技术研究，通过智能技术赋能，进一步提升航天运输系统
综合能力[8,9,10,17,18]。
c）在管理提升方面，产业化与商业化发展取得实质进展。
实施了运载火箭批产工程，产品成批组织采购、生产与验收，按发次交付测试，多发滚动交付
发射。长征系列运载火箭年均发射数量从前 30 年的 2～3发增长至当前的 30～40 发，发射成功
率稳步提升。2018 年和 2019 年发射次数位于世界第一。商业航天蓬勃发展，市场主体数量快
速增长，涉及领域遍布运载火箭全产业链，多家商业公司均推出了面向商业市场的新型运载火
箭，并完成了研制和发射飞行，逐渐成为未来航天运输系统发展的新增长点[19]。
图1 当前中国投入应用的新一代运载火箭型谱
Fig.1 The New Generation Long-March Launch Vehicle Series in Use
图2 当前中国投入应用的远征系列上面级型谱
Fig.2 The Yuan-Zheng Upper Stage Series in Use
2 、发展需求
a）中国航天运输系统需进一步完善运载能力、发射方式和应用方式的覆盖性和全面性。
太空是 21 世纪世界大国竞争的重要疆域，进入空间规模呈现快速增长趋势，太空轨位、频段
等太空资源也将日趋紧张。
中国已经拉开了载人空间站建设的序幕，并面临后续的维护与运营管理；大型互联网星座、在
轨服务与维护、载人月球探测、大规模深空探测、大型空间太阳能电站和载人火星探测等任务
已成为发展趋势，同时各类载荷多样化高密度发射和在轨部署需求也日益突出，以上各类空间
任务也对中国的航天运输系统提出了更高的要求。
b）中国航天运输系统需进一步提升综合性能指标水平。
自1970 年长征一号运载火箭发射的半个世纪以来，中国长征系列运载火箭型谱已基本完善，
“ ” “ ” “ ”可以说中国航天运输系统走过了 从无到有 、 从有到全的历史进程，正迈入 从全到强 的时
“”“”“”代；这与中国从 站起来 到 富起来 ，再到 强起来 的历史进程同频共振。在新时代，建设航
“ ” “ ”天强国的战略需求，需要中国航天运输系统实现 从全到强 的历史转变。实现 从全到强 的转
变，关键在于实现中国航天运输系统可靠性、运载效率、任务适应性、发射周期等综合性能指
标赶超世界一流水平。
c）中国航天运输系统需具备更高的研制、发射和质量控制能力。
中国航天事业已取得一个又一个的辉煌成就，同时也在不断推动科研生产管理模式优化升级，
“ ” “从保成功、保交付、保增长 向 高质量保证成功、高效率完成任务、高效益推动航天强国和
” “ ” “ ”国防建设 的 三高转变。中国航天运输系统的管理体系发展须紧密围绕实现 三高 发展目标，
持续提升核心竞争力，不断探索更好完成任务和提供更优质服务的方法和途径，具备世界一流
的研制、发射和质量控制能力。
3 、未来发展展望
未来发展方向是瞄准航天强国建设目标，立足中国发展基础，建成世界一流的航天运输系统。
形成中国新一代运载火箭完整系列型谱，开展性能提升、商业化发展和数字化转型，应用重复
“”“”使用、智能化等技术手段，增加新功能、融入新要素，实现中国航天运输系统从 全到强的
“ ” “ ” “ ” “ ” “ ” “重要转变，涵盖从 一次性使用 到 重复使用 、从 自动化 到 智能化 、从 定制化 到 商品
” “ ” “ ”化 、从 任务驱动型 到 设计需求型 的转变。
3.1 、 建设世界一流的航天运输系统产品体系
3.1.1 、利用 5～10 年推动新一代载人运载火箭和重型运载火箭研制，实现全面更新换代，新一
代运载火箭能力全面形成
摘要：
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我国航天运输系统发展的态势和未来展望 摘 要：当前世界航天已发展到大规模进出空间新阶段，对航天运输系统发展提出了更高的要求。面向航天强国建设的历史使命，聚焦中国航天运输系统建设，研究了国外航天运输系统发展态势，总结了中国航天运输系统的发展现状，结合未来发展需求，提出了中国航天运输系统未来发展展望。 关键词：航天运输系统;航天强国;发展展望; Abstract：Atpresent,theworldaerospacehasdevelopedintoanewstageoflarge-scaleaccesstospace,whichputsforwardhigherrequirements...
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作者：闻远设计
分类：社科文学类资料
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时间：2024-03-29
