空间高技术产业的回顾与展望

空间高技术产业的回顾与展望

　19、20世纪科技、经济和军事的发展表明：谁控制了海洋，谁就能控制大陆。21世纪初这一法则已经演变成为：谁控制空间，谁就能控制整个地球。空间高技术是21世纪初科学技术中发展最快的尖端技术之一，是一个国家科学技术水平的重要标志，对于经济发展和国家安全具有至关重要的作用。自1957年前苏联第一颗人造卫星飞出地球，人类社会步入空间时代以来，与空间相关的技术和产业得到迅猛发展，并产生了巨大的经济效益。回顾40多年来世界空间高技术产业发展状况，展望21世纪初空间产业前景，对于制定适合空间科技及其产业发展政策，发挥空间产业对经济建设巨大推动作用具有重要意义。一、空间高技术产业现状空间一般是指地球大气层以外的宇宙空间。空间产业泛指与空间活动相关的产业，主要包括航天制造业和航天服务业两大类型。前者包括卫星和地面设备；后者包括发射和卫星服务。空间产业涉及空间基础设施、空间应用和空间保障等领域。20世纪90年代以来，空间高技术和产业发展日新月异，越来越多的国家参与研制和发射种类繁多的卫星，并应用到本国的经济发展活动之中。据统计，全世界已有60多个国家、1100多家航天公司投资发展空间技术，170多个国家开展了空间技术的应用工作(1)。美、俄等空间大国频繁地进行发射卫星、载人航天、火星登陆和重返月球等一系列航天活动。运载和卫星制造、空间通讯、空间导航、空间遥感等产业已基本成熟，并产生出巨大的经济和社会效益；空间材料、空间制药、农作物空间育种、空间发电、月球和火星资源利用、地球外生存栖息空间和星际旅行等已出现产业雏形，显示出诱人的产业前景。(1)运载和卫星制造宇宙的起源与演化是自然科学重大基本问题之一。宇宙探索将极大地拓宽人类的视野，真正实现人类飞出地球远古梦想，赋予人类宇宙生存观以新的哲学意义。它不仅能够极大地提高人类认识地球、征服太空的自信心，树立起人类的尊严，而且通过探索，将研究开发和验证一批先进的航空航天及其相关技术，从而带动相关产业的发展。为了实现跨出地球的梦想，关键就在于运载和卫星制造，由此产生了运载和卫星制造业。经过40余年的发展，目前在空间运行的飞行器有6000多个，各国在该领域创造了成千上万个就业机会。从1996-2000年，全球卫星产业（包括卫星制造、发射服务、地面设备制造和卫星运营服务等4个产业领域）收入从1996年的450亿美元逐年递增到2000年的832亿美元，年均增长达17%，总收入达3209亿美。据日本对2000年到2020年卫星发射服务业的市场预测：2005年全球市场为240亿美元，日本为8.1亿美元；2020年全球市场为730亿美元，日本为23.6亿美元。可见，空间产业市场容量巨大，前景非常广阔。该产业的主要产品有：单级和多级运载火箭、航天飞机、卫星和空间站、登月舱、地面设备、发射和运营服务，以及正在研制的空天飞机。(2)空间通讯随着空间活动发展，人类进入了一个崭新的通讯时代，这就是空间通讯时代。空间通讯已成为全球经济和社会活动中最为有力的工具。通过它提供服务所涉及的领域有：金融、移动通讯、广播、电视、娱乐、家庭直播、电视教育等。由于空间通讯技术的发展，使得世界各个角落人们联系日趋容易，地球才真正成为了“村”。由于空间通讯而大大改变了人们的生活和思维方式。世界大公司在空间技术及其产业的投资主要集中在空间通讯方面。到1999年底，全球有48家卫星通信公司在运营约200颗商用通信卫星，拥有5981个转发器，商业竞争的十分激烈。预计2000-2009年，全世界将发射约200颗商用通信卫星，卫星通信地面设备市场在2006年将达到460亿美元。全世界大约160个国家与地区建立了约900个卫星通讯地面接收站，我国建有卫星通信主站15座，各类卫星小站2万多个。通过卫星组成了全球通讯网，全球范围内的电视传播和60%的跨洋通讯全部由空间通讯来担任。预计21世纪初，全世界计划发射的卫星将超过1000颗，这些卫星将更先进、更实用，其中通信卫星、全球定位卫星和地球资源卫星被认为最具商业发展前途。卫星通信产业主要包括：卫星固定通信，卫星移动通信，卫星电视直播／卫星数字音频广播和卫星互联网接入等4个产业领域。(3)空间导航卫星导航是卫星技术又一个成功的应用，由此形成了一个全球性的涉及诸多行业、军民通用的高技术产业。现在几乎所有民用和军用飞机，部分船、汽车使用了美国全球定位系统(GPS)的导航接收设备；卫星导航的应用领域还包括野外考察、测绘、地球板块运动、大地水准、洪水水位、海洋升降监测、通讯网时间同步等一切需要利用位置、速度和时间参数的科学、工程和社会活动。美国的GPS系统，除拥有天上的24颗导航卫星外，地面产品有普通GPS接收机、差分GPS接收机和高精度测地型的GPS接收机。GPS接收机的定位精度可以从百米左右到厘米左右。目前，全球GPS接收机的生产厂家约有67家，生产的接收机种类有500多种，申请的专利达上千项。我国在渔船和远洋轮上也装有约18万台的接收设备。2000年，全球GPS产业达到85亿美元的产值，提供了约10万人的就业机会，专家估计，2005年总产值可达600亿美元。俄国、欧盟和中国也加入了该产业竞争。正在实施和计划实施的导航星座计划还有俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo计划和中国的北斗计划。该产业的产品主要有：适用于各类场合、不同用途的接收机，及其与其它产品结合形成的用途更为广泛的产品，如与地理信息系统结合起来的汽车地图导航系统，与手机结合起来的集通讯、导航于一身的定位手机。(4)空间遥感空间遥感是继卫星通信和卫星导航后的第三个应用领域。目前在地球周围运行的对地遥感卫星包括气象、资源、测绘、海洋、环境监测等卫星。它们不断送回大气、海洋和陆地资源的图像和数据，为气象预报、农林管理、海洋渔业、资源勘测、灾害监测提供了大量人类日常生活不可或缺的信息。目前对地遥感波段包括电磁波的绝大部分波段，其产品包括可视、红外、微波等波段的图像和数据。据国外报价，每平方公里卫星影像的价格为30-40美元。另据联合国预测，全球遥感和地理信息系统年产值已达40-50亿美元。根据有关计算，美国应用气象卫星使农业增产和减少灾害损失，每年获益20亿美元，投入产出比值为1:7，前苏联该值为1:10。利用遥感技术对农作物估产已取得满意结果。从20世纪80年代中期开始，中国先后选择了冬小麦、玉米及水稻等主要农作物进行产量和面积预报。在进行省级（或地区级）大面积的估产中，小麦估产精度优于95%，玉米优于90%，水稻优于85%。中国气象部门利用本国和国际气象卫星对沿海强台风的预报，已经取得了良好的经济效益和社会效益，如1981-1987年间的几次台风和洪水的准确预报就减少损失几十亿元。二、方兴未艾的新兴空间产业21世纪空间高技术产业将以更加迅猛的速度发展，除上述四

大相对成熟产业继续向前发展外，以下四个领域将由目前具备产业雏形发展成为成熟的产业。(1)空间材料加工和空间制药利用外层空间的微重力、超高真空和超洁净等特殊环境，进行材料加工和制药，已经显示出巨大的商业前景。它将使人类能够在21世纪初生产许多产品，如超纯材料、新的药品和农产品，下一步将要突破的是规模生产技术和工艺。在空间进行在地面无法制造的用混合金属、偏晶合金和复合材料制备、生长掺杂分布更均匀、化学配比更加正确和晶体结构更加完美的单晶材料，已进行多次空间试验，并获得了满意结果。在空间进行大尺度蛋白质晶体以及高效率地提纯高纯生物制品，有制药前景的动、植物细胞的生长、代谢、合成及分泌生物活性物质的影响等空间试验也开展了多次，同样获得了满意的结果。中国利用空间特殊环境进行种子搭载试验，培养了小麦、水稻等粮食作物新品系，在油料、棉花、花卉等经济作物方面也获得了很好的变异品种。对回收的种子进行种植，取得了可喜的结果，如粮食亩产可提高8%-20%，水稻蛋白质含量可提高8%-12%。美国民用空间技术规划明确了开展和扩展商业性空间工业的目标。据有关资料介绍，美国目前已有20多种地面上难以制成的药物在空间制成。美国国家航空航天局(NASA)建立了空间商业发展中心，与工业界签署了多项促进空间材料制备的协议。中国自1997年开始利用返回式卫星进行空间材料的制备，已经完成了10多次的空间飞行实验，进行了诸如InSb晶体等一系列的生长实验，取得了较好的实验结果。(2)空间能源无论从地球上的能源消耗，还是从人类在外层空间停留或居住角度来考虑，能源获取都是一个关键问题。利用空间资源来获取能源，最有可能实现的是太阳能发电和等离子体发电。①空间太阳能发电由于外层空间没有大气对太阳光的反射和吸收，空间太阳能发电卫星能接收到近于无损失的太阳辐射；在外层空间，由于不受天气影响，日照时间长，因而在外层空间同样面积一年内可以利用的太阳能，相当于地面的5倍多。如在空间中建造面积55平方公里的太阳电池阵，利用微波传送电能到地面，就能直接为地面用户输送500万千瓦的电力。目前，美国、日本等已在计划发射太阳能发电卫星，在空间构筑大型太阳能电池阵或太阳能收集器，用微波把所产生的巨大电能传送到地面。②空间等离子体发电空间等离子体发电是利用系留卫星来实现的一种发电形式。系留卫星发电系统是利用航天飞机或卫星带动一根金属导线切割地磁场进行发电的系统，可提供在轨飞行器的电能。它的核心部件是等离子体接触器，它是一个与空间环境等离子体作交换电流的装置。1996年，美国和意大利联合进行了飞行试验，从航天飞机上释放了一条长19.7公里的导电系绳，产生了约1700瓦的功率。虽由于系绳断裂，致使试验中断，却已显示了空间等离子体发电的巨大应用前景。目前，美、加、意、德、日等国均有此类研制计划，有的还进行了有关飞行试验。(3)外星资源开发利用外星资源是指地球以外星球（包括月球）资源。21世纪这类资源主要来自月球和火星。①月球资源的开发利用月球具有丰富的矿产资源，月岩包含有地壳中含有的全部元素及约60种矿物，其中有6种矿物是地球上没有的。如果进展顺利，人类可能在21世纪20年代实现月球采矿。月球土壤中丰富的He[,3]是核发电站的重要原料，以发电量大著称，如25吨He[,3]发电量，足够美国使用一年。月球土壤中含氧量丰富，利用月球上的氧，可解决人在月球上供氧问题和推进剂问题。月球没有大气和磁场，月面引力加速度只有地球的1/6，因而是建立观测基地、进行天文观测和日地空间环境研究的理想场所。世界各空间大国都重视月球的开发利用。2000年中国航天局发布了中国航天白皮书，表明了近期中国对月球探测的考虑和计划安排。②火星资源开发利用21世纪初人类对宇宙的认识将会有新的飞跃。深空探测、开发和利用的重点领域，除月球外就是火星。火星是离地球最近的一颗行星，对其探测、研究及开发利用具有重要的战略意义。美国1998年已成功实现火星登陆，其它空间大国也在准备实施21世纪探测火星的宏伟计划。这些计划除了认识宇宙外，将会进一步促进空间科技如宇航工程、材料科学、人工智能、计算机技术、信息科学和精密仪器研制等发展，从而推动经济和社会的迅速发展。(4)外层空间永久居住站和星际旅行随着人类空间活动的日益增多，空间往返及空间飞行器技术的成熟，在外层空间或外星球建立永久性居住地成为可能。预计2015年，全世界人口达到75亿左右，2050年达125亿左右，地球显然难以承受如此大的人口压力，使得人类离开地球而生活在外层空间和外星球上成为一种选择。美国计划于2010年在月球建立永久基地，2050年建立月球城市，2020年实现人类首次登上火星。国际空间站已成为迄今为止人类在太空部署的最大和最先进的宇宙飞船，已拥有长驻居民，是通向人类居住地球外星球的一个里程碑。在空间站上的宇航员最长的逗留时间已经超过了1年。人类可能在外层空间建造出许许多多漂浮的太空居留站，在月球建立永久基地的设想已经提出了多年，并计划以此为“跳板”向火星移民。2002年，美国富商在支付了2000万美元后，经过培训，已经在国际空间站的俄罗斯段进行了太空旅行。俄罗斯开始研发更适合普通人乘坐和观光的飞船。随着通向宇宙空间的飞行器技术的飞速发展，会有越来越多的人愿意去体验从太空中眺望地球、月球和其它行星那激动不已的心情，过一过在失重状态下的太空生活。三、空间高技术产业的特点空间投资巨大，一般民用投资难以满足。但随着空间活动的增加和空间技术本身的发展，空间投资逐步显现出了巨大的商用价值，如卫星全球通讯、全球导航等。归纳起来，空间产业主要有以下特点：(1)国家启动，市场跟进，高投资高回报在空间产业发展的初期，投资行为属国家行为，主要目标是国家安全和国民经济建设中重大基础问题，如军用侦察卫星、气象卫星和遥感卫星的发展。随着技术的成熟和市场潜力的显现，一些公司开始投资，就像对因特网的前身ARPANET和人类基因组计划的投资，先由国家启动然后市场跟进一样。(2)空间产业对国家经济建设具有重大促进作用为了发展空间事业，必然要求钢铁、冶金、电子、材料、计算机、能源化工、元器件等多种行业的大力发展。据美国空间专家估计，美国空间科技上每投资1个美元，将会在提供就业机会和经济增长上获得14个美元的回报。生产函数理论计算表明，美国国家航空航天局(NASA)从1975-1984年增加经费10亿美元，使国民经济总值增加830亿美元(1)。我国有关科技人员在分析了我国航天事业的发展中，得出了1:17的航天经济绩效作用(3)。(3)空间技术与其它产业形成互动关系空间技术的发展推动了相关产业的发展；空间技术的应用带动了许多新型产业的出现。许多的空间技术应用在地面有关产业中产生了巨大经

济效益，据美国统计，约有10%的投资会带来一系列产生商业效益的副产品技术在国家其它经济行业的应用。以哈勃望远镜为例，将其CCD技术应用到人体胸部组织检查上，避免使用现有的外科手术，不但减轻了病人的痛苦，也使检查更加清晰和有效，同时也产生了巨大的经济效益。用外科手术的方式进行胸部组织检查大约花费是几千美元，而用CCD成像检查只需几百美元。从空间技术发展的历史很容易了解到，这种相关技术的转移和在其它行业的应用，完全可以由企业或公司来投资并运作，且能够产生高额回报。如中国利用火箭发动机高温密封技术研制生产的特殊阀门新产品，为燕山、大庆、齐鲁、扬子、上海、天津等石化企业引进的生产线提供配套，节约了数千万美元的外汇。(4)空间活动是高技术产业的发祥地空间活动是指人类为进入和利用“空间”而开展的各种活动。在短短的40余年的发展过程中，空间活动全面渗透到国家经济建设、国防建设和人民生活的各个方面，孕育和发展了许许多多的高新技术产业，是名副其实的高技术产业发祥地。空间产业具备已形成产业化规模的高技术产业的所有特性，如高战略性、高创新性、高增值性、高渗透性、高投入性、高风险性和高竞争性。四、对我国空间产业发展的启示随着我国加入WTO，我国空间高技术产业将面临着更多的商业机会和巨大的商业前景，同时也面临许多意想不到的竞争环境。因而，汲取国内外空间产业的经验，建立在社会主义市场经济条件下的我国空间产业的政策、法规、资本运作、产业促进机制和现代企业的体制机制已经是摆在我们面前的现实问题了。(1)加强空间高技术产业化自1970年成功发射第一颗卫星以来，我国空间事业也取得了令人瞩目的成就。但我国空间技术应用的总体水平还不高，还没有形成产业规模，在全球航天产业中的份额只有1%。在国际上已产生重大商业效益的空间通讯和空间导航方面，我国还没有进入世界商用市场的通讯卫星和地面的全球移动通讯系统，没有自己知识产权的GPS地面接收机等。(2)转换空间技术开发与应用管理机制国际空间发达国家大多已建立起比较完善的空间技术转移与产业促进政策。如美国在1958年就制定了“国家航空航天法”，以法律形式明确了NASA在技术转移中的任务和职责。我国尚未形成对空间产业一系列的法律、政策和产业促进机制，空间技术开发、利用和转移的管理机制还需要进一步完善，以形成良好和有效的宏观政策和产业发展环境。(3)按现代企业制度改善和运行现有航天企业由于计划经济的历史原因，我国所有的航天企业都是在国家计划安排下，按计划经济的体制建立的，在特定的历史条件下为国家做出了巨大的历史性贡献。随着市场经济体制的逐步建立，宏观经济环境必然要求计划经济体制下建立起来的航天企业跟上时代的步伐。事实上，我国在这一领域已经进行了改革，建立了以航天科技集团和航天科工集团为代表的航天企业。但如何真正按现代企业制度来运行，并使之在市场经济的大环境下，对国家经济建设和国家安全发挥更大的作用，应当说还有较长的路要走；同时，如何引入国有资本之外的资金进入空间产业领域，以形成良性竞争的产业环境，也是非常重要和必须面对的问题。【参考文献】1.航天技术与现代社会编委会编.航天技术与现代社会.北京：宇航出版社，19962.姜景山主编.空间科学与应用.北京：科学出版社，20013.未来20年民用航天技术与产业发展战略研究课题组.未来20年民用航天技术与产业发展战略研究报告.20024.卫星应用产业发展对策研究课题组.卫星应用产业发展对策研究报告.2001