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2019年航天专题:从登月探测看中、美、俄三国实力

2023-03-20 09:07:05 创业故事

2019年2月21日晚,以色列发射“贝雷特希”(beresheet)升空前往月球,历时六周有余靠近月球,但最终在距离月球表面约149米时失去信号,最终坠毁。这是以色列首次尝试登月,也是首个有私人赞助的探月任务。截至目前,全球仅有美国家实现了载人登月的目标。

登月发展历程

20世纪50年代末到70年代中期是月球探测的第一个高潮期,这期间的月球探测以苏联与美国在太空领域的“空间竞赛”为标志,为赢得竞争,这个时期美国和苏联均制定了载人登月计划。苏联在1959-1976年期间共发射了64个月球探测器,取得月球探测的多项第一,主要型号为“月球”(Luna)系列及“探测器”(Zond)系列。而美国在1958-1973年期间共发射了36个月球探测器,主要型号为“先驱者”(Pioneer)、“徘徊者”(Ranger)、“勘测者”(Surveyor)和“月球轨道器”(LunarOrbiter),目的是为阿波罗载人登月做前期探索和技术准备。

20世纪70年代中期到80年代末期,美国和俄罗斯航天战略重点转为发展近地轨道载人航天和空间站,月球探测进入低潮沉寂期,全球约有14年的时间未发射月球探测器。特别是随着苏联的解体,俄罗斯经济发展疲弱,其月球探测活动也进入低潮,从1977年至今有40多年的时间,苏联/俄罗斯再未实施月球探测活动。

20世纪80年代末,在此期间,美国、欧洲、日本纷纷组织力量开展研究,并相继提出月球探测计划。其中,1989年7月20日,美国总统乔治·布什为纪念“阿波罗”飞船登月20周年,提出了重返月球、在月球驻留并以此为基础完成载人火星探测的构想;1990年,日本于成功发射其首个月球探测器“飞天”(HITEN); 1994年1月和1998年1月美国分别于发射“克莱门汀”(Clementine)和“月球勘探者”(LunarProspector)探测器,进而发现月球上有水冰存在的迹象,极大地激发了世界各国开展月球探测的热情,标志着新一轮月球探测活动的兴起。

进入21世纪,欧洲、日本、中国和印度也相继开展了月球探测,私营航空企业也于彼时崛起。目前,包括新兴航天国家在内的多个航天国家纷纷提出和制定了新的月球探测计划。

新一轮登月热潮掀起

目前,全球各国均在积极进行登月探索。截至2018年底,全世界共实施了116次无人月球探测任务,实现了月球飞越、环绕、着陆、巡视和采样返回探测。第一次探月高潮始于1958年,止于1976年,以美、苏两国空间竞赛为标志,重在展示国家实力,开启了人类深空探索的序幕,实现了月球飞越、撞击、环绕、软着陆、表面巡视、无人采样返回和载人登月,其中俄罗斯完成了3次无人月球采样返回,美国实现6次载人登月,获取了前所未有的科学探测成果,促进了大量新兴学科的诞生,一大批科学技术成果广泛应用于经济建设。月球探测的再度兴起是在20世纪90年代以后,主要航天国家纷纷启动并实施了月球探测活动,截至2018年12月共进行了16次发射(美国6次,中国6次,日本2次,欧洲1次,印度1次)。新一轮月球探测更注重科学驱动和新技术的应用,旨在获得新的科学成果,探测器技术更先进、功能更全、寿命更长。90年代以来的月球探测活动呈现出科学目标明确、参与国家众多、规划长远、成功率高的特征。

(注:1、斜杠后的数字为任务成功的次数。2、括号中的数字分别置:中国两次巡视任务包含在软着陆任务中,印度的一次撞击探测包含在环绕任务中)

美国领先,中俄并列第二

整体来看,世界航天呈现“金字塔”式格局。美国及欧洲的航天产业实力处于第一梯队,稳居“塔尖”位置;中国与俄罗斯并列第二梯队;印度、日本及以色列处于第三梯队。第二梯队与第三梯队共同构成金字塔的中坚力量。

尽管,目前不少国家均在航天领域实力深厚,单就“载人登月”这项指标而言,时至今日,全球仅有美国实现了载人登月的目标,但目前网上仍有舆论质疑美国登月成功的真实性。而从实现载人太空飞行这一指标来看,率先实现该目标的则是苏联(注:由于俄罗斯继承了前苏联的航天基础,因此后文描述对象为俄罗斯)、其次是美国,第三是中国。

经济实力:中国人均GDP最低

从经济实力来看,以国民生产总值为衡量尺度,根据国际货币基金组织IMF的数据显示,2018年世界各国GDP排名最高的仍为头号经济强国美国,其经济总量达205130.00亿美元;中国位居第二,GDP总量为134572.67亿美元;而俄罗斯排名则远远落后于前两者, 亿美元,排在第12。

从人均GDP的角度来看,美国的人均GDP仍然是最高的,而中国则落后美、俄。2018年,据国际货币基金组织统计,中国人均GDP为10087.83美元。

科技实力:中国专利增长最为强劲

从科技实力来看,以专利数量为衡量尺度,据《2018年世界知识产权指标》报告指出,2018年中国国家知识产权局受理的专利申请数量最多,达到了创纪录的138.16万件。排在中国之后的是美国(606956件),而俄罗斯排名第八位,专利数量为36883件。

在专利申请量上,世界知识产权组织(WIPO)最新公布的数据显示,2018年,美国的申请提交了56142件PCT申请,其次是中国(53345件),而俄罗斯PCT申请量排名甚至跌出前20。按照这一趋势,世界知识产权组织(WIPO)预计中国将在今后两年赶超美国。

军事实力:美国军工企业数量占百名榜半边江山

从军事实力来看,据国际知名安全与和平问题研究机构——斯德哥尔摩国际和平研究所(SIPRI)最新调查数据显示,2013-2017年,美国的军费支出稳定在60亿美元左右;中国的军费支出在20亿美元左右;而俄罗斯在6亿美元左右。

从军费支出占政府总支出的情况来看,尽管美国的军费支出一直是三国中最多的,但是其占比近几年来呈逐渐下降的趋势;而俄罗斯2010-2016年占比则呈逐渐上升的趋势,2017年略有下降,但占比仍然高于其他两国;至于中国,近几年占比稳定在6%左右。

此外,我们还可以从全球军工企业的营收状况来考察下三国的军事实力,据SIPRI最新数据显示,2017年,全球军工企业营收前100名中,美国军工企业达46家,占据了将近半边江山,而俄罗斯则仅有9家。而在排名前十的榜单中,美国军工企业也占据5席,俄罗斯仅占1席,可见,美国军工企业实力强悍。

美国登月商业化程度最好

从三国月球探索技术研发的模式来看,美国在此领域的商业化程度最好,而中国及俄罗斯虽然也在积极吸引社会资本,但主要还是国企掌控。

中国登月:当前中国商业航天正处于以“商业航天”为主导的发展阶段,即以国家航天企业为主开展商业航天活动,并在此过程中越发开放地与私营航天企业进行合作,以及广泛地吸收社会金融资本。

俄罗斯:前苏联解体后,俄罗斯全面推行市场经济体制,航天企业也进行了大规模的改制,由俄罗斯联邦航天局统计管理军用、民用及商业航天活动。尽管航天企业改革的主要方向是打造若干大型集团公司,但重要航天工业力量仍然属于国有或国家控股形态。目前,俄罗斯重大航天项目的管理是一种以集权式为主的混合管理模式:主要特征表现为三点:1、相对集权的管理体制、2、相对开发的决策机制、2、重视战略规划,吸引多方资源。

商业化月球探测活动迅速成长

目前来看,全球登月探索主要呈现出以下几点趋势:

(1)无人月球探测与未来载人探索紧密结合,实现月球持续探索和利用美国和俄罗斯等国均瞄准实现载人月球探测,未来将开展一系列无人月球探测任务,利用月球探测和环境开展核心技术验证,为实现载人登陆火星的长远目标奠定技术基础。

(2)月球资源勘探和开发利用是未来发展的热点,从科学探索向勘探应用发展20世纪90年代以来,主要航天国家在推进月球探测活动的同时,还开展了月球原位资源利用(ISRU)技术的研究。利用月球固有的矿产资源,满足月球基地建设对基础性原材料的需求,成为未来月球开发与利用的重要内容之一。月球探测的下一步仍是利用先进机器人技术、先进钻岩技术、先进测量分析技术等对月球资源及其蕴藏量进行全面深入的勘察,为载人登月和建立月球基地获取重要的数据资料。目前,美国、欧洲、俄罗斯、印度、日本等均制定了月球着陆探测计划,2019-2025年将实施多个月球着陆任务。预计未来数十年,各航天大国将在月球资源的勘探、开发利用和科学探索方面展开激烈竞争。

(3)未来无人月球探测任务重点聚焦月球背面、极地以及水资源和矿藏。月球探测将以月球资源、能源和特殊环境利用以及通过月球走向更远深空为目标,并且利用月球特殊的环境条件开展天文观测、空间科学研究和技术试验验证等。从发展趋势看,未来数年月球探测活动将主要针对以前探测较少的月球背面和月球极区展开深入的探测和研究。目前,只有美国、俄罗斯和中国实施了月球软着陆任务。在NASA的未来空间探索规划中已将“月球南极艾特肯盆地采样返回”列为“新疆域”计划的第4项任务的备选项目。俄罗斯提出的新探月计划中,将探测重点瞄向月球南极,计划向月球南极发射着陆器,以及实施月球采样返回任务。欧洲积极发展月球极区着陆技术,计划与俄罗斯合作实施月球-27极区着陆/巡视任务,勘探月球极区资源。日本正着力发展月球精确着陆技术和月球机器人技术,旨在开展月球资源环境勘察和利用。

(4)商业化月球探测活动将迅速成长。从最近10年的发展态势来看,世界航天产业长期保持稳定增长,商业航天已经成为世界航天产业的主要构成和主导力量。随着低成本进入空间技术和低成本利用空间技术快速发展,航天产品与服务逐渐从政府高端用户向大众消费市场倾斜。商业资本纷纷涌向航天领域,带动大量技术和资源进入航天领域,商业航天整体向低成本、多样化、规模化方向发展,技术更迭更快,创新效率更高,为全球航天产业发展注入新活力。

以上数据来源参考前瞻产业研究院发布的《中国卫星导航与位置服务产业市场前瞻与应用前景预测分析报告》。

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