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自立自强 逐梦太空

中国航天事业的强国之路

作者:中国科学院自然科学史研究所研究员 孙烈

航天事业处在高技术竞争的关键前沿,是衡量国家综合实力的重要领域。自上世纪50年代至今,航天一直担当中国高科技行业的排头兵,取得的系列标志性成果,不但引领发展、振奋国人,而且屡创辉煌、举世瞩目。中国航天事业的发展史,尤其是其中的科技创新史,既是国史中举足轻重的篇章,同样也是世界航天史不可或缺的内容,值得不断回顾与总结。

中国航天发展史在很大程度上代表了中国科技事业发展进程

中国航天属于世界航天的一部分,其发展遵循此领域的共性规律。人类航天事业自诞生以来,延续了探索性强和组织性强的两个突出特点。科技史上“太空探索”(Space exploration)的出现,使得该领域天然承载了人类对探索宇宙的好奇心。随着20世纪以来科学技术的高速发展,航天相关学科高度复杂且不断交叉演化,新知识、新技术与新产业一直处于科技与产业的制高点;同时,探索性强也伴随着高风险性,进而形成高投入、高门槛和长周期的竞争氛围。组织性强则是探索性强在航天科研、生产与运用中的必然结果,国际航天领域的竞技,无不依赖国家或国家之间在政治、经济、军事、产业、科技与教育等全方位的协调。由此,各国航天事业也无不反映国家战略目标、综合国力、科技与产业综合实力,而与之相关的合作与竞争也表现为突出的国家层面的战略意识、系统动员与资源整合能力。

中国航天发展史,在很大程度上代表中国科技事业从学习与引进到独立与创造的进程。如果说这是中国利用后发优势,实现了独特的成功追赶,那么国际上大致存在两类不同的看法:一是强调中国运作大科学工程的内在优势,即善用“全国大力协同”的方式,“把成千上万的科技大军组织起来”,因此中国航天科技质变的突破,实质也是局部不断创新、量变持续汇聚的结果;另一类观点更在意寻找促进中国科技发展的外部根源,即关注外来援助或对外交往的影响,由此暗示航天科技追赶世界先进的“捷径”,要么源自“大量曾在欧美接受训练”的中国科学家,要么直接受益于对西方技术的非法占用甚至“窃取”。

在史实中判断上述论断的是非曲直并不困难。自1999年《考克斯报告》出炉,到2011年通过“沃尔夫修正案”,以及后续若干阻碍中美航天交流的行径,毫无例外地未能对中国航天的进程按下“暂停键”。相反,世纪之交以来,中国航天仍然秉持“全国一盘棋”、协同攻坚的自主发展思路,不论是重大任务的筹划与实施,还是空间科学与应用的开拓,若干方面已居世界领先,创新实力加速增长。

可见,严肃的历史不能任人打扮。数十年来,中国与其他国家一样,各自的航天事业同属全人类共同逐梦的领域,在相互竞争中彼此促进,但又都表现出差异化的发展模式与体系特点。经过长期的坚持与积累,中国建立了国际上少有的独立航天技术体系。因此,若忽视发展的内因,则无法准确理解中国航天事业演进的体制机制。

自力更生攻关国防尖端技术

20世纪50年代,中国创建航天事业,抓住了世界航天时代的历史契机,也符合自身发展国防科技的迫切需求。

二战后,前苏联和美国继承与发展了人类在火箭、导弹以及高空科学研究等方面的早期成就。1957年10月和次年1月,苏、美成功发射各自的第一颗人造卫星,标志着航天时代的开启,而具备太空投送与在轨飞行能力,是航天从梦想走向深化与应用的真正开端。苏美在人造卫星与洲际导弹优势地位的争夺,成为两国实力角逐的“主战场”之一,不仅直接改变彼此诸多领域的发展轨迹,也极大地影响世界政治、经济和科技格局。

当时,中国刚刚赢得和平发展的新局面,但仍受到严重的军事威胁,而武器装备更是普遍存在代际差距。中央“下决心,搞尖端技术”。具体而言,中国确定以“两弹”即导弹与原子弹为中心,不久又加入“581”卫星研制项目,形成了以“两弹一星”为国防尖端技术攻关重点的突破路线。其中,导弹与卫星主要是航天任务,而导弹与核弹的“两弹结合”需航天与原子能两大系统的协作。因此,中国航天事业的发展初期,既承担国防尖端技术的攻关重责且任务明确,同时也直接瞄准世界航天初兴时期科技竞争的高地。

中国航天科研力量的形成,是国家牵头建立现代科技体系而结出的硕果。新中国成立后,科研力量的组成与布局迅速调整。面对国家目标与世界科技发展趋势,1956年周恩来同志主持制定《1956—1967年科学技术发展远景规划》(简称“十二年科技规划”),为我国科技、国防、经济和社会发展谋划了一张蓝图。其中,原子弹、导弹、计算机、半导体、无线电电子学、自动控制等成为我国科技事业最紧要的项目。“十二年科技规划”确立“重点发展,迎头赶上”和“任务带学科”的原则,按照第37项 “喷气和火箭技术的建立”的要求,中国科学院布局新的学科方向,国防部导弹研究院(第五研究院)则于1956年开始筹建,两家单位组成了中国的导弹核心协作网,探索了研制人造卫星与运载火箭的协调机制。在第五研究院组建与发展初期,全国专业人才的抽调工作由周恩来总理决定、聂荣臻和习仲勋同志亲自主持,各部门以发展尖端技术为重,大力援助科研骨干。当时,中科院近三分之二的科研人员参与了“两弹一星”任务,第五研究院则成为早期中国航天事业的枢纽机构。果断而细致的科学规划和机构建设,让中国航天科研迈出了坚实的步伐。

航天工业是新中国自力更生建立的一个重要工业部门。行业初期的发展主要附属于科研项目,而随着导弹和火箭研制的进展,生产设备、工艺水平和质量管理等方面的问题日渐突出。一方面,型号的战线太长,强调了品种和数量,若干种型号导弹的生产同时并进,导致技术力量不集中、质量跟不上;另一方面,薄弱环节常表现在新型材料、成套设备、大型精密特殊设备、新型仪器仪表和特种加工等环节,说明工业基础能力不足。为此,中央通过压低产品数量来提高生产质量;同时协调各工业部门,解决基础薄弱的问题,比如带动一机部研制出配套国防尖端产品的“九套大型设备”等核心装备,解决了特种材料加工的“卡脖子”问题。通过摸索,大家也逐步认识到,“基础工业是航天事业的后盾”。突出而明确的发展目标与协调机制,为中国航天工业奠定了坚实的基础。

由国防任务牵引,依靠国家的科技骨干力量,党和政府强调“一头抓科研试制,一头抓工业基础”的方针,摸索创建了具有中国特色的航天科研队伍与工业基础。1965年,国家在第五研究院的基础上成立第七机械工业部,再加上与中国科学院、其他产业部委研究院所、高等院校、地方科研力量和国防科研机构组成的全国航天协作网,一个由中央专门委员会领导、依靠自己力量建立的中国航天科技与产业体系初步建成。至20世纪70年代,随着火箭工业体系的建立、从空间规划到工程研制的进展、卫星和空间技术等科研与生产的统一管理,中国已独立建立了研究、设计、试制、试验、生产比较配套的航天技术体系。航天工业切实带动了中国工业高精尖能力的进步。在此过程中,中国独立探索并实施了技术责任制、按“三步棋”安排科研生产、总设计师系统和两条指挥线等深具中国特色的航天工程管理模式。

回头来看,虽然前苏联在上世纪50年代曾给予中国航天在人才培养和技术转移方面的援助,但是中央始终坚持“自力更生为主,争取外援为辅”发展国防尖端技术。依靠这条基本路线,中国扎实地跨越了从仿制到自行研制的阶段。成功实施的“两弹一星”“两弹结合”、返回式科学试验卫星等重点项目,奠定了中国航天事业在世界占据一席之地的基石。

自主创新打造航天技术体系

航天不同于普通的工业门类,它与国防安全和高技术产业的联系紧密而特殊。冷战时期,苏美的太空竞赛一度愈演愈烈,双方在洲际弹道导弹、卫星部署、载人太空飞行等方面不断挑战极限,通信卫星、气象卫星、导航卫星、深空探测、空间科学和航天飞机等成就逐渐深入到国家发展、科学研究和社会生活的方方面面。然而,航天的过高投入,令两个超级大国也备感压力。自20世纪70年代后期,双方一边保持竞争,一边也寻求太空合作的可能。“星球大战计划”与“国际空间站”是竞争与合作的两个典型案例,都直接影响了中国航天事业的发展并最终加速了自主创新进程。

改革开放以来,中国积极开展航天领域的对外技术交流与合作,在学习与引进的同时,更加意识到国家安全和高技术讨不来也买不来,打造独立而先进的航天技术体系势在必行。在美国提出改变太空均势的“星球大战计划”之后,不仅给处于同赛道的前苏联造成相当大的压力,也使其他国家航天力量感到高技术差距面临被拉大的风险。1986年中国批准实施“国家高技术研究发展计划”(863计划),用其中100亿经费的40亿投入航天研发,确保该领域在开放、竞争与合作中保持高速发展。“国际空间站”脱胎于美苏空间站的合作计划,自上世纪80年代筹划和90年代启动实施以来,先后有16个国家参与此项世界最大的航天工程,中国却被排除在外。

从80年代开始,国家加快了自主创新建设航天技术体系的步伐。中国在进入空间、空间应用、载人航天、深空探测、航天工业基础和战略导弹等关键领域,逐步完善了科研与工业的基础能力、配套能力、国际交往能力。具体来说:“长征”系列运载火箭向体系化发展,“长征二号E”“长征二号F”“长征三号甲”“长征三号乙”“长征四号甲”和“长征四号乙”等型号技术成熟稳定,完全能够支撑发射大容量应用卫星、载人飞船和空间实验室的需要,也能承担对外商业发射任务;自主研制的“实践”系列科学探测卫星、多种返回式卫星、“东方红”系列通信卫星、“风云”系列气象卫星、“资源”系列卫星、“遥感”系列卫星均取得连续进展;难能可贵的是,在新世纪前后,“北斗一号”实验性导航系统的成功、“嫦娥工程”的关键技术研究与正式立项、“载人航天工程”三步走战略的确立,尤其是2003年实现了第一步——首次载人航天飞行的圆满成功,树立了中国航天史新的里程碑;此外,近程、中程、远程和洲际的系列导弹,以及陆基与潜射的综合性战略打击能力也取得相应的进展。

在不到30年的时间里,通过系列重大工程的实施,依靠自主创新能力的带动,中国建起一个独立而完整的航天技术体系,它包括运载火箭、人造卫星、航天发射场、地面测控网、卫星地面站、航天员、空间实验、载人飞船与着陆场等几大航天系统,也包括遍及全国各行业和部门的航天科研协作网、生产协作网、物资器材协作网和航天发射试验协作网,还包括中国与一些国家或国际组织的交流与合作网。这一体系进一步发挥了自主可控和航天事业大协作的优势,增强了中国在国际航天界参与竞争与开展合作的实力,使得中国成功跻身世界航天大国行列。

勇攀高峰建设航天强国

当今世界,科技创新成为国际战略博弈的主要战场,围绕科技制高点的竞争空前激烈。党中央提出创新是第一动力、全面实施创新驱动发展战略、建设世界科技强国的目标。作为典型的战略性高技术领域,中国航天必将再担历史重任。环顾世界,美国虽仍主导航天“一超多强”的局面,但是随着航天飞机全部退役、国际空间站大限迫近、重返月球与登陆火星等计划面临变数,而新兴航天国家跃跃欲试。在全球新一轮航天制高点的角逐中,载人航天、深空探测、卫星导航、空间科学和商业发射等方面出现竞争与合作的新机遇,中国建设航天强国适逢其时。

党的十八大以来,中国从航天大国加快向航天强国迈进。航天科技正在经历跨越式发展,空间科学、空间技术、空间应用全面突破;多项重大工程圆满实施,关键核心技术不断突破,航天事业由“跟跑”向“并跑”“领跑”发展。随着近年“北斗”导航、“嫦娥”探月、火星探测、中国空间站、系列空间科学卫星等挑战性极高的重大任务有节奏地深入推进,我国航天事业不断刷新纪录,进入创新发展“快车道”。

北斗导航系统(以下简称“北斗系统”)是中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,采取“自主、开放、兼容、渐进”的原则和“三步走”的实施方案。2020年北斗三号系统正式开通,具备向全球提供服务的能力。北斗系统的高精度铷原子钟和氢原子钟综合指标国际领先,其定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信等服务性能达到世界先进水平。从北斗一号到北斗三号,从双星定位到全球组网,从区域应用到服务全球,北斗系统的建造过程体现了航天事业自主创新、自主设计、自主建造、自主可控的重要性。

中国月球探测工程(以下简称“嫦娥工程”)于2004年正式立项,工程分为绕、落、回三期。2007年“嫦娥一号”进入绕月工作轨道,完成第一幅月面图像;2010年“嫦娥二号”完成了既定的各项技术试验验证任务和后续飞行探测任务;2013年“嫦娥三号”实现月面软着陆,“玉兔号”月面巡视器开展探测和其他预定任务;2019年,嫦娥四号顺利“落月”,这是人类历史上首次实现航天器在月球背面软着陆和巡视勘察;2020年“嫦娥五号”成功取回1731克月球样品,首次实现我国地外天体采样返回;2022年,我国科学家在嫦娥五号取回的月壤中发现新矿物,并命名为“嫦娥石”。这是人类在月球上发现的第六种新矿物,中国也成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。

首次火星探测任务是中国的首次行星探测工程。2020年“天问一号”火星探测器成功发射,2021年进入火星停泊轨道开始探测,“祝融号”火星车成功着陆于火星预选着陆区,首次火星探测任务圆满成功。中国航天实现从地月系到行星际探测的跨越。

2010年,中央批准载人空间站工程立项,分为空间实验室任务和空间站任务两个阶段实施。2011年“天宫一号”与“神舟八号”相继发射入轨,并成功实施两次自动交会对接;随后连续两年,“神舟九号”与“神舟十号”的宇航员顺利进入“天宫一号”,顺利开展空间科学与技术实验;2016年“天宫二号”与“神舟十一号”对接形成组合体,进行中期驻留验证;次年,中国第一艘货运飞船“天舟一号”与“天宫二号”对接成功。近年来,中国发射了“天和”核心舱、“天舟二号”货运飞船、“神舟十二号”载人飞船、“天舟三号”货运飞船、“神舟十三号”载人飞船、“天舟四号”货运飞船、“神舟十四号”载人飞船、“问天”实验舱、“梦天”实验舱、“天舟五号”货运飞船、“神舟十五号”载人飞船……一系列的发射、对接、往返,验证了载人飞行与建造空间站的多项关键技术,积累了运营太空实验室和载人航天事业的宝贵经验。

近年来,中国的科学探测卫星和空间科学研究获得了国际学界的高度评价。2015年至今,“悟空号”暗物质粒子探测卫星、“墨子号”量子科学实验卫星、实践十号返回式科学实验卫星、硬X射线调制望远镜卫星、引力波暴高能电磁对应体全天监测器和“太极一号”微重力技术实验卫星、“羲和号”太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星和“夸父一号”先进天基太阳天文台等系列空间科学卫星,瞄准基础科学前沿,取得的多项成果位居国际领先。

中国航天事业的国际化色彩与独立自主并不矛盾。中国航天成就不是闭门造车的结果,而应放置于全球科技创新与航天产业日益壮大的背景中去衡量。世界航天发展史表明,各国都需要交流合作,既包括相互的学习与借鉴,也包括成果分享与责任分担。中国虽是航天领域的学习者和追赶者,但近年来随着北斗系统、“嫦娥”系列探月工程、中国空间站、系列科学卫星和高分辨率对地观测系统的运行,中国在空间载荷、航天员培训、国际标准化工作、前沿探索与成果共享、防灾减灾与应急保障等方面均作出了切实贡献。与此同时,全球航天领域的竞争与博弈也在加剧,科技与产业制高点的争夺日趋激烈。中国航天的总体实力不断提升,航天产品与技术在国际市场的认可度日益增加,而我们所面对的抨击、限制、封锁、打压和敌视的力度并未减弱。由此不难理解,中国航天独立自主、自力更生、自主创新、自立自强的历史意义。

当前,勇攀航天科技高峰、建设航天强国,是中国全面实施创新驱动发展战略、建设世界科技强国的重要组成部分。相比世界航天强国,中国在相关基础研究、核心技术、产业培育和经济效益,以及外空全球治理等方面还有很大的提升空间。党的二十大报告指出:“坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,加快实现高水平科技自立自强。以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。”除了超前部署一批前瞻性、战略性的航天重大工程与重大科技项目之外,中国正在推动先进技术特别是颠覆性技术的开发与应用,进而持续提升航天创新能力,实现航天领域高水平科技自立自强。

中国自立自强创建并发展的航天事业,既服务于国家发展大局,又参与人类外空领域的和平探索与利用。期间,中国独立自主研制“两弹一星”,解决了国防尖端技术从无到有的问题;独立自主打造航天科研与产业的庞大系统,解决了技术体系的规模化问题;独立自主实施月球探测、载人航天和全球导航系统等世界级工程,正在加快解决关键领域与关键核心技术的差距问题。在三个阶段的接续奋斗中,中国航天积累了以自力更生、自主创新为体系特点,以重点突破、集中力量办大事为发展模式的丰富经验。初步总结如下:坚持党的领导,确保航天事业服从国家整体发展战略的基本方向;坚持自力更生,确立独立研制的技术路线,建立自主可控的航天技术体系;依靠自主创新,掌握关键核心技术,抢占航天科技制高点;选择突破重点,依据国情和前沿趋势,实施目标有限、稳扎稳打的重大工程;集中力量办大事,依靠全国一盘棋的协作,发挥新型举国体制优势。可以预见,在中国航天事业未来的发展中,这些历史经验将继续发挥巨大作用。

【注:本文系中国科学院项目“中外科技创新史比较研究——科技自立自强之路”(项目编号:E2291J01);国家自然科学基金“基础研究引领重大原创性突破的科技史启示”(项目编号:L1924019)成果】

[责任编辑:曲统昱]