空間高技術產業的回顧與展望

空間高技術產業的回顧與展望

　19、20世紀科技、經濟和軍事的發展表明：誰控制了海洋，誰就能控制大陸。21世紀初這一法則已經演變成為：誰控制空間，誰就能控制整個地球。空間高技術是21世紀初科學技術中發展最快的尖端技術之一，是一個國家科學技術水平的重要標志，對于經濟發展和國家安全具有至關重要的作用。
　　自1957年前蘇聯第一顆人造衛星飛出地球，人類社會步入空間時代以來，與空間相關的技術和產業得到迅猛發展，并產生了巨大的經濟效益。回顧40多年來世界空間高技術產業發展狀況，展望21世紀初空間產業前景，對于制定適合空間科技及其產業發展政策，發揮空間產業對經濟建設巨大推動作用具有重要意義。
　　　　一、空間高技術產業現狀
　　空間一般是指地球大氣層以外的宇宙空間。空間產業泛指與空間活動相關的產業，主要包括航天制造業和航天服務業兩大類型。前者包括衛星和地面設備；后者包括發射和衛星服務。空間產業涉及空間基礎設施、空間應用和空間保障等領域。
　　20世紀90年代以來，空間高技術和產業發展日新月異，越來越多的國家參與研制和發射種類繁多的衛星，并應用到本國的經濟發展活動之中。據統計，全世界已有60多個國家、1100多家航天公司投資發展空間技術，170多個國家開展了空間技術的應用工作(1)。美、俄等空間大國頻繁地進行發射衛星、載人航天、火星登陸和重返月球等一系列航天活動。運載和衛星制造、空間通訊、空間導航、空間遙感等產業已基本成熟，并產生出巨大的經濟和社會效益；空間材料、空間制藥、農作物空間育種、空間發電、月球和火星資源利用、地球外生存棲息空間和星際旅行等已出現產業雛形，顯示出誘人的產業前景。
　　(1)運載和衛星制造
　　宇宙的起源與演化是自然科學重大基本問題之一。宇宙探索將極大地拓寬人類的視野，真正實現人類飛出地球遠古夢想，賦予人類宇宙生存觀以新的哲學意義。它不僅能夠極大地提高人類認識地球、征服太空的自信心，樹立起人類的尊嚴，而且通過探索，將研究開發和驗證一批先進的航空航天及其相關技術，從而帶動相關產業的發展。
　　為了實現跨出地球的夢想，關鍵就在于運載和衛星制造，由此產生了運載和衛星制造業。經過40余年的發展，目前在空間運行的飛行器有6000多個，各國在該領域創造了成千上萬個就業機會。從1996-2000年，全球衛星產業（包括衛星制造、發射服務、地面設備制造和衛星運營服務等4個產業領域）收入從1996年的450億美元逐年遞增到2000年的832億美元，年均增長達17%，總收入達3209億美。據日本對2000年到2020年衛星發射服務業的市場預測：2005年全球市場為240億美元，日本為8.1億美元；2020年全球市場為730億美元，日本為23.6億美元。可見，空間產業市場容量巨大，前景非常廣闊。
　　該產業的主要產品有：單級和多級運載火箭、航天飛機、衛星和空間站、登月艙、地面設備、發射和運營服務，以及正在研制的空天飛機。
　　(2)空間通訊
　　隨著空間活動發展，人類進入了一個嶄新的通訊時代，這就是空間通訊時代。
　　空間通訊已成為全球經濟和社會活動中最為有力的工具。通過它提供服務所涉及的領域有：金融、移動通訊、廣播、電視、娛樂、家庭直播、電視教育等。由于空間通訊技術的發展，使得世界各個角落人們聯系日趨容易，地球才真正成為了“村”。由于空間通訊而大大改變了人們的生活和思維方式。
　　世界大公司在空間技術及其產業的投資主要集中在空間通訊方面。到1999年底，全球有48家衛星通信公司在運營約200顆商用通信衛星，擁有5981個轉發器，商業競爭的十分激烈。預計2000-2009年，全世界將發射約200顆商用通信衛星，衛星通信地面設備市場在2006年將達到460億美元。全世界大約160個國家與地區建立了約900個衛星通訊地面接收站，我國建有衛星通信主站15座，各類衛星小站2萬多個。通過衛星組成了全球通訊網，全球范圍內的電視傳播和60%的跨洋通訊全部由空間通訊來擔任。預計21世紀初，全世界計劃發射的衛星將超過1000顆，這些衛星將更先進、更實用，其中通信衛星、全球定位衛星和地球資源衛星被認為最具商業發展前途。
　　衛星通信產業主要包括：衛星固定通信，衛星移動通信，衛星電視直播／衛星數字音頻廣播和衛星互聯網接入等4個產業領域。
　　(3)空間導航
　　衛星導航是衛星技術又一個成功的應用，由此形成了一個全球性的涉及諸多行業、軍民通用的高技術產業。現在幾乎所有民用和軍用飛機，部分船、汽車使用了美國全球定位系統(GPS)的導航接收設備；衛星導航的應用領域還包括野外考察、測繪、地球板塊運動、大地水準、洪水水位、海洋升降監測、通訊網時間同步等一切需要利用位置、速度和時間參數的科學、工程和社會活動。
　　美國的GPS系統，除擁有天上的24顆導航衛星外，地面產品有普通GPS接收機、差分GPS接收機和高精度測地型的GPS接收機。GPS接收機的定位精度可以從百米左右到厘米左右。
　　目前，全球GPS接收機的生產廠家約有67家，生產的接收機種類有500多種，申請的專利達上千項。我國在漁船和遠洋輪上也裝有約18萬臺的接收設備。
　　2000年，全球GPS產業達到85億美元的產值，提供了約10萬人的就業機會，專家估計，2005年總產值可達600億美元。
　　俄國、歐盟和中國也加入了該產業競爭。正在實施和計劃實施的導航星座計劃還有俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo計劃和中國的北斗計劃。
　　該產業的產品主要有：適用于各類場合、不同用途的接收機，及其與其它產品結合形成的用途更為廣泛的產品，如與地理信息系統結合起來的汽車地圖導航系統，與手機結合起來的集通訊、導航于一身的定位手機。
　　(4)空間遙感
　　空間遙感是繼衛星通信和衛星導航后的第三個應用領域。目前在地球周圍運行的對地遙感衛星包括氣象、資源、測繪、海洋、環境監測等衛星。它們不斷送回大氣、海洋和陸地資源的圖像和數據，為氣象預報、農林管理、海洋漁業、資源勘測、災害監測提供了大量人類日常生活不可或缺的信息。
　　目前對地遙感波段包括電磁波的絕大部分波段，其產品包括可視、紅外、微波等波段的圖像和數據。據國外報價，每平方公里衛星影像的價格為30-40美元。另據聯合國預測，全球遙感和地理信息系統年產值已達40-50億美元。
　　根據有關計算，美國應用氣象衛星使農業增產和減少災害損失，每年獲益20億美元，投入產出比值為1:7，前蘇聯該值為1:10。
　　利用遙感技術對農作物估產已取得滿意結果。從20世紀80年代中期開始，中國先后選擇了冬小麥、玉米及水稻等主要農作物進行產量和面積預報。在進行省級（或地區級）大面積的估產中，小麥估產精度優于95%，玉米優于90%，水稻優于85%。
　　中國氣象部門利用本國和國際氣象衛星對沿海強臺風的預報，已經取得了良好的經濟效益和社會效益，如1981-1987年間的幾次臺風和洪水的準確預報就減少損失幾十億元。
　　　　二、方興未艾的新興空間產業
　　21世紀空間高技術產業將以更加迅猛的速度發展，除上述四

大相對成熟產業繼續向前發展外，以下四個領域將由目前具備產業雛形發展成為成熟的產業。
　　(1)空間材料加工和空間制藥
　　利用外層空間的微重力、超高真空和超潔凈等特殊環境，進行材料加工和制藥，已經顯示出巨大的商業前景。它將使人類能夠在21世紀初生產許多產品，如超純材料、新的藥品和農產品，下一步將要突破的是規模生產技術和工藝。
　　在空間進行在地面無法制造的用混合金屬、偏晶合金和復合材料制備、生長摻雜分布更均勻、化學配比更加正確和晶體結構更加完美的單晶材料，已進行多次空間試驗，并獲得了滿意結果。在空間進行大尺度蛋白質晶體以及高效率地提純高純生物制品，有制藥前景的動、植物細胞的生長、代謝、合成及分泌生物活性物質的影響等空間試驗也開展了多次，同樣獲得了滿意的結果。
　　中國利用空間特殊環境進行種子搭載試驗，培養了小麥、水稻等糧食作物新品系，在油料、棉花、花卉等經濟作物方面也獲得了很好的變異品種。對回收的種子進行種植，取得了可喜的結果，如糧食畝產可提高8%-20%，水稻蛋白質含量可提高8%-12%。
　　美國民用空間技術規劃明確了開展和擴展商業性空間工業的目標。據有關資料介紹，美國目前已有20多種地面上難以制成的藥物在空間制成。美國國家航空航天局(NASA)建立了空間商業發展中心，與工業界簽署了多項促進空間材料制備的協議。中國自1997年開始利用返回式衛星進行空間材料的制備，已經完成了10多次的空間飛行實驗，進行了諸如InSb晶體等一系列的生長實驗，取得了較好的實驗結果。
　　(2)空間能源
　　無論從地球上的能源消耗，還是從人類在外層空間停留或居住角度來考慮，能源獲取都是一個關鍵問題。利用空間資源來獲取能源，最有可能實現的是太陽能發電和等離子體發電。
　　①空間太陽能發電
　　由于外層空間沒有大氣對太陽光的反射和吸收，空間太陽能發電衛星能接收到近于無損失的太陽輻射；在外層空間，由于不受天氣影響，日照時間長，因而在外層空間同樣面積一年內可以利用的太陽能，相當于地面的5倍多。如在空間中建造面積55平方公里的太陽電池陣，利用微波傳送電能到地面，就能直接為地面用戶輸送500萬千瓦的電力。
　　目前，美國、日本等已在計劃發射太陽能發電衛星，在空間構筑大型太陽能電池陣或太陽能收集器，用微波把所產生的巨大電能傳送到地面。
　　②空間等離子體發電
　　空間等離子體發電是利用系留衛星來實現的一種發電形式。系留衛星發電系統是利用航天飛機或衛星帶動一根金屬導線切割地磁場進行發電的系統，可提供在軌飛行器的電能。它的核心部件是等離子體接觸器，它是一個與空間環境等離子體作交換電流的裝置。
　　1996年，美國和意大利聯合進行了飛行試驗，從航天飛機上釋放了一條長19.7公里的導電系繩，產生了約1700瓦的功率。雖由于系繩斷裂，致使試驗中斷，卻已顯示了空間等離子體發電的巨大應用前景。目前，美、加、意、德、日等國均有此類研制計劃，有的還進行了有關飛行試驗。
　　(3)外星資源開發利用
　　外星資源是指地球以外星球（包括月球）資源。21世紀這類資源主要來自月球和火星。
　　①月球資源的開發利用
　　月球具有豐富的礦產資源，月巖包含有地殼中含有的全部元素及約60種礦物，其中有6種礦物是地球上沒有的。如果進展順利，人類可能在21世紀20年代實現月球采礦。月球土壤中豐富的He[,3]是核發電站的重要原料，以發電量大著稱，如25噸He[,3]發電量，足夠美國使用一年。
　　月球土壤中含氧量豐富，利用月球上的氧，可解決人在月球上供氧問題和推進劑問題。
　　月球沒有大氣和磁場，月面引力加速度只有地球的1/6，因而是建立觀測基地、進行天文觀測和日地空間環境研究的理想場所。
　　世界各空間大國都重視月球的開發利用。2000年中國航天局發布了中國航天白皮書，表明了近期中國對月球探測的考慮和計劃安排。
　　②火星資源開發利用
　　21世紀初人類對宇宙的認識將會有新的飛躍。深空探測、開發和利用的重點領域，除月球外就是火星。火星是離地球最近的一顆行星，對其探測、研究及開發利用具有重要的戰略意義。美國1998年已成功實現火星登陸，其它空間大國也在準備實施21世紀探測火星的宏偉計劃。這些計劃除了認識宇宙外，將會進一步促進空間科技如宇航工程、材料科學、人工智能、計算機技術、信息科學和精密儀器研制等發展，從而推動經濟和社會的迅速發展。
　　(4)外層空間永久居住站和星際旅行
　　隨著人類空間活動的日益增多，空間往返及空間飛行器技術的成熟，在外層空間或外星球建立永久性居住地成為可能。預計2015年，全世界人口達到75億左右，2050年達125億左右，地球顯然難以承受如此大的人口壓力，使得人類離開地球而生活在外層空間和外星球上成為一種選擇。美國計劃于2010年在月球建立永久基地，2050年建立月球城市，2020年實現人類首次登上火星。
　　國際空間站已成為迄今為止人類在太空部署的最大和最先進的宇宙飛船，已擁有長駐居民，是通向人類居住地球外星球的一個里程碑。在空間站上的宇航員最長的逗留時間已經超過了1年。人類可能在外層空間建造出許許多多漂浮的太空居留站，在月球建立永久基地的設想已經提出了多年，并計劃以此為“跳板”向火星移民。
　　2002年，美國富商在支付了2000萬美元后，經過培訓，已經在國際空間站的俄羅斯段進行了太空旅行。俄羅斯開始研發更適合普通人乘坐和觀光的飛船。隨著通向宇宙空間的飛行器技術的飛速發展，會有越來越多的人愿意去體驗從太空中眺望地球、月球和其它行星那激動不已的心情，過一過在失重狀態下的太空生活。
　　　　三、空間高技術產業的特點
　　空間投資巨大，一般民用投資難以滿足。但隨著空間活動的增加和空間技術本身的發展，空間投資逐步顯現出了巨大的商用價值，如衛星全球通訊、全球導航等。歸納起來，空間產業主要有以下特點：
　　(1)國家啟動，市場跟進，高投資高回報
　　在空間產業發展的初期，投資行為屬國家行為，主要目標是國家安全和國民經濟建設中重大基礎問題，如軍用偵察衛星、氣象衛星和遙感衛星的發展。隨著技術的成熟和市場潛力的顯現，一些公司開始投資，就像對因特網的前身ARPANET和人類基因組計劃的投資，先由國家啟動然后市場跟進一樣。
　　(2)空間產業對國家經濟建設具有重大促進作用
　　為了發展空間事業，必然要求鋼鐵、冶金、電子、材料、計算機、能源化工、元器件等多種行業的大力發展。據美國空間專家估計，美國空間科技上每投資1個美元，將會在提供就業機會和經濟增長上獲得14個美元的回報。生產函數理論計算表明，美國國家航空航天局(NASA)從1975-1984年增加經費10億美元，使國民經濟總值增加830億美元(1)。我國有關科技人員在分析了我國航天事業的發展中，得出了1:17的航天經濟績效作用(3)。
　　(3)空間技術與其它產業形成互動關系
　　空間技術的發展推動了相關產業的發展；空間技術的應用帶動了許多新型產業的出現。許多的空間技術應用在地面有關產業中產生了巨大經

濟效益，據美國統計，約有10%的投資會帶來一系列產生商業效益的副產品技術在國家其它經濟行業的應用。以哈勃望遠鏡為例，將其CCD技術應用到人體胸部組織檢查上，避免使用現有的外科手術，不但減輕了病人的痛苦，也使檢查更加清晰和有效，同時也產生了巨大的經濟效益。用外科手術的方式進行胸部組織檢查大約花費是幾千美元，而用CCD成像檢查只需幾百美元。
　　從空間技術發展的歷史很容易了解到，這種相關技術的轉移和在其它行業的應用，完全可以由企業或公司來投資并運作，且能夠產生高額回報。如中國利用火箭發動機高溫密封技術研制生產的特殊閥門新產品，為燕山、大慶、齊魯、揚子、上海、天津等石化企業引進的生產線提供配套，節約了數千萬美元的外匯。
　　(4)空間活動是高技術產業的發祥地
　　空間活動是指人類為進入和利用“空間”而開展的各種活動。在短短的40余年的發展過程中，空間活動全面滲透到國家經濟建設、國防建設和人民生活的各個方面，孕育和發展了許許多多的高新技術產業，是名副其實的高技術產業發祥地。空間產業具備已形成產業化規模的高技術產業的所有特性，如高戰略性、高創新性、高增值性、高滲透性、高投入性、高風險性和高競爭性。
　　　　四、對我國空間產業發展的啟示
　　隨著我國加入WTO，我國空間高技術產業將面臨著更多的商業機會和巨大的商業前景，同時也面臨許多意想不到的競爭環境。因而，汲取國內外空間產業的經驗，建立在社會主義市場經濟條件下的我國空間產業的政策、法規、資本運作、產業促進機制和現代企業的體制機制已經是擺在我們面前的現實問題了。
　　(1)加強空間高技術產業化
　　自1970年成功發射第一顆衛星以來，我國空間事業也取得了令人矚目的成就。但我國空間技術應用的總體水平還不高，還沒有形成產業規模，在全球航天產業中的份額只有1%。在國際上已產生重大商業效益的空間通訊和空間導航方面，我國還沒有進入世界商用市場的通訊衛星和地面的全球移動通訊系統，沒有自己知識產權的GPS地面接收機等。
　　(2)轉換空間技術開發與應用管理機制
　　國際空間發達國家大多已建立起比較完善的空間技術轉移與產業促進政策。如美國在1958年就制定了“國家航空航天法”，以法律形式明確了NASA在技術轉移中的任務和職責。我國尚未形成對空間產業一系列的法律、政策和產業促進機制，空間技術開發、利用和轉移的管理機制還需要進一步完善，以形成良好和有效的宏觀政策和產業發展環境。
　　(3)按現代企業制度改善和運行現有航天企業
　　由于計劃經濟的歷史原因，我國所有的航天企業都是在國家計劃安排下，按計劃經濟的體制建立的，在特定的歷史條件下為國家做出了巨大的歷史性貢獻。隨著市場經濟體制的逐步建立，宏觀經濟環境必然要求計劃經濟體制下建立起來的航天企業跟上時代的步伐。事實上，我國在這一領域已經進行了改革，建立了以航天科技集團和航天科工集團為代表的航天企業。但如何真正按現代企業制度來運行，并使之在市場經濟的大環境下，對國家經濟建設和國家安全發揮更大的作用，應當說還有較長的路要走；同時，如何引入國有資本之外的資金進入空間產業領域，以形成良性競爭的產業環境，也是非常重要和必須面對的問題。
【參考文獻】
　　1.航天技術與現代社會編委會編.航天技術與現代社會.北京：宇航出版社，1996
　　2.姜景山主編.空間科學與應用.北京：科學出版社，2001
　　3.未來20年民用航天技術與產業發展戰略研究課題組.未來20年民用航天技術與產業發展戰略研究報告.2002
　　4.衛星應用產業發展對策研究課題組.衛星應用產業發展對策研究報告.2001

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