图为科研人员在进行风云四号星箭对接工作。（资料图片）
探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。1月20日，天通一号03星在西昌卫星发射中心顺利升空，为2021年中国航天发射带来“开门红”。2月15日，天问一号火星探测器成功实施捕获轨道远火点平面机动，开创了中国航天的又一个“第一次”。
2021年是“十四五”开局之年，中国航天正式开启“十四五”发展新征程。回首“十三五”，嫦娥登月、北斗组网、“天宫”揽胜……中国航天在问鼎苍穹的道路上奇迹不断、成果喜人。奋进“十四五”，航天事业将拥抱更璀璨的星空。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出，加快壮大航空航天等产业，瞄准空天科技、深地深海等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。星空浩瀚无比，探索永无止境。新一年，中国航天发射有哪些新的计划和任务要完成？面对新任务、新挑战，航天团队有哪些应对方案和技术创新？围绕相关问题，记者近日对中国航天科技集团一院总体设计部总体室主任牟宇、中国航天科技集团八院风云四号总设计师董瑶海、中国航天科工集团“行云工程”总设计师刘萧磊、中国航天科工集团航天信息股份有限公司智慧产业本部总经理郝金平进行了采访。
图为我国空间站建设计划示意图。（资料图片）
2021年发射次数有望突破40次，运载火箭生产从定制化向批量化发展
问：“十三五”时期，中国航天发射取得了丰硕成果。“十四五”时期，特别是今年，我们有哪些新的计划和任务要完成？
牟宇：“十四五”期间我们最大的一个项目应该就是国家现在正在推进的载人空间站工程。具体到今年，除了载人空间站的发射，包括核心舱的发射，还会有载人飞船、货运飞船的发射以及一些商业卫星，包括通信卫星、遥感卫星等的发射。整个加起来，今年的年发射次数有望突破40次。
问：近年来，我国的航天发射任务十分密集。今年预计又是一个发射高峰年，面对这样高强度的发射任务，我们的火箭研发单位做了哪些准备？如何保障发射任务高效顺利完成？
牟宇：过去，我们国家的火箭发射一年也就两三次，现在一年能发射几十次，这充分彰显了我国在航天科技领域的强大实力。为了保障高密度发射任务的顺利完成，近年来，相关单位从多个方面进行改进升级。
首先是人力资源方面的保障。为了应对高密度的发射任务量，近年来，我们持续推进岗位融合，通过岗位融合和轮岗培训等方式，让工作人员拥有“一人兼多岗”的业务能力。这样的好处是能够尽量精简参与每项发射任务的人员数量，从而能分出更多人参与其他项目，完成更多的发射任务。比如以前，一个发射试验，我们单位需要15到20个人去发射场，现在由于一个人具备多个岗位的能力，人员可以减少三分之一左右。
此外，我们还对发射流程进行了优化。以往去发射场，时间最长能达到六七十天，比如像长征三号甲系列火箭的发射。近年来，我们努力让发射过程中的各个流程更加精简，尽可能压缩每一次发射任务所耗费的时间。现在，我们完成一次发射任务最快仅需17到20天，我们一年能执行更多任务，实现比以往更高密度的发射。我们也对一些操作规程进行了进一步规范和精细化，推行更多电子化操作，通过规范化的操作规章提高操作质量和效率。现在，我们还有大量的发射工作需要由火箭的设计人员去现场保障。未来，我们要建立专业的测试发射保障队伍，减少依赖设计队伍保证测试发射的情况，把我们的设计人员从发射保障中解放出来，专心开展研制工作，为更多的火箭研发任务提供支持。
其次是信息技术方面的保障。我们利用新兴信息化技术手段，实现了远程测试发射。今年，在包括空间站建设在内的几大航天工程的发射任务中，我们都会应用这种远程测试发射手段。通过这一技术，工作人员在北京就能对文昌或酒泉发射场的火箭进行远程测试、数据判读以及数据确认，极大提高了工作效率。
最后是生产和产品制造环节的保障。过去，火箭院的运载火箭一直是小批量生产，一般都是在任务正式下达后，才开始设计、生产、总装测试等一系列流程，生产效率比较低。从前几年开始，我们开展了一项名为“百发批产”的工作，对火箭去任务化、产品去型号化，把火箭传统的定制化生产模式转变为批量化的生产模式。所谓“百发批产”，就是按照百发的量提前去确定相应设计基线，并对设计、生产、试验等产业化综合能力进行超前谋划。这使得我们整个火箭生产能力得到进一步提升。
2月10日，在北京航天飞行控制中心，航天科研人员在监测“天问一号”探测器工作情况。新华社发（国家航天局供图）
“十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升，突破10米级箭体结构的设计和制造
问：运载能力是国家航天实力的直接体现。近年来，我们在火箭技术上科研创新不断，下一步，我们在提升火箭运载能力等方面将有哪些新的突破点？
牟宇：近年来，我们一直在持续不断地提升火箭的运载能力。从长征五号运载火箭的成功首飞到“嫦娥”等飞船的圆满发射，再到“天问一号”火星探测以及载人空间站建设的顺利实施，都得益于火箭运载能力的不断提升。
从型号的角度来说，“十四五”期间，我们将持续推进新一代载人运载火箭和重型运载火箭的研制。这两型火箭的成功应用，将大幅提升我国航天器进入外太空的能力。就新一代载人运载火箭而言，我们的目标主要是依托现有的箭体结构以及发动机水平，采用更先进的技术，进一步提升其负载能力。而对于重型运载火箭，则要突破现有火箭的直径以及发动机的推力，研制出有更大牵引力的发动机，使火箭的近地轨道运载能力达到150吨，也就是现役长征五号运载火箭的6倍左右，以此为后续更远距离的深空探测以及将来可能的月球基地建设等提供支持。
目前，这两个型号的火箭还没有立项。所以，我们在“十四五”期间的任务，一是实现新一代运载火箭的立项和首飞，另一个是突破火箭研制过程中的关键技术。
从关键的技术上来说，首先，运载能力的提升简单说来就是要让火箭的推力更大。而推力更大就意味着火箭发动机的能力更强。所以我们也在持续推进大推力、无污染的发动机的研制，希望能实现发动机推力400多吨级的提升。
其次，我们要尽可能精简火箭本身的一些结构和部件，使得火箭的运载能力能更多地用在有效载荷上。在这一块，我们可以采用一种大直径的箭体结构。目前，我们箭体的最大直径是5米，后续我们要突破10米级箭体结构的设计和制造。同时，我们会在火箭制造上采用一些新材料，比如铝锂合金这种复合材料，它比现有铝合金材料和钢材料的性能更好，能使火箭的结构重量更轻。
最后，我们要持续提高火箭的总体设计水平。一是要提高精细化的设计水平。以前，为了使火箭的运载能力能应对各种偏差，我们会进行一种基于偏差的设计，在不知晓偏差大小的情况下，为确保发射的成功，我们只好将偏差取得更大些，也就是留出更多设计余量。但这样也会造成火箭运载能力的不足。现在，我们试图通过提升设计的精细化水平，把这部分余量拿出来。二是要加强多学科、多专业的融合设计。以往各个专业的设计都要留有设计余量，这些量加在一起就是一个很大的数。而融合设计可以使各专业的余量实现共享，减少整体的设计余量，使火箭的运载能力得到进一步提升。
晨昏星、微波星、降水星“风云”再起，我国的台风预报达世界一流水平，天气预报和气象灾害预警能力进一步提升
问：2021年，我国计划发射风云四号B星和风云三号E星2颗卫星，在此基础上，“十四五”时期还要再发射5颗风云气象卫星。这些卫星在功能上有什么不同的分工？如果它们全部顺利运行，对我国的气象观测能力的提升有怎样的助益？
董瑶海：“十四五”期间计划发射的这5颗风云卫星，有3颗属于风云三号系列，有2颗属于风云四号系列。风云四号B星和C星是和地球同步轨道的，它们的功能是可以在高空中一直“盯着”我们国家这片区域进行气象监测，而且性能指标和测量精度比之前更高，各方面技术也更成熟，使我们短期天气预报和区域天气预报更加精准有效。
风云三号有2颗卫星是和太阳同步轨道的，其中一种为晨昏轨道，比如风云三号E星。它是风云卫星家族中特殊的新成员，其观测时间为早晨5点至7点，也就是晨昏时间，这一独特的观测时间使这类卫星能够看到更多参数，对改进天气预报有重要作用。值得一提的是，中国风云三号E星将是全球第一个在晨昏轨道业务运行的极轨气象卫星。另一个叫作风云三号降水星，属于专用卫星，专门测量全球中低纬度地区降水情况。
另外我们还在研发更多高性能的气象卫星，比如即将立项的微波星，它的主要目的是监测台风和大暴雨。其实台风灾害的破坏力并不完全在于它的强度，更重要的是它的内部三维结构，恰好这是光学仪器观测不到的，但微波星可以借助新增的毫米波亚毫米波探测仪，完成台风影响区域的内部温湿度结构观测，还可以结合其他气象卫星仪器观测台风周围无云区域，获取大气三维温湿度分布。
目前，我们国家的台风预报已经达到世界一流水平。对于登陆中国的台风，我们已经达到登陆前20小时、50公里登陆精度的预报水平。精准预报的基础是我们能够获得很多观测数据，这些数据大部分源自于气象卫星以及地面的监测雷达。
“十四五”时期，随着风云系列气象卫星队伍的进一步扩大，我们国家天气预报和气象灾害预警的能力都会有进一步提升。在灾害预警方面，风云系列卫星将会致力于更多气象灾害的预测，比如火灾、干旱、雾霾等。有数据显示，我们国家约70%的自然灾害来自于气象灾害，每年因气象灾害造成的经济损失达上万亿元。气象预报能减少30%左右的损失。
我国首个天基物联网星座在2023年前后完成，达到全球“万物互联互通”
问：“行云工程”是我国首个自主投资建设的卫星物联网工程，去年发射了两颗卫星并开展了一系列试验。请您介绍一下这一工程2021年的发射计划。这一阶段的组网任务完成后，将会给我们的生活带来一些什么变化？
刘萧磊：我国首个天基物联网星座——“行云工程”计划分三个阶段完成建设，在2023年前后完成由80颗低轨通信卫星组成的星座，以有效解决目前地面物联网业务因地面蜂窝通信网络覆盖率严重不足而导致“通信盲区”的难题。2021年上半年，航天行云科技有限公司抓总研制的1颗交通VDES试验星将发射升空；今年下半年，行云公司还计划发射“行云工程”第二阶段首批6颗卫星。
以前，我们地球上的物联网通信技术主要依赖于建设地面通信基站及其形成的网络。但是，因受海洋、沙漠、高山等各种客观环境的限制，当前仅有5%的海洋面积和20%的陆地面积被地面蜂窝通信网络的信号覆盖了，大部分区域都处于缺少地面通信网络有效覆盖的状态。想要实现地面通信基站无法实现的全球通信网络覆盖，就需要天基（卫星）物联网来帮忙了。
天基物联网又称为低轨道卫星通信系统，简单来说，就是我们人类发射卫星上天组成一个空中通信网络，以天上的卫星作为通信基站，为地面用户提供物联网通信传输服务。因为卫星始终运行在地球上方，所以通过卫星来传输各种数据，不会受到天气、气候、海洋、高山等特殊因素影响，即使在没有地面网络信号的极端情况下，依然能够实现全球范围内无障碍的实时互联互通，可以更广泛用于海洋、沙漠、无人区、高山等目前地面通信基站无法覆盖的地域，达到真正的全球“万物互联互通”。
涵盖疫苗的新一代药品追溯监管协同平台等更多航天智慧产品服务民生，产品国产化改造加速
问：高质量发展是我国“十四五”时期经济社会发展的主题。在您看来，我们的航天发射如何贯彻新发展理念，实现高质量发展？
牟宇：我个人理解，所谓“高质量”，就是不盲目追求规模的增大或者说堆砌规模，而是通过效率的提升实现更高层次的发展。对于航天来说，高质量发展有两大层面的意义，一个是质量要高，这就需要产品的设计水平和我们的自主创新能力要更高。在这方面我们实际上目前也在尝试着开展一些像飞行故障诊断和容错重构等技术的发展和应用，希望能够在火箭飞行的过程中有效感知火箭的健康状态，并通过实时感知推断出火箭可能出现的一些故障，从而及时对任务进行新的规划和控制的重构。这种容错能力的提高，可以提升火箭飞行的可靠性，这是我们实现“高质量”的一个方向。
第二个其实我刚才也提到了，就是火箭生产要从传统的定制化向批量化发展。通过流水线生产，实现航天产业化、规模化的进一步提升。
第三个方面可能就是我们科研水平和能力的提升。比如在火箭设计中通过信息化手段的应用，通过一些自主可控软件的开发，以及多专业融合、多学科优化，提升我们的设计水平和仿真预测的能力等等。
问：近年来，许多的航天智慧产品走进普通人的生活，满足了人民群众对美好生活的追求。新一年，将有哪些新的航天智慧产品或应用推出？作为技术密集型产业，我们在“十四五”时期将如何进一步提升自主创新能力？
郝金平：围绕国家经济社会高质量发展的主题，2021年，我们将在医药领域研究新一代药品追溯监管协同平台，涵盖疫苗、特药、普药的全链条追溯以及监管协同，为药品监管部门、卫生健康委员会、药品生产经营企业等提供可实现精准监管、企业自查自治等服务的智慧药品服务云。在物资储备方面，围绕政府应急物资储备管理，筹备全国多个省份物资储备监管平台及储备库管理系统建设。此外，我们正在深度挖掘包括边检查验在内的口岸场景需求，研制口岸全场景产品。
利用国家自主创新条件，我们将以区块链、大数据和人工智能技术应用发展为核心，加速系统和产品的国产化改造，推动产业不断升级。
