宇宙基本計画(一)
前文
人类的活动领域正在超越地球、地球低轨道,向月球表面乃至深空,真正地扩大到宇宙空间。在这一过程中,人们期待人类共通的新知识和创新的创造,同时,以宇宙空间为舞台的新的经济和社会活动也将诞生。
此外,由配备在距地面数百公里至4万公里左右上空的多种多样的人造卫星群等构成的宇宙系统,与地面系统形成一体,为解决地球上的各种课题做出贡献,使经济更加富裕。正在实现会的活动。此外,在国际安全环境日益复杂严峻的背景下,太空系统支持加强安全保障工作。
这种通过外层空间这一前沿领域的活动所带来的经济和社会变革(空间转型),不再像过去那样局限于少数几个国家,而是由许多国家进行竞争与合作。预计将一边推进,一边受益。另外,从官主导到官民共创的中坚力量正在扩大,变革的速度正在迅速提高。
在空间转型成为世界性浪潮的背景下,我国作为宇宙先进国,维持并强化战后构建的宇宙活动的自主性,在空间转型方面,力争成为世界领先集团的一角。能否引领世界,将在很大程度上左右我国的存在和繁荣的归宿。为此,必须描绘宇宙空间开发和利用的前景,并为实现这一目标,不失时机地采取必要的应对措施。
为此,着眼于今后20年,制定了10年的宇宙政策基本方针,在加快相关省厅间、官民合作的同时,充分确保包括预算在内的资源,并有效有效地加以利用。从战略上强化太空政策。此外,还将探讨进一步强化太空政策相关态势。
1、围绕宇宙政策的环境认识
(1)在不断变化的安全环境下加速外层空间的利用
我国正面临战后最为严峻复杂的安全保障环境。不仅是俄罗斯侵略乌克兰,在印度太平洋地区,我国周边国家和地区也在广泛而迅速地增强包括核武器和导弹战斗力在内的军事力量,同时在东海和南海的海空域,依靠力量。正在进行单方面改变现状的尝试。此外,在日本海和太平洋影响我国安全保障的军事活动也在扩大和活跃化。此外,在网络空间、宇宙空间、电磁波领域等,妨碍自由访问和利用的风险日益严重,我国安全保障上关注的对象在地理和空间上不断扩大。
随着我国安全保障上关注对象的扩大,具有高度信息收集和信息通信能力的太空系统的重要性正在迅速提高。
此外,与太空系统重要性的提高相呼应,对太空系统的威胁也日益明显。我国周边国家近年来除了进行卫星破坏试验外,还开发和部署了包括对空间系统进行网络攻击在内的多种物理和非物理手段的卫星攻击能力。
基于这样的安全保障环境,“国家安全保障战略”(令和4年12月内阁会议决定),作为全方位无缝保护我国的措施之一,强化宇宙安全保障领域的应对能力。此外,在《国家防卫战略》(令和4年12月内阁会议决定)中,为了从根本上强化防卫能力,包括通过卫星星座等完善近实时情报收集能力在内,强化情报收集、通信、定位等功能。被要求等。此外,基于“国家安全保障战略”,制定新的“宇宙安全保障构想”(令和5年6月宇宙开发战略本部决定),将宇宙安全保障领域的课题和政策具体化,考虑到宇宙安全保障所需的大约10年时间。明确了放置的措施。
我国在安全保障领域加强太空利用的“来自太空的安全保障”和应对对太空系统的威胁,确保其稳定利用的“太空安全保障”两项工作(以下简称“太空安全保障”)需要加强。此外,在此基础上,基于航天系统的双用途1性,在所有省厅推进这些工作的同时,为了迅速利用民间部门的创新,有必要加强官民合作。此外,基于宇宙空间和宇宙系统的全球性,与同盟国和同志国合作推进宇宙安全保障措施,积极为宇宙的稳定利用做出贡献也很重要。
(2)经济社会对空间系统的依赖程度提高
通信、观测、定位等由宇宙系统提供的服务已深入日常生活,成为支撑我们经济社会活动的重要基础之一。在灾害发生时,这些技术更在掌握受灾情况与紧急联络手段方面发挥着关键作用。例如在令和2年(2020年)7月以九州地区为主的暴雨灾害中,卫星观测数据被防灾机构用于掌握灾时浸水区域与山体滑坡情况、研判防灾直升机航线等初期应对措施。可以预见,作为支撑经济社会的基础设施,其重要性今后将进一步提升。
特别是防灾减灾和国土强韧化是当务之急。当前,在基础防灾信息流通网络(SIP4D)中,卫星数据已应用于灾害应急响应。针对未来可能发生的全域性大地震、海啸等大规模灾害,以及日益频发严重的洪涝、泥石流灾害,如何利用卫星数据在灾后数小时内快速掌握灾情并向相关机构提供信息至关重要。此外,为应对暴雨灾害等极端天气,亟需通过搭载最新观测技术的气象观测卫星(包括静止气象卫星等)提升对线状降水带等灾害天气的预测精度。
此外,宇宙系统所具备的广域多样化功能,也有助于解决全球性课题。在实现2050年碳中和目标方面,我国观测卫星(GOSAT系列)通过实测温室气体排放与吸收的举措已获得全球借鉴,未来有望成为确保减排措施实效性的重要工具。不仅如此,在应对能源、环境、粮食、公共卫生、大规模自然灾害等全球性挑战以及实现联合国可持续发展目标(SDGs)方面,我国应积极发挥先进宇宙系统的作用,既为国际社会作出贡献,亦将其转化为强化外交实力的重要手段。
(3)航天产业结构变革
【加快商业航天活动】
在全球范围内,太空活动日益活跃的背景下,除了许多国家将太空开发作为国家事业大力推进并增加相关预算外,民间企业也在积极利用政府与民间资金,强力推动技术创新与商业化进程。美国和欧洲的政府通过多种形式支持民间主导的太空项目,以此为催化剂,全球太空产业的民间投资持续增长。这使得火箭发射服务、小型卫星星座等领域涌现出一批活跃于国际市场的代表性企业。此外,在中国和印度,不仅国家主导的太空事业蓬勃发展,在政府大力扶持下,初创企业成功完成大规模融资等现象,也展现出亚洲民间航天力量的迅猛崛起。
支撑我国宇宙活动的重要基础——宇宙设备产业,若要在如此激烈的环境变化中与国际同行竞争,必须进一步加强相关举措。长期以来,我国对宇宙设备产业(包括零部件供应链)的需求规模难以维持产业链发展,其可持续性与强化始终是重大课题。虽然本轮基础计划已通过路线图提高了产业界的投资可预见性,致力于强化宇宙设备产业,但在全球技术创新与商业化急速发展的背景下,必须立足国际市场,加大对尖端及基础技术的投资力度,并更积极地挑战商业化转型。若无法实现这一目标,我国在战后培育的、支撑宇宙活动自主性的宇宙设备产业恐将遭受严重影响。
在此背景下,我国在《国家安全保障战略》中明确提出要加强太空安全领域的综合施策。通过将民间太空技术运用于国防领域,构建促进太空产业发展的良性循环机制。
同时,政府持续推进制度完善工作,包括开展服务采购试点、制定《宇宙资源法》和《卫星遥感法》等法规。此外,为吸引新兴力量加入太空产业,2018年起设立了五年内官民共同向太空产业投入约1000亿日元风险资金的目标。通过日本政策投资银行(DBJ)和产业革新机构(INCJ)提供的公共风险资本引领,该目标已顺利达成。在此推动下,小型卫星星座、小型火箭、太空垃圾减容、月球运输等领域已涌现出一批初创企业,业界期待它们进一步发展壮大并催生更多新兴企业。
值得关注的是,太空初创企业已出现首例成功上市案例,同时大型企业也开始投资初创公司并开展联合研发制造,标志着太空产业生态系统正迈向全新发展阶段。
【扩大空间解决方案市场】
在全球范围内,通过敏捷开发手法降低航天设备成本,以及数字解决方案等技术创新的发展,正推动宇宙解决方案市场持续扩大。尤其在欧美地区,通过采用容许失败且高频次进行太空验证的敏捷开发模式,成功实现了火箭运输、小型卫星等短期验证带来的成本削减,并加速了新技术市场化进程。当前,航空产业等领域正经历开发流程的数字化转型(DX),若该趋势延伸至航天设备领域,有望进一步降低制造成本。与此同时,高分辨率地球观测等太空技术的进步,结合人工智能与云端服务等数字解决方案的发展,正催生新型问题解决手段(宇宙解决方案):包括通过通信卫星星座提供宽带互联网服务、利用观测卫星管理基础设施与灾情评估、运用定位观测卫星实现智能农林渔业等。这些创新应用正驱动市场快速增长。日本国内亦呈现类似趋势,汽车与基础设施管理等多元领域适配准天顶卫星系统的产品及应用程序数量持续增加,地球观测数据应用范围不断拓展。预计包含宇宙解决方案市场在内的太空产业规模将进一步扩大。
(4)包括月球以外深空在内的宇宙探索活动的活跃化
【宇宙物理学与行星探测】
关于宇宙科学与探测的全球发展趋势,在宇宙物理学领域,观测更遥远、更清晰的天体目标被视为重中之重。美国国家航空航天局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)已取得载入科学史册的突破性成果。以JWST为代表的耗资数千亿至超万亿日元的探测任务持续推进,显示出宇宙科学探测任务日益规模化的发展态势。
在行星探测领域,太阳系中唯一可能适合人类未来居住的火星成为主要探索目标。美国、欧洲和中国均致力于实施"火星采样返回"这一大型计划。我国也计划于2024年度发射火星卫星探测计划(MMX)探测器,目标是在2029年度实现火星卫星样本返回任务。
迄今为止,我国通过聚焦未开拓领域的研究对象、锤炼必要工程技术,在理工融合领域取得了尖端研究成果。"隼鸟"系列任务正是典范——以可能保留太阳系形成初期状态的小行星这一全新研究对象为目标,运用我国自主培育的技术实现样本返回,结合尖端物质分析技术,获得了国际高度评价的科学成果。在观测手段与科学目标日益多元化的当下,我国必须在国际合作框架下高效整合资源。值得注意的是,若更多国家进军样本返回领域,我国的技术优势可能相对弱化。为持续产出具有全球影响力的高水平研究成果,我国需从萌芽期的基础研究中发掘原创性研究领域与前沿技术,通过持续培育将其发展为新的核心竞争力。
【地球低轨道】
美国已宣布将国际空间站(ISS)计划运营期限延长至2030年,我国决定参与延长阶段的合作。与此同时,各国政府及航天机构正在研讨面向2030年之后的近地轨道活动方针。在我国,一方面将在2030年前的ISS延长期内进一步扩大并最大化利用日本"希望号"实验舱的成果,另一方面正积极推进关于2030年后近地轨道活动发展方向的研究。
【月面探査】
在此背景下,国际空间站(ISS)的后续载人航天活动中,美国正主导推进"阿尔忒弥斯计划"这一国际宇宙探索项目,携手盟国、伙伴国及民间企业,在着眼于包括火星在内的深空载人探索的同时,已启动月球载人探测活动,并计划未来实现月面常态化驻留。美国商业航天巨头从人类可持续发展和地球环境保护的角度出发,正致力于开发运输系统及建设活动基地,以拓展人类在月球、近地轨道和火星的生存空间。此外,中国、印度等新兴国家也在加速月球开发,国际竞争日趋激烈。
在此形势下,我国于2019年10月决定参与阿尔忒弥斯计划,计划在2020年代后期通过提供载人加压月球车,实现首位非美国籍日本宇航员登月。在政策推动阿尔忒弥斯计划实施过程中,初期将以月球探测为主,此时需充分结合科研人员独创性构想开展的无人探测计划等。同时需着眼深空将成为人类新疆域的发展趋势,根据月球开发不同阶段,有序推进包括水资源在内的资源勘探及配套基础设施建设。值得注意的是,日本民营企业已出现领先全球开展月球探测的动向,需进一步推动包括非航天领域企业在内的民间力量参与太空开发,提升国际竞争力。
(5)进入太空的需求增加
在全球范围内太空利用活动日益频繁的背景下,火箭发射需求持续扩大。为应对这一需求增长,以美国和中国为主导的国家正积极推进运载能力提升、发射成本降低及高频次发射的实现。与此同时,全球众多初创企业纷纷投身中小型火箭研发领域。在发射需求激增与太空运输系统技术革新的双重推动下,近年来太空运输领域正经历着前所未有的剧变,且变革速度持续加快。
对我国而言,随着太空系统在国家安全保障及经济社会活动中重要性日益凸显,作为太空门户的运输系统战略价值愈发关键。特别是俄罗斯入侵乌克兰导致俄制火箭禁用事件,已对我国商业卫星发射造成实质性影响。这一事态深刻警示:要实现自主可控的太空活动,必须建立不依赖他国的独立太空运输体系。
我国长期以来通过开发主力火箭H-IIA,优先用于发射政府卫星来确保太空准入能力,并维持了与主力火箭相关的技术、产业和人才基础。为确保未来持续稳定的太空准入能力,应对日益扩大的太空利用需求,承担太空运输系统开发运营的企业必须确保业务的持续性与成长性。为此,除政府卫星发射外,还需积极承接国内外政府及商业发射需求以扩大发射规模。特别是新型主力火箭H3,正受到国内外卫星运营商的高度期待。
从全球范围看,美国和中国正在开发可执行月球等深空大型货物运输的太空运输系统。而在历来仅由美中俄三国垄断的载人航天领域,欧洲和印度也出现了新的开发动向。展望未来20年,随着我国太空活动范围持续扩展,为确保自主太空能力,预计将需要开发月球/火星着陆器、补给飞船及载人运输等新型太空运输系统。
在此背景下,我国主力火箭发展遭遇挫折:2022年10月艾普斯龙火箭6号机与2023年3月H3火箭试验1号机相继发射失败。为应对急剧变化的国际太空运输竞争环境,必须对这两次失败不仅查明直接原因,更要透明化处理包括深层原因在内的全面调查与改进措施,将失败转化为经验,通过持续积累成功发射记录来重振信誉。同时,必须以紧迫感持续提升我国太空运输系统的国际竞争力。
(6)妨碍太空安全可持续利用的风险和威胁增加
当前,宇宙空间的利用已成为安全保障及经济社会活动中不可或缺的领域。然而,随着小型卫星星座等航天器的增加以及空间碎片等太空物体的激增,轨道环境日趋拥挤,卫星间碰撞及卫星与空间碎片相撞的风险显著上升。此外,破坏性直升式反卫星导弹试验、卫星间恶意抵近等威胁行为也引发国际社会担忧。
为应对这些风险,各国正积极推进措施:美国联邦通信委员会(FCC)将低地球轨道商用卫星结束运行后的废弃处置时限从25年缩短至5年,要求其通过大气层再入等方式及时离轨;欧洲航天局提出目标,要求2030年前实现所有欧洲卫星在停止运行后迅速撤离宝贵轨道;欧洲认证机构已开始运营针对空间碎片减量企业的民间评级制度,形成市场化激励机制。在轨道安全领域,我国(日本)继美国之后,于2022年9月宣布不再实施破坏性直升式反卫星导弹试验,同年10月相关决议获联合国大会高票通过,我国作为原始共同提案国发挥了积极作用。
国际社会日益重视宇宙交通管理(STM)体系建设。2007年《联合国空间碎片减缓指南》与2019年《外层空间活动长期可持续性(LTS)指南》的制定为全球治理奠定了基础,但如何确保其得到广泛有效遵守仍是重要课题。
在推动构建太空安全可持续发展新规范的同时,相关技术研发同步推进——包括空间碎片清除等助力规范实施的前沿技术正加速发展。国际社会正就进一步完善太空规则体系展开深入讨论。
2、目标和前景
在通过开拓宇宙空间这一新疆域所带来的“空间变革”中,我国将以下列目标与愿景作为发展方向,并及时采取必要措施予以实现。
为确保目标与愿景的达成,必须强化支撑我国宇宙活动自主性的产业与科学技术基础。通过扩大宇宙利用范围,实现基础强化与宇宙利用扩大的良性循环,力争成为具有自主性的宇宙利用强国。
与此同时,为使宇宙产业成为日本经济中的增长型产业,计划将航天设备与宇宙解决方案市场的合计规模从2020年的4万亿日元,扩大至2030年代初期的两倍——8万亿日元。
(1)保障空间安全
i. 目标
我国将与共享价值观的国家携手,通过宇宙空间促进国家和平与繁荣、保障国民安全与安心,同时致力于维护宇宙空间的稳定利用和自由进出权。
ii. 未来愿景
(a) 来自宇宙的安全保障(根本性扩大安全保障领域对宇宙系统的利用)
通过灵活运用宇宙系统获取的信息应对各类安全保障课题,全面增强包括外交力、防卫力、经济力、技术力和信息力在内的综合国力。特别是在战后最为严峻复杂的安保环境下,为构建无懈可击的应对体系,将高效整合卫星星座、侦察卫星等提供的广域高精度信息,实现安全保障通信卫星网络多元化,强化卫星定位功能,确保信息的实时性与有机联动。
(b) 宇宙空间的安全保障(确保宇宙空间安全稳定的利用环境)
随着宇宙系统在安保、经济和社会活动中的重要性日益凸显,必须应对太空卫星破坏能力及太空碎片等威胁与风险。为此,将通过太空态势感知、轨道服务实现的卫星全生命周期管理、突发事态下的政府决策与应对机制,以及主导参与国际规范制定等举措,全力保障宇宙系统的安全稳定运行。
(c) 实现安全保障与航天产业发展的良性循环
强大的太空防卫力量依托于蓬勃发展的国内航天产业与充满活力的创新基础。强化航天产业根基将反哺技术与商业创新,不仅从安全保障层面,更从经济层面为国家利益作出贡献。通过推动民用航天技术在安保领域的应用,促进国内航天产业发展,进而形成强化国家防卫力量的良性循环。
为实现这一目标——从根本上扩大安保领域太空系统应用并确保太空空间的安全稳定利用,我国将构建安保领域太空体系架构,并加速推进实施。通过实现安全保障与航天产业发展的良性循环,具体落实以下愿景:构建服务于安全保障的太空体系,确保太空环境的安全稳定利用。
(2)国土强韧化·全球性课题应对与创新实践
i. 目标
通过天地网络无缝协同的下一代通信服务、遥感数据及准天顶卫星系统高精度定位数据驱动的太空解决方案等,实现以下目标,引领联合国可持续发展目标(SDGs)的实现与"社会5.0"11建设:
(a) 应对地震·海啸·暴雨等重大灾害及事故,助力老化基础设施管理,推进防灾减灾与国土强韧化
(b) 通过国际合作,为解决能源危机、气候变化、环境问题、粮食安全、公共卫生、大规模自然灾害等全球性课题(包括2050碳中和目标)作出贡献
(c) 在自动驾驶、智慧城市、智能农林水产等民间市场领域催生创新
为实现上述目标,将秉持容错精神及时验证尖端基础技术,并通过强化卫星数据平台等措施:
(d) 夯实卫星研发应用基础,重构并壮大富有活力的航天产业生态系统
ii. 未来愿景
(a) 下一代通信服务
通过天基网络与地面网络的无缝协同,将实现覆盖地球任意角落的持续通信能力,包括自动驾驶汽车、飞行汽车、无人机等移动平台的实时互联。在此过程中,由通信卫星星座构成的天基网络将成为与地面网络并重的核心基础设施。
日本在面向2030年代研发的下一代通信技术Beyond5G(6G)中,计划通过多层次协同运用本国通信卫星(静止轨道卫星、低轨道卫星星座)及高空平台站(HAPS)等非地面网络(NTN),旨在为偏远地区、航空及海洋领域提供更高速稳定的无缝通信服务。此举不仅将强化安全保障,还将推动灾害时通信保障、宇宙/极地/海洋开发领域的通信解决方案应用。
在阿尔忒弥斯计划中,月球探测活动初期需构建包含通信系统在内的基础设施,而未来通过超长距通信网络技术将实现与深空及月球的通信。此外,太空领域还将部署云端基础设施,实现太空物联网服务、遥感大数据的边缘AI处理、负载均衡、路由选择及近乎零延迟的通信服务,同时有望提供防范太空窃听与数据篡改的网络安全防护体系。
(b)遥感
随着小型卫星星座的建设进展以及新型传感器的开发等,地球观测卫星的时间、空间及波长分辨率正不断提高。与此同时,在大数据处理及人工智能等解决方案技术发展的背景下,通过将地球观测卫星数据与无人机数据、物联网数据、气象数据、海洋数据及其他地面获取数据相结合,将实现广泛的应用服务,助力防灾减灾、国土韧性提升及全球性课题应对,并推动民用市场领域的创新。
在遥感核心技术的光学与合成孔径雷达(SAR)技术方面,除可实现广域、高精度、多传感器集成观测的大型观测卫星外,随着提升时间分辨率的小型卫星星座建设与技术研发的推进,现已能实现更及时、更高分辨率的观测。此外,多波长传感器不仅能辨别植被、矿物及温室气体种类,预计还将扩大应用对大气三维观测至关重要的多普勒激光雷达,以及构建城市数字孪生不可或缺的高精度激光雷达等设备。
通过将上述遥感数据与AI等数据分析技术、跨平台信息交互接口技术等解决方案技术相融合,可实现从太空快速自动传输成像数据至地面并进行必要解析。例如,这将助力构建紧急情况下的国家信息共享平台,服务于防灾减灾、安全保障及海洋态势感知等领域。针对气候变暖这一全球性课题,除监测暴雨、大气等影响外,通过观测温室气体排放与吸收(包括燃料开采时的甲烷泄漏检测),可量化其对气候变化的贡献度,未来还有望应用于碳信用体系。
其应用不仅限于政府需求,还包括:以灾害应对为核心的企业业务连续性计划(BCP)、水灾/泥石流/火灾等保险服务、地面沉降与地壳变动监测、基础设施管理、涵盖智能农业的智慧城市、可再生能源发电量预测等全球高增长民用市场领域,这些领域均有望通过该技术实现创新突破。
(c)卫星定位
我国为自主确保定位能力而持续推进建设的准天顶卫星系统,旨在作为提供国家安全保障、解决社会课题、激活产业经济、防灾减灾、国土强韧化所需位置与时间信息的社会基础设施,同时作为亚太地区的社会基础设施发挥其作用。
今后,通过建立7星体制,将实现仅依靠本国卫星即可完成定位的持续测位功能,作为不可或缺的社会基础设施,其应用范围有望进一步扩大。另一方面,从民生应用与安全保障的双重角度出发,该系统需要确保如美国等具备备份功能的外国卫星系统般的可靠性,即使在卫星故障时也能稳定持续提供服务。
同时,通过活用准天顶卫星系统提供的高精度先进定位服务,未来有望实现基础设施维护管理(如除雪、检修等)的效率提升,以及通过汽车、无人机、农用机械等的自动化与无人化推动智慧城市和智慧农业的发展。这对于面临人口减少、劳动力不足及老龄化等社会课题的我国而言,预计将大幅促进社会问题解决,并通过创新进一步激活日本经济。着眼于这样的未来前景,通过提供更易使用的高精度定位服务,结合高精度地图等地面信息形成的解决方案有望实现社会化应用,并进一步拓展至各领域。
此外,在"阿尔忒弥斯计划"中,从月球探测活动的初期阶段就需要构建包括月球定位卫星系统(LNSS)在内的基础设施。我国将力争通过国际合作,以自身具有技术优势的卫星定位技术作出贡献。
(3)宇宙科学与探索的新知识与产业创造
i.目标
(a)创造人类共同知识和扩大人类活动领域;
宇宙科学与探索是一项以创造人类共有的知识、拓展人类在宇宙空间活动领域为宗旨的事业。知识的创造将推动活动疆域的扩大,而疆域扩展又将孕育出新的知识。我国致力于高效整合资源,在完成小行星采样返回等项目后,继续凭借独创性构想实现卓越的知识创新,并以此为基础,将人类可持续活动范围从地球表面延伸至近地轨道,进而向月球以远的深空持续拓展。
(b) 创造新产业与拓展人类活动领域
以月球探测活动及地球低轨道活动为核心,通过产业振兴构建新兴市场,逐步推动包括民间商业活动在内的发展,旨在将人类活动领域从地球低轨道延伸至月球以远的深空。
(c) 培养下一代人才与提升国际影响力
凭借宇宙科学探索成果及以宇航员为代表的实践活动,广泛激发国民——尤其是儿童——的求知欲,赋予其梦想、希望与自豪感。此举不仅有助于培养肩负未来的下一代人才,提升我国在国际社会的存在感,更能引领多领域科学技术发展,通过与民间机构等合作研发强化产业竞争力。这些成果及衍生效应将推动宇宙科学探索领域形成良性循环。
ii.未来图景
(a)空间科学与探索
【宇宙物理学】
在宇宙物理领域,其核心目标在于探究当前宇宙物理学界的共同课题——理解宇宙的起源与演化,以及探索宇宙中生命存在的可能性。预计到2040年左右,通过包括我国在内的国际合作,詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的后续太空望远镜计划将取得重大进展。该计划将与地面超大型望远镜群及我国中小型太空望远镜等设施协同观测,有望在以下方面实现突破性认知:宇宙起源与演化、物质本质、系外行星的生命宜居环境与生命存在可能性,以及暗物质与暗能量的本质之谜。
【太阳系科学】
在太阳系科学领域,我们的研究目标是阐明太阳系与生命如何诞生、演化并发展至现今状态。通过观测太阳、磁层等日球层现象,深入探究恒星活动与地球等生命宜居环境形成之间的关联性,从而获得综合性认知。同时,我们将通过各国开展的小天体/行星探测(包括样本返回任务)不断积累行星科学与宇宙科学的知识储备。
关于月球:作为最接近地球的天体,随着与阿尔忒弥斯计划协同推进的探月任务发展,我们将通过研究月壳物质与内部结构来追溯月球起源,并利用月面射电观测积累关于宇宙起源与演化过程的科学认知。其近地位置兼具地月运输与通信优势,可促进火星等重力天体着陆返回技术、行星表面探测机器人技术的研发验证,为未来太阳系探测提供技术储备。
对于火星:除MMX任务成果外,结合美国、欧洲及中国计划实施的无人着陆高精度原位观测及样本返回实物分析,将大幅提升对火星表层、内部结构及起源的认知水平,并有望发现可能存在的生命痕迹有机物。此外,小天体/彗星样本返回任务及木星以远行星卫星的轨道观测也将取得进展。
通过整合火星、小天体/彗星及月球的研究成果,人类对太阳系形成过程与生命起源的理解将实现跨越式发展。与此同时,特别是通过行星探测活动,我们将不断获取有助于拓展人类活动领域的前沿技术。
(b)月球表面持续的载人活动
随着“阿尔忒弥斯计划”的推进,自2020年代起将率先开展作为科学探测活动一环的资源勘探,通过掌握包括水资源在内的月球资源分布状况,明确未来开发利用的可能性。在此基础之上,为持续开展月面载人活动,将借助民间力量共同开发无人建造等新技术,逐步推进电力/通信/定位系统及食物供给系统等技术验证与设施建设。未来月球将逐步成为人类生活圈,催生新型经济社会活动,月面太空旅行等场景值得期待。此外,通过以阿尔忒弥斯计划为代表的各国月球项目,民间企业有望通过转化地面技术开拓太空新产业,进而推动形成月球经济圈。
若确认月面存在足量水资源,将实现生活用水、电解制氧及燃料的原地补给,不仅可支持长期载人活动,更能提升深空探测效率。目前已探明硅、铁、铝等金属资源的存在,月球或将成为面向火星等天体的太空设备制造基地。
(c)地球低轨道活动
地球低轨道(LEO)作为相对易于开展人员往来、物资补给与回收作业的空间区域,既是保障我国航天活动自主性的关键领域,也是开发利用太空环境的重要平台。我国将通过该轨道开展以下国家主导的技术研发、验证与应用:包括为"阿尔忒弥斯计划"等月球轨道及月表活动获取并验证相关技术(如远程实验操控技术、自动化与自主化技术、高效环境控制与生命维持系统等),以及实施航天员训练培养计划。同时,国家将系统积累推进地球低轨道活动所需的关键技术,其成果将运用于后国际空间站时代国内航天主体的任务实践。此外,该轨道还将服务于学术界与国家机构开展地面无法实现的社会课题攻关与知识创新,并为研究人员、技术人员及学生群体提供人才培养平台。值得关注的是,随着包括非航天领域在内的民营企业多元化利用与商业化技术研发的持续推进,该轨道预计将孕育太空旅游、太空娱乐服务等新兴业态的发展。
(4)强化支撑空间活动的综合基础
i.目标
在各国及民间太空活动日益活跃、竞争环境日趋严峻的背景下,为持续维护和强化我国太空活动的自主性,必须夯实支撑我国太空事业的综合基础。通过推进太空运输系统升级、强化太空碎片对策及宇宙交通管理、巩固技术·产业·人才根基等措施,重构并进一步发展我国太空产业生态系统。尤其要重视人才作为价值创造源泉的珍贵属性,将其视为"人财",着力形成基础强化与应用拓展的良性循环。
ii.未来图景
(a)航天运输
为实现我国太空利用的未来蓝图,需官民携手构建太空运输体系组合。通过确保自主太空通行能力、摆脱对他国依赖,实现独立自主的太空活动,从而持续保障国家安全、强化国土韧性、应对全球性课题、推动科技创新及培育新兴知识产业。
在新型主力火箭H3火箭及艾普西隆S火箭成功完成多次发射的基础上,将于2020年代后期通过国家主力火箭与民间火箭协同发展,构建具备高频发射能力、更大运载量及更低成本的新型太空运输系统。该系统将不仅承担政府卫星发射任务,还将服务于国家安全保障、防灾减灾、国土强化等社会基础设施领域的国产商业卫星及国际卫星发射。
至2030年代,将投入运营H3火箭的下一代主力运载系统,开展新型太空运输服务(包括月球轨道补给机及月面着陆器运输等),实现我国太空开发应用的远景目标(涵盖近地轨道及月球空间的宇宙科学研究、探测及载人航天活动等)。下一代主力火箭将采用部分箭体可重复使用技术,在提升发射频次与运载能力的同时降低发射成本。更长远来看,通过产学研合作,有望发展出具备完全可重复使用能力及载人运输扩展性的新型系统。
此外,由我国民营企业主导开发的高速点对点运输及太空旅行等新型太空运输系统,预计将催生全新市场空间。
(b)空间交通管理和空间碎片对策
通过完善太空领域感知(SDA)体系、构建国内官民太空态势感知信息共享框架,并与盟国及友好国家开展合作,持续推进卫星运行状态等信息共享,同时实现更高精度的碰撞预警系统。随着技术研发与实证的推进,预计将实现卫星结束服役后的妥善废弃处理。通过主动式太空碎片清除技术、以及有助于延长卫星寿命的燃料补给和维修等轨道服务的实用化,有望将太空碎片数量控制在可控范围内。在技术发展的同时,国际社会预计将逐步建立并落实关于轨道利用的国际规范与规则,以确保卫星间防撞、太空碎片碰撞规避及碎片减量等轨道服务能安全顺畅地实施。