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　　作為航天技術(shù)的基礎(chǔ)，運載技術(shù)代表著一個國家自由進(jìn)出空間的能力，是發(fā)展利用空間技術(shù)、控制空間技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，因此世界各航天強國均把發(fā)展先進(jìn)航天運載技術(shù)作為保持其領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略部署之一。未來30 年內(nèi)，以信息、通信與電子技術(shù)，先進(jìn)材料技術(shù)、先進(jìn)能源及動力技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等為代表的一批基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)將取得重大突破，這將直接推動航天技術(shù)的快速發(fā)展。隨著以新一代大型運載火箭為代表的重大科技專項工程的順利實施，以及各類基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)不斷取得突破進(jìn)展，可以預(yù)測未來的30 年（2010 ～2040 年）將迎來我國航天運載技術(shù)迅猛發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期。

　　國外航天運載技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　從以美、俄為代表的航天強國的發(fā)展歷程來看，隨著航天應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來軍事、經(jīng)濟(jì)、社會活動對航天技術(shù)的依賴程度將越來越高，航天技術(shù)除了要滿足日常的軍用、民用及商用發(fā)展建設(shè)任務(wù)需求外，還要逐步滿足直接支持軍事行動的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求。當(dāng)前，美國、俄羅斯、歐盟等航天強國基本上已形成了包括以一次性運載火箭、航天飛機(jī)、天地往返運輸重復(fù)使用運載器、軌道轉(zhuǎn)移飛行器、深空運輸飛行器等綜合的航天運輸體系，通過對其未來30 年的發(fā)展趨勢總結(jié)分析，可以看出國外航天運載技術(shù)的發(fā)展趨勢如下：

　　（1）完善新型運載火箭型譜系列，積極發(fā)展上面級技術(shù)。

　　當(dāng)今世界航天大國已經(jīng)或即將完成一次性運載火箭的更新?lián)Q代，新投入使用的主流運載火箭如歐空局的“阿里安5”、美國“宇宙神5”、“德爾塔4”、日本的“H2-A”等新型運載火箭，都采用了高可靠、低成本、大直徑、少級數(shù)、使用無毒無污染推進(jìn)劑的新型運載技術(shù)，以氫氧發(fā)動機(jī)或液氧煤油發(fā)動機(jī)作為主動力，這些新型運載火箭的近地軌道運載能力一般超過20t，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力可達(dá)到10t 以上，采用模塊化的組合方式形成運載能力覆蓋范圍較廣的新型運載火箭系列。

　　上面級是提高火箭性能和提高任務(wù)適應(yīng)能力的有效途徑之一，目前國外正在使用或新研制的運載火箭上面級有10 多種型號，具有多次啟動變軌能力及長時間在軌飛行能力，可以進(jìn)行多星發(fā)射及軌道部署，以及執(zhí)行MEO、GEO 直接入軌任務(wù)。新投入使用的新型主流運載火箭都是通過組合不同的上面級，形成擁有各種運載能力、能執(zhí)行多種任務(wù)的新型運載火箭系列。

　?。?）發(fā)展經(jīng)濟(jì)、靈活且具備快速機(jī)動發(fā)射能力的小型運載火箭。

　　美國為了繼續(xù)維持其全球霸主地位，提出具備全球快速精確打擊能力。滿足快速進(jìn)入空間軍事應(yīng)用需求的小型運載火箭，不要求具有太高的運載能力，但是必須具備低成本、高可靠、機(jī)動能力強、操作簡單等特點?？焖贆C(jī)動發(fā)射小型運載火箭目前主要集中于美俄兩國，在役型號多是在戰(zhàn)略導(dǎo)彈基礎(chǔ)上改裝或研制而成的，如美國的飛馬座、金牛座、米諾陶，俄羅斯的起跑號、靜海號、波浪號。新研制火箭多以液體和固液混合推進(jìn)劑為主，如美國的法爾肯1、快速到達(dá)、風(fēng)馳，俄羅斯的飛行號。發(fā)射平臺以陸基和空基機(jī)動為主。其中空基發(fā)射運載火箭具有良好的機(jī)動性、靈活性和成本低等優(yōu)點，已成為美俄實現(xiàn)快速進(jìn)入空間的主要途徑。目前，美國在已有飛馬座空射火箭的基礎(chǔ)上，正在研制快速到達(dá)空射小型運載火箭；俄羅斯在研的飛行號和依希姆系統(tǒng)等也均為空射小型運載火箭。

　　（3）發(fā)展重型運載火箭技術(shù)，實現(xiàn)重返月球計劃并最終建立月球基地。

　　美國為重返月球計劃正在研制阿瑞斯1 和阿瑞斯5 兩種運載火箭，用于載人登月并建立月球基地。其中，戰(zhàn)神5 為載貨的重型運載火箭，采用人貨分運、近地軌道對接的方式實現(xiàn)載人登月的目標(biāo)。俄羅斯也在制定2040 年前的航天發(fā)展計劃，目標(biāo)是在2025 年以前派遣宇航員登上月球，為此考慮在新型安加拉運載火箭的基礎(chǔ)上研制超重型運載火箭。歐洲、日本、印度也制定了相關(guān)的登月計劃，并也將在該計劃下進(jìn)行重型運載火箭的研制工作。新研制的載人登月運載火箭更加重視的安全性和可靠性設(shè)計，將載人和運貨分開，充分借鑒成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，注重系統(tǒng)全生命周期的成本和風(fēng)險控制。未來長距離的星際航行運輸將依賴組合運輸系統(tǒng)，軌道對接組裝技術(shù)是發(fā)展星際載人運輸技術(shù)的關(guān)鍵。

　?。?）重復(fù)使用運載器技術(shù)難度較大，廣泛開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和演示驗證。

　　美國航天飛機(jī)的失事和退役雖然給重復(fù)使用運載器的研發(fā)工作蒙上了陰影，但是各國重復(fù)使用運載器的單項關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作卻更加熱烈。重復(fù)使用運載器的發(fā)展途徑是先進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和演示驗證，而后開展全尺寸飛行器的研制。按照循序漸進(jìn)、逐步突破的原則，并注重中間成果的轉(zhuǎn)換。通過小尺寸樣機(jī)的飛行演示來驗證總體方案的可行性和關(guān)鍵技術(shù)，并積累設(shè)計數(shù)據(jù)，針對暴露出來的問題，進(jìn)一步完善設(shè)計，降低技術(shù)風(fēng)險和投資風(fēng)險。

　　當(dāng)前重復(fù)使用運載器的技術(shù)重點是發(fā)展助推級或軌道級兩級入軌部分重復(fù)使用運載器，近期內(nèi)仍以火箭發(fā)動機(jī)為動力，遠(yuǎn)期向吸氣式組合發(fā)動機(jī)為動力，美國提出最終發(fā)展成為可以2h 內(nèi)全球快速到達(dá)的空天作戰(zhàn)飛機(jī)。此外美國一些私營公司也積極研制了亞軌道重復(fù)使用運載器，發(fā)展了“白色騎士”等亞軌道重復(fù)使用運載器，并以此帶動了亞軌道空間旅游業(yè)的迅猛發(fā)展。

　?。?）研制軌道轉(zhuǎn)移飛行器，滿足空間運輸和在軌服務(wù)的需要。

　　隨著在軌服務(wù)需求的不斷增加，各航天大國均發(fā)展基于先進(jìn)上面級技術(shù)的各種軌道轉(zhuǎn)移運輸飛行器，如俄羅斯的F r e g a t 火箭和歐洲的E S C - B 火箭，其所使用的發(fā)動機(jī)具有多次啟動能力，軌道機(jī)動能力更強。這類軌道轉(zhuǎn)移飛行器不僅能將有效載荷送入工作軌道，進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移飛行，滿足不同軌道任務(wù)的需求，還能為有效載荷提供在軌服務(wù)和燃料加注補給，軍事應(yīng)用前景廣泛。例如，美國計劃在2015 年后部署的軌道轉(zhuǎn)移飛行器，通過對美國空間資源進(jìn)行在軌服務(wù)，能顯著提高這些空間資源的靈活性和作戰(zhàn)能力。俄羅斯發(fā)展了“渡船號”空間拖船，用于空間站的在軌支持。歐洲和日本為支持國際空間站任務(wù)，研制了自動轉(zhuǎn)移運輸飛行器（ATV）和H-2A 自動轉(zhuǎn)移運輸飛行器（HTV），用于向國際空間站運送所需物資。

　　我國航天運載技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

　　我國航天運載技術(shù)的發(fā)展起步于20 世紀(jì)50 年代，先后成功研制了長征一號、長征二號、長征三號、長征四號等15 個型號的運載火箭，實現(xiàn)了從常溫推進(jìn)劑到低溫推進(jìn)劑，從串聯(lián)到捆綁，從一箭單星到一箭多星，從發(fā)射衛(wèi)星到發(fā)射載人飛船的跨越式發(fā)展，組成了相對完備的運載火箭型譜，近地軌道運載能力達(dá)到8500k g，太陽同步軌道（S S O）運載能力達(dá)到6100k g，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力達(dá)到5500kg，基本能夠滿足不同用戶的需求。

　　雖然我國航天運載技術(shù)取得了舉世矚目的成就，但與此同時我國長征運載火箭仍屬于“家族式”發(fā)展模式，每個運載型號的發(fā)展都源于特定的需求，型號間技術(shù)狀態(tài)差別較大，“三化”（通用化、系列化、組合化）程度不足，運載能力與現(xiàn)有國際主流運載火箭相比偏低且互相重疊，設(shè)計可靠性有待進(jìn)一步提高，內(nèi)陸航區(qū)安全性差，測試發(fā)射周期長，任務(wù)適應(yīng)能力不足，相對于國外主流運載火箭和先進(jìn)航天運載技術(shù)仍存在較大的差距，不能滿足未來國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建設(shè)要求。與此同時，國內(nèi)衛(wèi)星應(yīng)用需求日益旺盛，以二代導(dǎo)航二期工程、高分辨率對地觀測工程、載人航天工程、月球探測工程等為代表的國家重大科技工程，以及未來可能的載人登月及其他深空探測任務(wù)等都對運載火箭的發(fā)展提出了迫切的需求[1,3]。因此無論是從技術(shù)推動發(fā)展還是應(yīng)用需求牽引的角度來看，未來30 年都將是中國航天運載技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期，其面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　（1）高密度的發(fā)射需求。可以預(yù)測未來30 年內(nèi)衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展將以新一代大型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺和太陽同步軌道小衛(wèi)星平臺的發(fā)展為主，衛(wèi)星總數(shù)量預(yù)計在200 ～ 300顆左右，考慮到搭載及一箭多星等多種發(fā)射模式，運載火箭年發(fā)射率將顯著增加。

　　然而當(dāng)前我國長征系列運載火箭的年發(fā)射率較低，同一型號運載火箭每發(fā)之間的技術(shù)狀態(tài)變化較多，個別單機(jī)產(chǎn)品，如個別單機(jī)的生產(chǎn)制造周期偏長，成為研制任務(wù)的短板，導(dǎo)致運載火箭批量化的生產(chǎn)制造發(fā)射能力不足；此外，當(dāng)前我國僅有西昌、太原、酒泉3 個內(nèi)陸發(fā)射場，每次發(fā)射任務(wù)間發(fā)射塔架的修復(fù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換周期較長；各類工業(yè)基礎(chǔ)能力不足的情況將對提高運載火箭年發(fā)射率形成限制。

　?。?）大幅提高運載能力的需求。我國在役的長征火箭運載能力，目前進(jìn)入空間運載能力低軌為8.5t，GTO為5.5t，對于大型和重型有效載荷的發(fā)射要求已難以通過進(jìn)一步挖掘潛力來滿足，不能滿足大平臺衛(wèi)星及后續(xù)載人登月等任務(wù)的需求。因此必須發(fā)展新一代大型運載火箭技術(shù)，采用大直徑結(jié)構(gòu)、大推力發(fā)動機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，大幅度提高運載能力，使近地軌道最大運載能力滿足20t 級、地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力達(dá)到10t 級。同時，面對未來可能的載人登月任務(wù)，要求運載能力達(dá)到近地軌道100t 級，奔月軌道50t 級，必須發(fā)展重型運載火箭技術(shù)。整體來看可以預(yù)計：未來30 年內(nèi)運載火箭的低軌運載能力需達(dá)到20 ～ 100t 級，因此，迫切需要運載能力上一個新臺階。

　　（3）快速發(fā)射的需求。目前長征系列運載火箭發(fā)射準(zhǔn)備周期一般在30 ～ 50 天左右，且主要依賴固體塔架進(jìn)行發(fā)射，應(yīng)急快速發(fā)射能力不足。為滿足民用應(yīng)急減災(zāi)對快速發(fā)射的要求，需要發(fā)展新型具備快速響應(yīng)發(fā)射能力的小型運載火箭。依賴簡易塔架發(fā)射的液體小運載需滿足周發(fā)射，依賴車載機(jī)動發(fā)射的固體小運載需滿足天發(fā)射，依賴空中發(fā)射的小型運載火箭需滿足數(shù)小時發(fā)射的要求，逐步滿足民用減災(zāi)對快速發(fā)射的需求[3]。

　?。?）多星發(fā)射及軌道機(jī)動的需求。我國目前運載火箭的上面級多星軌道部署和深空運輸能力不足，難以滿足GEO、MEO 軌道直接入軌、多星發(fā)射等任務(wù)需求。隨著新一代大型運載火箭的研制成功，進(jìn)入空間的能力大大增強，預(yù)計2020 年后所執(zhí)行的任務(wù)中將出現(xiàn)多星異軌部署和深空運輸?shù)囊螅枰獙崿F(xiàn)長期在軌的軌道部署能力，并實現(xiàn)以月球、火星為代表的星際航行運輸能力。

　　（5）發(fā)展先進(jìn)運載技術(shù)的需求。與國外先進(jìn)航天運載技術(shù)相比，我國航天運載技術(shù)整體來看還落后15 ～20 年。在先進(jìn)運載技術(shù)領(lǐng)域如重復(fù)使用運載器技術(shù)、高超聲速飛行器技術(shù)、在軌組裝深空運輸飛行器技術(shù)、基于先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)運載器等方面都存在較大差距，僅停留在跟蹤研究階段，所需的基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)儲備嚴(yán)重不足，如果現(xiàn)在不加大加快對先進(jìn)運載技術(shù)的預(yù)研力度，30 年后技術(shù)差距將會進(jìn)一步擴(kuò)大，難以保持我航天大國的地位和可持續(xù)發(fā)展空間。

　　未來重點發(fā)展方向預(yù)測

　　預(yù)計經(jīng)過30 年的快速發(fā)展建設(shè)后，我國航天運輸系統(tǒng)將逐步建設(shè)成為包括一次性運載火箭、軌道轉(zhuǎn)移運輸飛行器、重復(fù)使用天地往返運輸系統(tǒng)在內(nèi)的綜合航天運輸體系，與國外先進(jìn)航天運載技術(shù)的差距逐步縮小。預(yù)測發(fā)展的重點方向?qū)ㄒ韵聨讉€方面：

　?。?） 現(xiàn)役長征系列運載火箭持續(xù)改進(jìn)。

　　當(dāng)前國家正在實施的載人航天、二代導(dǎo)航二期、高分辨率對地觀測及探月等國家重大科技專項工程，相當(dāng)一部分任務(wù)都是由現(xiàn)役的長征系列運載火箭來完成的。在新一代系列運載火箭投入使用之前，現(xiàn)役運載火箭至少還有20 年的服役期，因此應(yīng)該不斷改進(jìn)現(xiàn)役運載火箭，提高其可靠性及任務(wù)適應(yīng)能力，拓寬任務(wù)適應(yīng)范圍，縮短靶場測試流程，滿足國內(nèi)外近期高密度發(fā)射任務(wù)的需求。

　　繼續(xù)通過可靠性增長技術(shù)研究和試驗，不斷提高現(xiàn)有運載火箭的可靠性。針對現(xiàn)有運載火箭的研制生產(chǎn)、測試發(fā)射中暴露出來的薄弱環(huán)節(jié)，以及潛在的故障隱患，提出解決途徑。對現(xiàn)有型號運載火箭持續(xù)進(jìn)行“三化”設(shè)計改進(jìn)，降低成本，提高適應(yīng)性，提高我國運載火箭在國際衛(wèi)星發(fā)射市場上的競爭能力。

　　此外，隨著運載火箭發(fā)射次數(shù)的增加，內(nèi)陸發(fā)射場的航區(qū)安全問題備受關(guān)注，通常運載火箭總體方案設(shè)計時為選擇合適的落區(qū)及保證星箭測控條件，要犧牲掉部分運載能力。采用助推器落區(qū)可控回收技術(shù)后，可以有效解決落區(qū)安全問題，提高運載火箭的運載能力，并為重復(fù)使用助推器的研發(fā)積累技術(shù)基礎(chǔ)。預(yù)計未來30年內(nèi)，采用翼傘技術(shù)或有翼滑翔技術(shù)的大型捆綁式運載火箭液體助推器可控回收技術(shù)將取得突破性進(jìn)展。

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　?。?） 加快發(fā)展新一代運載火箭系列。

　　新一代運載火箭作為我國現(xiàn)役長征系列運載火箭的更新?lián)Q代產(chǎn)品，旨在全面提高中國運載火箭的整體水平和能力，保持我國運載技術(shù)在世界航天領(lǐng)域的地位。新一代運載火箭采用無毒、無污染推進(jìn)劑，采用大直徑結(jié)構(gòu)、大推力發(fā)動機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，大幅度提高運載能力，低軌最大運載能力達(dá)到20t 級、G T0 最大運載能力達(dá)到10t 級；實現(xiàn)型號的“三化”設(shè)計，具備低成本、高可靠、測試操作方便的優(yōu)點，建成后的型譜化系列能適應(yīng)發(fā)射不同有效載荷的要求。

　　我國新一代運載火箭按照“立足長遠(yuǎn)、統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)先發(fā)展、分布實施”的發(fā)展原則，遵循“1 個系列、2 種發(fā)動機(jī)、3 個模塊”的總體思路，通過模塊化組合方式，可以形成包括5m直徑大型運載火箭、3.35m 直徑中型運載火箭和小型運載火箭在內(nèi)的6種大型運載、6 種中型運載、2 種小型運載的火箭系列。為避免型譜間運載能力交叉重疊，初步選定新一代小型運載火箭、新一代中型運載火箭、新一代大型運載火箭三型運載火箭進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，同時配合先進(jìn)上面級的研制，可以進(jìn)一步提高新一代運載火箭系列的運載能力和任務(wù)適應(yīng)性[2,4]。

　　新一代大型運載火箭的定位是用于發(fā)射載人航天工程空間站、月球探測第三期和低軌遙感大平臺等特殊的大型航天器載荷，也可用于發(fā)射大型地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星。目前優(yōu)先發(fā)展的C Z -5 運載火箭為低軌運載能力最大的兩級半構(gòu)型運載火箭，其芯一級采用5m 直模塊，安裝2 臺50t 級推力的氫氧發(fā)動機(jī)（Y F -77），發(fā)動機(jī)雙向擺動；芯二級采用改進(jìn)的CZ-3A 三子級氫氧發(fā)動機(jī)（YF-75D）作為主動力，可以2 次啟動，發(fā)動機(jī)雙擺；助推級采用4 個3.35m 直徑模塊，安裝2 臺120t 級推力的液氧煤油發(fā)動機(jī)（YF -100）；整流罩直徑5.2m，長約20m。全箭總長約62m，起飛重量802t，起飛推力約1066.8t，該構(gòu)型火箭的地球同步軌道轉(zhuǎn)移運載能力約為12t 級，其綜合性能指標(biāo)將達(dá)到國際上主流運載火箭水平[3,4]。

　　未來可通過改變助推器模塊來構(gòu)成滿足不同運載能力需求的CZ-5新一代大運載火箭系列。如以一級半構(gòu)型為基礎(chǔ)（即去掉芯二級），捆綁2 個3.35m 模塊和2 個2.25m 模塊，LEO 運載能力可達(dá)18t ；捆綁4 個2.25m 模塊，LEO 運載能力可達(dá)10t ；以CZ-5 二級半構(gòu)型為基礎(chǔ)，捆綁2 個3.35m 模塊和2 個2.25m 模塊，GTO運載能力可達(dá)10t，捆綁4 個2.25m模塊，GTO 運載能力可達(dá)6t[2,4]。

　?。?）以研制先進(jìn)上面級為切入點，逐步具備多星部署及軌道機(jī)動能力。

　　軌道機(jī)動能力是未來發(fā)展深空探測及空間軌道服務(wù)能力的基礎(chǔ)。預(yù)計未來發(fā)展目標(biāo)是具有較強的軌道機(jī)動能力，可以完成軌道轉(zhuǎn)移、在軌服務(wù)、在軌駐留等空間任務(wù)。主要包括2 個方面：第一步是研制先進(jìn)上面級提高新一代運載火箭的任務(wù)適用范圍，顯著增強運載能力。通過研制先進(jìn)上面級可以突破上面級長期在軌過程中需解決的熱控、能源、數(shù)噸級推進(jìn)劑的能量管理、低溫推進(jìn)劑的蒸發(fā)量控制等關(guān)鍵技術(shù)，具備多星發(fā)射能力，拓展對不同有效載荷發(fā)射任務(wù)的適應(yīng)性；第二步是發(fā)展軌道機(jī)動飛行器，獲取長期在軌、大機(jī)動、強自主空間運輸平臺技術(shù)能力。通過系統(tǒng)集成進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的飛行演示驗證，逐步掌握空間機(jī)動平臺技術(shù)、載荷技術(shù)，為實現(xiàn)軌道運輸、在軌部署、空間服務(wù)等應(yīng)用任務(wù)奠定基礎(chǔ)[5]。

　　（4）針對特殊應(yīng)用需求，發(fā)展重型運載火箭和小型固體運載火箭。

　　·重型運載火箭。

　　為滿足載人登月任務(wù)的需求，需要具備奔月軌道50t 的運載能力。目前有2 種技術(shù)途徑，第一種方案可在新一代運載火箭技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，發(fā)展起飛重量1000t 級的三級半構(gòu)型的運載火箭超大型運載火箭，分3 次或者2 次將有效載荷送入環(huán)月軌道后對接后實施登月；第二種方案發(fā)展起飛重量3000t 級的重型運載火箭，直接將有效載荷送入環(huán)月軌道。初步分析，由于空間多次對接組裝技術(shù)難度較大、可靠性低、操作復(fù)雜，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，然而國內(nèi)在120t 級液氧煤油發(fā)動機(jī)和50t 級液氫液氧發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展更大推力規(guī)模的液體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)較好，因此預(yù)計未來30 年內(nèi)我國將重點發(fā)展起飛重量為3000t 級的重型運載火箭，將近地軌道運載能力拓展到100t 級以上[3]。

　　·小型固體運載火箭。

　　小型固體運載火箭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，射前免加注，操作靈活簡單，因此較為適合應(yīng)急快速發(fā)射的需求；但是受制于機(jī)動發(fā)射平臺承載重量的限制，目前國內(nèi)小型固體運載火箭的運載能力普遍偏低。在未來30 年國內(nèi)新一代大飛機(jī)等平臺技術(shù)都將得到突破性進(jìn)展，電氣系統(tǒng)集成一體化技術(shù)、星箭快速測試發(fā)射技術(shù)等也將得到進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展，為發(fā)展車載發(fā)射、空中發(fā)射等不同發(fā)射方式的小型運載火箭奠定技術(shù)基礎(chǔ)，預(yù)測未來小型固體運載火箭的測試發(fā)射周期將縮短至小時，級運載能力將得到顯著提高。

　?。?）以亞軌道重復(fù)使用運載器研制起步，逐步突破關(guān)鍵技術(shù)并開展演示驗證。

　　重復(fù)使用運載技術(shù)是實現(xiàn)快速、機(jī)動、可靠、安全、廉價進(jìn)出空間的重要手段，也是航天運輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。由于單級入軌技術(shù)難度較大，目前是以火箭動力為基礎(chǔ)的亞軌道重復(fù)使用運載器為切入點，降低對發(fā)動機(jī)、先進(jìn)結(jié)構(gòu)和材料的技術(shù)要求。利用亞軌道飛行演示驗證、在軌飛行演示驗證逐步突破重復(fù)使用運載器的關(guān)鍵技術(shù)；對飛行試驗成果進(jìn)行評估，完成技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，研制實用型的亞軌道重復(fù)使用運載器、軌道級重復(fù)使用運載器，重點突破重復(fù)使用運載器研制、運行使用與維護(hù)技術(shù)、健康監(jiān)測與故障管理等。此外，通過重點發(fā)展通用再入飛行器，可對高超聲速再入關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜合演示驗證；通過發(fā)展高超聲速巡航飛行器，可對吸氣式發(fā)動機(jī)為動力的跨大氣層飛行器技術(shù)進(jìn)行牽引發(fā)展[5]。

　?。?）新概念飛行器有望得到持續(xù)關(guān)注和發(fā)展。未來的航天運載技術(shù)將更加體現(xiàn)出導(dǎo)彈與運載技術(shù)融合、衛(wèi)星與運載技術(shù)融合、航空與航天技術(shù)融合發(fā)展的趨勢。基于形狀記憶合金的智能材料技術(shù)與仿生撲翼飛行器控制技術(shù)的發(fā)展，將推動智能可變形飛行器的應(yīng)用；基于核推進(jìn)、電推進(jìn)、離子推進(jìn)等新型推進(jìn)技術(shù)的新概念飛行器也將得到持續(xù)的關(guān)注和發(fā)展。

　　未來關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展預(yù)測

　　未來30 年內(nèi)，以先進(jìn)推進(jìn)和動力技術(shù)、先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)、先進(jìn)信息、通信與電子技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)為代表的一批基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)將取得重大突破，從而推動中國航天運載技術(shù)的快速發(fā)展。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　?。?）先進(jìn)推進(jìn)和動力技術(shù)。

　　目前長征系列運載火箭主要使用的是基于四氧化二氮和偏二甲肼常規(guī)推進(jìn)劑的液體火箭發(fā)動機(jī)，新一代系列運載火箭將主要使用120t 的液氧煤油發(fā)動機(jī)和50t 的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)。預(yù)計未來30 年內(nèi)，在運載器的主動力方面，以高性能高可靠大推力的液氧/ 烴和液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)、低成本大直徑大推力的固體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)、可重復(fù)使用液體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)、超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)、組合循環(huán)發(fā)動機(jī)技術(shù)為代表的主動力技術(shù)有望獲得工程化應(yīng)用；在運載器的空間推進(jìn)方面，以空間在軌加注技術(shù)、電推進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)核動力技術(shù)等為代表的空間推進(jìn)和動力技術(shù)等將取得重大突破；此外，在新概念推進(jìn)方面，繩系推進(jìn)、激光推進(jìn)、微波束能推進(jìn)、離子推進(jìn)、太陽帆推進(jìn)、反物質(zhì)推進(jìn)等一批基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)將不斷取得進(jìn)展。

　?。?） 先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)。

　　發(fā)展先進(jìn)的材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)是提高運載器運載系數(shù)、提高產(chǎn)品可靠性和質(zhì)量、降低產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵因素，也是衡量航天運載技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。預(yù)計未來30 年，在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料技術(shù)方面，高性能鋁鋰合金及輕質(zhì)高性能貯箱和氣瓶材料技術(shù)有望廣泛應(yīng)用，運載火箭的結(jié)構(gòu)重量預(yù)計可以減輕10% ～ 15% ；可重復(fù)使用輕質(zhì)高性能鋰鋁合金及其貯箱、低溫輕質(zhì)高強復(fù)合氣瓶技術(shù)將取得重大突破；在高性能金屬結(jié)構(gòu)材料技術(shù)方面，用于先進(jìn)氫氧火箭發(fā)動機(jī)、液氧/ 烴發(fā)動機(jī)等先進(jìn)液體火箭發(fā)動機(jī)殼體材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)將取得重大突破；在熱防熱材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)方面，針對重復(fù)使用運載器系統(tǒng)鼻錐、翼前緣及機(jī)身大面積等關(guān)鍵部位，可重復(fù)使用碳/ 碳、超高溫陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料、金屬和陶瓷等非燒蝕熱防護(hù)材料及結(jié)構(gòu)技術(shù)將取得重大突破；在特種功能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)方面，輕質(zhì)高效的多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)、可重復(fù)使用的透波/ 隔熱/ 承載材料及結(jié)構(gòu)技術(shù)有望取得顯著進(jìn)展。

　?。?） 先進(jìn)信息、通信及電子技術(shù)。

　　信息、通信及電子技術(shù)是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的航天技術(shù)之一。在運載器的天地信息處理與通信方面，預(yù)測未來30 年，基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)中繼和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的多種測控手段協(xié)同的天基測控技術(shù)、自由空間光通信技術(shù)、保密通信技術(shù)、高頻率的3G 寬帶通信技術(shù)、箭載智能天線技術(shù)、天地一體信息處理和應(yīng)用技術(shù)將得到工程化實質(zhì)性應(yīng)用；在航天運載器的電子技術(shù)方面，高精度、高可靠、集成化、自動化、一體化是未來的主要發(fā)展方向，預(yù)計未來30 年在低成本高速率總線技術(shù)、高精度的慣性儀表技術(shù)、基于多模芯片的航天電子系統(tǒng)集成化技術(shù)、基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的慣性導(dǎo)航技術(shù)、微納傳感器技術(shù)、可重復(fù)使用運載器的健康監(jiān)測與故障診斷技術(shù)等方面將取得重大突破。

　　（4） 先進(jìn)制造技術(shù)。

　　先進(jìn)高性能運載器的設(shè)計必須以先進(jìn)制造技術(shù)為基礎(chǔ)才能實現(xiàn)。未來航天制造技術(shù)正在從常規(guī)制造、傳統(tǒng)制造向非常規(guī)制造、綠色制造、極端制造方向發(fā)展。航天極端制造主要表現(xiàn)在巨結(jié)構(gòu)制造和微細(xì)制造，例如發(fā)展重型運載火箭所需的巨直徑箭體制造技術(shù)，以及基于MEMS 技術(shù)的微小型飛行器制造技術(shù)等；非常規(guī)制造主要是向采用高強鎂合金及超高強鋁合金等難成形材料的有翼升力體外形及可變外形飛行器制造技術(shù)等方向發(fā)展。預(yù)計未來30 年在先進(jìn)航天運載器的超精密和納米加工技術(shù)、特種合金的精密鑄造技術(shù)、高效精密去除性加工技術(shù)、先進(jìn)連接技術(shù)、表面工程技術(shù)、無損檢測技術(shù)、裝配測試技術(shù)、關(guān)鍵工藝裝備研制技術(shù)以及現(xiàn)代集成制造技術(shù)等方面將取得突破性進(jìn)展。

　　未來30 年是中國航天運載事業(yè)發(fā)展難得的戰(zhàn)略機(jī)遇期，隨著國家新一代運載火箭重大專項工程的順利實施，我國的航天運載技術(shù)必將取得長足發(fā)展。在以市場需求為牽引，以技術(shù)進(jìn)步為推動的發(fā)展模式指導(dǎo)下，可以預(yù)測：未來30 年后我國的航天運輸系統(tǒng)構(gòu)成將進(jìn)一步豐富，形成包括一次性運載火箭、軌道轉(zhuǎn)移飛行器、天地往返運輸重復(fù)使用運載器在內(nèi)的綜合航天運輸體系，具備批量制造及高密度發(fā)射、大規(guī)模進(jìn)入空間、按需快速發(fā)射、軌道機(jī)動運輸及重復(fù)使用天地往返運輸?shù)饶芰?，滿足國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的需求。