我国空间应用发展总体构想.docx

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1、一、前言空间应用指针对地球稠密大气层之外的广阔区域,利用空间资源、空间资产、空间特殊条件，在地面或空间直接和间接开展的技术、产品及服务活动的总称。当前，国际格局、全球治理体系、科学技术发展等都在发生深刻变化，空间应用领域新热点不断涌现，有关空间资源的竞争日益激烈。通过通信、导航、遥感卫星的综合应用以及与物联网、大数据、云计算、人工智能等新兴技术进行融合,空间应用的模式及形态得以不断丰富，推动空间资源竞争向月球、小行星甚至更远的深空延伸。空间应用作为航天技术产生经济、社会效益的最前沿，在航天强国建设过程中发挥关键性的支撑作用。目前.，关于航天强国建设、空间应用发展的研究多注重航天运输系统发展路径

2、、航天工业能力、航天前沿技术、空间科学探索等，鲜有研究对我国空间应用发展进行总体构思。开展空间应用的顶层发展研究具有迫切性。本文主要探讨两类空间应用：既有的通信、导航、遥感卫星应用，侧重信息的应用与增值；以资源利用为代表的未来新型应用，涉及领域拓展，如空间站开发、太空旅游、在轨服务、外星球采矿、太空制造等。针对于此，疏理空间应用的国际国内发展态势，分析航天强国建设需求，辨识空间应用面临的挑战，构思空间应用的总体发展思路、重点发展方向，以期为航天强国建设、空间应用综合研究提供参考。二、空间应用的国际发展态势(一)传统空间应用与卫星互联网融合发展趋势明显以空间信息服务为代表的传统空间应用与卫星互联

3、网融合，提供“云+端的高效精准服务。近年来，以亚马逊公司、微软公司为代表的传统信息技术企业,同以SPaCeX为代表的新兴卫星互联网企业融合，推出了面向空间信息传输、存储、挖掘、利用的云服务，以降低卫星运营成本，提升空间信息价值，带来新的增长点。2020年1月，钺星通信公司发布了与亚马逊云科技公司(AWS)合作开发的CIoudConnect服务，将Iridium网络全球覆盖的优势与AWS支持的基础架构和服务广度相结合，使用户可以减少工程时间，降低运营成本。2020年9月，微软公司宣布与国际通信卫星公司(INTELSAT)、欧洲卫星公司(SESGIobaI)国际海事卫星组织(InmarSat)和美

4、国卫讯公司(Viasat)等卫星运营商建立合作伙伴关系，将远程客户直接连接到其光纤链接数据中心的AZUre云网络，通过与通信卫星运营商合作，可以使用宽带卫星更有效地接入云服务，吸引更多的潜在客户。此外，云服务公司还面向商业遥感卫星运营公司推出了空间信息运维云服务，如全球最大的商业遥感卫星公司美国数字地球公司(DigitalGlObe)在2017年己有350多位开发人员在地理空间大数据平台(GBDX)上构建新的应用程序和机器学习算法，希望从大量图像中提取关键信息，以更好地降低成本、拓展用户范围、提升图像价值。(二)空间应用产业不断壮大，空间信息服务仍是主要支柱利用太空高远位置优势，提供通信、导航

5、、遥感等信息服务，仍是当前空间应用产业的主要业态。2021年，全球太空经济总额为3700亿美元，包括公共部门和私营部门活动所产生的价值。从商业航天价值链来看，卫星制造、发射服务、卫星服务商、用户终端以及地面设备、卫星运营，2021年产生的经济总值分别为57亿美元、26亿美元、2120亿美元、730亿美元、22亿美元、132亿美元。其中大部分增长来自于卫星服务商，占比达全球太空经济总额的57.3%,相比2016年增长了21.14%。在美国的太空经济细分产业结构中，信息、制造、政府采购、批发贸易4个行业的占比较大，规模均在300亿美元以上，最大的信息业为600亿美元；其他规模较小的细分行业包括专业

6、服务、零售、教育服务、运输及仓储、建筑、保险金融和地产、文娱、健身、农林渔矿等。由此可见，空间信息服务在规模上占太空经济总额的比重超过1/2。随着信息技术的发展，空间应用的深度和广度也将不断扩展，预计2030年卫星服务商的经济总额可达3490亿美元。空间信息服务发展态势稳健，在未来相当长一段时间内仍是空间应用产业的支柱。(三)新型空间应用已经起步，模式灵活且前景可期随着航天技术的发展，人类进入太空变得可实现，在轨服务、太空旅游等新型空间应用加速涌现。航天器在轨服务是新颖的空间应用方向，通过人、机器人（或类机器人卫星）或两者协同来完成航天器寿命延长、航天器执行任务能力提升等空间操作，主要包括在轨

7、装配、在轨维护、后勤支持、在轨加注、在轨模块更换、空间碎片清理等内容。例如，诺格公司已成功提供两次卫星在轨服务，为卫星延寿和功能升级带来了更多灵活性。空间站拓展了空间应用范围，助力现代科学研究。空间站利用太空独特的高真空、高微重力等特点，可以得到地面科学研究难以获得的结果，因此，各国都逐渐明确以科学应用研究作为载人空间站的一项主要任务。目前，空间站科研应用己经涉及对地观测、材料科学、生物医学和航天技术验证等多个领域。太空旅游引发新的消费需求。随着载人航天技术的不断成熟、空间环境下人类的生存保障能力不断提高，空间旅游逐渐成为现实。2021年，美国维珍银河公司和蓝色起源公司分别开展了亚轨道太空旅行

8、试验，于太空边缘在失重状态下持续约3min以欣赏太空美景，受到了广泛关注。小行星采矿成为近期最有价值的太空探索目标之一。初步探测表明，小行星可能蕴藏着丰富的燃油和贵重金属等矿产资源，如直径约2.5km的3554号小行星可能蕴藏着价值超过20万亿美元的祐和其他金属矿藏。航天技术的不断进步使小行星采矿的可行性越来越高，己有美国的行星资源公司、深空工业公司等商业航天公司开展业务布局。三、我国空间应用的发展形势（一）发展现状我国综合利用不同星座、不同系列的卫星和数据资源，构建了多领域卫星综合应用体系，实现了多源信息的持续获取和综合应用，不断提升了跨领域资源共享与信息综合服务能力。1.服务国家战略与行业

9、发展在美丽中国建设方面,基于定量化、精细化的遥感调查产品，实现了国家级、省级自然保护区动态变化定期监测，完成了全国生态状况变化调查与评估；实现了“三湖水华遥感动态监测；实现了全国秸秆焚烧火点、重点区域灰霾的遥感动态监测；开展了土壤污染重点企业筛选及空间位置遥感核实。在海洋强国建设方面，卫星遥感成为获取全球范围、高频次、高时效海洋观测信息的重要手段，可以提供海洋光学遥感产品、海洋动力环境产品、海上目标监视监测产品等，推动了我国在海洋探测、海洋应用、海洋环境保护等方面的发展。卫星通信在近海、远洋运输方面获得广泛应用，在一些航线和区域的轮船上实现了基于高通量卫星的宽带网络接入。在网络强国建设方面，高

10、轨宽带通信卫星可以提供航空机载、海上船载等移动体互联网接入业务，具体应用涉及入网飞机和船舶等端站己超过5000个，向云南、甘肃、四川等省开展远程教育试点等，成为消除数字鸿沟、填补信息孤岛必不可少的手段。在区域协同发展方面，利用国产卫星遥感数据，开展了京津冀地区的自然资源本底调查，为京津冀协同发展宏观决策和规划编制提供了重要的支撑服务；通过互联网抓取、计算机智能提取、目视解译判读等方法，分析了长江经济带石油化工等企业的空间分布，为长江经济带国土空间规划编制提供了基础数据参考；查明了雄安新区耕地、林地、地表水等因子的面积和分布情况,并开展变化监测，推动雄安新区规划建设。在行业应用方面，卫星遥感应用

11、业务范围不断扩大。目前，遥感卫星数据已在土地、矿产、海洋、测绘和林业等500余项业务中得到应用。具体来看，在数据覆盖方面，全国以年度、季度性覆盖为主，部分区域达到月度覆盖；在数据类型方面，应用了光学、雷达、高光谱、激光等多种数据；在产品类型方面，应用了传感器校正产品、正射纠正产品、融合镶嵌产品、信息解译产品、行业性专题产品等类型。卫星应用的社会服务能力达到了新的高度。2 .空间应用技术不断取得进步通过建设在轨卫星检校场、数据分发共享平台等基础服务平台以及突破小型化、集成化导航芯片等技术，我国空间应用技术不断取得进步，己初步具备全球空间信息服务能力。我国已形成了基于专线、电子政务网和互联网三网合

12、一的不同层次、多类用户的数据分发体系。同时，国家航天局主导设立了中国国家航天局高分卫星16m数据共享服务平台(CNSA-GEO平台)，支持海量数据处理和全球用户同时在线访问和下载。此外，商业航天公司利用云计算虚拟化技术，开发了集数据检索/分发、在线处理、产品分享为一体的综合遥感信息服务平台，用户可以通过网络以按需和易扩展的方式获得所需的数据、产品和服务。在轨卫星校正场已覆盖可见光、红外、激光雷达、微波遥感等多种卫星，每年开展在轨卫星的业务化定标试验，结合交叉定标试验，定期更新与发布各类在轨卫星的定标系数。我国陆续建成绝对辐射校正场、热红外定标场、合成孔径雷达卫星定标场、固定靶标场、数字化几何检

13、校场、低纬度定标场等定标场网设施，初步实现了业务化定标能力，为遥感卫星的定量化应用提供了基础支撑。随着全球导航卫星系统(GNSS)产品市场需求的快速增长，导航芯片小型化、低功耗趋势已日趋明显，集成多媒体和通信功能系统级芯片(SoC)成为重要的技术发展方向。目前的基带芯片技术发展正由全球定位系统(GPS)单系统向GPS+格洛纳斯(GLONASS)+北斗+伽利略(GALILEO)多系统融合应用发展，向低功耗、小型化、高集成度方向发展;芯片工艺从180nm到55nm再到22nm,芯片体积更小、功耗更低，逐步集成其他芯片的功能和应用。2020年9月推出了“北斗+第五代移动通信（5G）的行业应用全新解决

14、方案，利用5G技术使原有的时空信息服务具备了高带宽、低延时、高安全性能力，解决了行业用户的应用需求。2020年12月，新一代支持北斗三号新信号的22nm北斗/GNSS芯片Firebirdll发布，体积更小、功耗更低、精度更高。3 .培育壮大新模式和新业态随着载人航天工程、探月工程等国家重大工程的推进，目前已有2000多项航天技术成果实现了应该转化，具备了太空资源开发能力，推动了太空育种、太空制药、太空材料等新模式和新业态的发展，取得了引人瞩目的产业化成效，受到政府、企业与投资者的关注。太空育种可以使农作物产量提高8%20%,水稻蛋白质含量提高8%12%,青椒的维生素C含量提高15%20%,抗旱

15、、抗涝、抗病能力明显增强。部分太空育种作物已开始大面积推广，为促进农业产业结构调整、增加农民收入和保障食物安全做出了积极贡献。2019年，我国第一家致力于太空资源开采和利用的商业公司起源太空（南京）科技有限公司成立，致力于通过找矿-探矿-落矿-采矿-返回5个阶段，开发利用小行星上丰富的太空矿产资源以及水资源，为人类未来在太空的活动提供物质支持，减轻地球资源开采压力，保护人类的生存环境，拓展人类文明的疆界。未来我国将培育发展太空旅游、太空生物制药、空间碎片清除、空间试验服务等太空经济新业态，提升航天产业规模效益。4 .空间应用产业规模扩大且势头良好随着国家民用空间基础设施建设、北斗卫星导航卫星系

16、统开通，以空间信息为主的产业链逐渐形成，成为国家经济发展的助推器倍增器。2021年，我国卫星导航与位置服务产业总产值为4690亿元，较2020年增长16.29%o20162020年，我国遥感卫星市场规模整体呈现上升趋势，其中2016年市场规模为63亿元，2019年为88亿元，2020年为102亿元。我国卫星通信产业经过多年的发展，形成以大型国有企业和科研院所为主、民营企业及初创公司为辅的卫星通信产业格局。2021年4月中国卫星网络集团有限公司成立，标志着我国在构建低轨卫星通信网络方面迈出了坚实步伐，将加快低轨卫星通信产业发展。（二）需求分析1 .空间应用是航天强国建设的重要内容之一随着两弹一星、载人航天、月球探测等工程实施，以通信、导航、遥感卫星为主体的空间基础设施体系基本建成,在轨卫星资源超过400颗;我国空间技术、空间应用、空间科学蓬勃发展，正在向航天强国前列迈进。面向未来，空间应用理