张伟 （中国航天工业科学技术咨询有限公司）

携手共进：“航天4.0”时代的开启

Hand in Hand：We Step forward Space 4.0

张伟 （中国航天工业科学技术咨询有限公司）

2016年11月，欧洲航天局（ESA）正式对外发布“航天4.0”概念。强调世界航天发展正进入一个新的时代—“航天4.0”时代。在这个时代，航天发展越来越依赖于政府、企业、公民等社会各界的力量。为此，欧洲应加快欧洲航天政策一体化进程，全面整合欧洲航天界和其他社会各界力量，从太空科学、商业航天、对地观测、深空探测等多个方面着手，将欧洲打造成具有全球竞争力的航天力量。对此，笔者认为在新的全球形势下，欧洲当局已充分认识到航天活动在整合欧洲各方利益、凝聚欧洲社会共识、推动欧洲一体化方面所具有的独特作用。“航天4.0”概念不仅是对早前颁布的《欧洲航天战略》的响应，更通过全面的布局、清晰的目标，为欧洲航天确立了未来5年的发展方向。尽管在执行过程中可能面临着诸如英国脱欧、同类机构竞争等诸多挑战，但“航天4.0”概念无疑将给欧洲航天和世界航天发展注入新的动力。

1 前言

2016年是世界航天发展史上特别的一年。在这一年里，世界各主要航天力量相继颁布重大航天政策或规划。作为世界航天大家庭中的重要一员，欧洲的举措无疑更值得关注。欧洲不仅公布了最新的航天发展战略，从宏观层面描绘了未来欧洲航天发展途径，还出台了《欧洲航天战略》的“执行计划”——“航天4.0”，就具体的发展目标、计划内容和预期影响作了详细的阐述。本文针对“航天4.0”出台的原因、核心内容以及可能面临的挑战及应对之策作出简要介绍与分析。

2 “航天4.0”概念的出台

2016年11月，ESA正式对外发布“航天4.0”概念。ESA选在此时出台这样一个文件，其直接原因是同年10月《欧洲航天战略》的公布。因而，“航天4.0”概念可以看作是《欧洲航天战略》的后续执行计划。“航天4.0”概念的出台有着复杂的时代背景，主要可概括为三点：全球商业航天热潮的来临；“工业4.0”席卷欧洲；欧洲一体化面临危机。

1）全球商业航天蓬勃发展成为“航天4.0”概念出台的最重要原因。对于ESA来说，资金无疑是阻碍欧洲航天发展的最大障碍。由于ESA自身所存在的局限，它很难从各成员国政府那里获得可观的资金支持。因而，ESA只能另辟蹊径。近年来，全球航天市场持续发展壮大，保持繁荣向上的态势。根据2016年6月美国航天基金会（SF）发布的第11版《航天报告》显示，2015年全球航天产业收入较上一年（3290亿美元）有小幅度降低，但仍达到了3229.4亿美元。这其中，商业市场收入约2464.2亿美元，占全行业总收入近80%。就欧洲而言，2015年，欧洲航天业实现营业收入75.3亿欧元，较上一年增长4.3%。在欧洲经济整体低迷的情况下，航天业的增长成为少有的亮点。为促进欧洲航天整体的发展，2014-2020年，ESA在航天领域内的投入将超过120亿欧元。从内容上看，ESA所发布的“航天4.0”概念无疑是一项全面而宏大的航天发展规划，所需资金也绝非ESA所公布的长期预算能支撑下来的。加入到全球商业航天大潮中，ESA既能通过商业活动获得发展所需资金，推动航天整体发展，又能使航天发展更好地回馈到欧洲社会之中，获得欧洲民众支持。总而言之，全球商业航天的发展为欧洲航天发展提供了新机遇，成为“航天4.0”概念出台的最重要原因。

2）“工业4.0”在欧洲开展得如火如荼是“航天4.0”概念出台的又一重要原因。在欧洲历史上，一直有一种“传统”，即决策者习惯于通过制定特定产业政策，特别是针对支柱行业的产业政策，以求刺激并带动整个经济体系的复苏与发展。自欧洲一体化进程启动以来，航天产业常常成为欧洲决策者作出此类决策时的首选项。无论20世纪70年代“阿里安”（Ariane）火箭的研制，还是21世纪初“伽利略”（Galileo）计划的实施，其中都搭载着“振兴欧洲经济”的特殊载荷。此番欧洲决策者提出“航天4.0”概念，无疑带有牵引“工业4.0”进一步发展的意味。“工业4.0”被广泛誉为“第四次工业革命”，最早由欧洲传统制造业强国德国在2011年提出。2010年，对于欧洲制造业来说是具有转折意义的一年。在这一年，欧洲工业产值占总产值比重持续10年的下滑趋势得到遏制，较上一年占比上升0.8个百分点，达到15.2%。此后，借助“工业4.0”的东风，欧洲制造业总体呈现出缓慢复苏进程。2016年，欧洲工业产值占总产值比重达到16.0%，创近9年来新高。“工业4.0”寄托着欧洲制造业复兴的使命，而“航天4.0”将为“工业4.0”注入强大动力。

3）欧洲一体化进程受挫成为推动“航天4.0”概念出台的另一大推动力。2016年英国脱欧的出现是英国对于欧洲大陆长期存在“离心力”的总爆发，也可以说是，欧洲一体化政策在促进英国的“欧洲意识”方面几近失败。这种失败之所以会出现，是因为欧洲一体化政策长期以来的“有名无实”。具体而言，自2007年《里斯本条约》出台后，欧洲在一体化进程中所取得的实质性成果寥寥，使得各国对欧洲一体化成功的信心备受打击，“欧洲意识”日益淡薄。在此时景下，欧洲大规模发展航天事业有其充分的理由。首先，欧洲是近代科学的发源地，各国公民普遍拥有较高的科学素养，对重大科学活动有较高的关注度和接纳度；其次，尽管航天是一项高风险、高投入的活动，但在商业航天如火如荼的当下，欧洲通过进一步发展航天先进技术，不仅有可能收回高额成本，还能取得可观的经济回报；最后，“航天4.0”从始至终都在强调其是在突出“欧洲”、依托“欧洲”、发展“欧洲”，增强欧洲在世界上的地位。总而言之，“航天4.0”将有助于凝聚“欧洲”共识，整合“欧洲”利益，团结“欧洲”力量，使欧洲一体化摆脱困境，走向胜利。

3 “航天4.0”概念的内容

“航天4.0”概念认为继“航天1.0”、“航天2.0”、“航天3.0”之后，“航天4.0”时代正向我们走来。在“航天4.0”时代，太空不再是少数几个航天国家的政府所有，而是为全世界越来越多的航天参与者所拥有的热土。这些参与者可以是私有企业、可以是学者，也可以是各行各业以及各个阶层的公民。这种参与是数字化的，是一种全球范围内的互动。“航天4.0”标志着全球航天工业进入到了一个新纪元，是一座新竞技场。“航天4.0”开启了政府与私营企业、社会以及政界互动的序幕。实现上述目标需要一个与欧洲社会经济组织紧密相连的可持续的欧洲航天产业。为此，航天必须安全可靠，太空进出必须方便快捷。欧洲需要使其科技保持全面而持续的领先。

“航天4.0”还指出，ESA希望在以下几个方面发挥其重要影响：通过知识政策重塑经济形态；创新型社会的形成；航天技术与非航天技术融合的潮流形成；航天应用进入并服务人们日常生活的进程；个体赋能；提升政府治理效能（如电子政务）；应对各种不平等现象；提高欧洲国际地位（特别是在经济发展方面）；通过航天合作取得的成就，提振信心，增进欧洲认同，构建包容性社会。

具体而言，“航天4.0”文件的正文从计划目标、计划内容和计划影响3个维度来描述其有关计划内容，分别涉及太空科学、对地观测、电信及其综合应用、卫星导航、运载火箭、载人航天与机器人探索、通用技术、太空安全与太空交通管理8个方面。

太空科学

通过执行“胡夫”（CHEOPS）计划、发射“贝皮-科伦坡”（Bepi Colombo）探测器与“欧几里得”（Euclid）探测器、协助美国发射“詹姆斯-韦伯空间望远镜”（JWST）等活动，使欧洲科技处于并维持在世界前列，成为全欧洲获得鼓舞、保持魅力、获取动力的永恒来源，成为欧洲航天技术与航天能力获取与维护的支柱，从而证明欧洲在相应领域处于世界前列，回应当前基础科学领域里的挑战，并形成一个充满生机并长期处于世界基础性科研前沿的科学群体。同时，通过近距离展示航天科学计划所带来的独特成果，彰显欧洲的卓越性，进而为欧洲的创新与发展作出重要贡献。

在对地观测方面，主要包含3个计划。

（1）对地观测一揽子计划（第五期）

此项计划主要目标是通过开展新的科学对地观测任务与数据探索计划，推动地球科学发展，获取地球最新知识。主要内容有：①下一代对地观测任务准备工作与工具，包括“哥白尼”（Copernicus）系统航天组件升级；②地球探测器，包括“生物量”（Biomass，发射/运营）、“荧光”（FLEX，研发/发射）、地球探索者-9（Earth Explorer-9，甄选/研发）、地球探索者-10（甄选），以及“暗含性任务”（mission of opportunity）的可行性研究；③与阿根廷联合研发Saocom-CS（阿根廷微波观测卫星）；④启动“北极星”（Polaris）任务（极地监测）的准备工作；⑤支持联合国2030议程中可持续发展的航天应用。

（2）欧洲地球监测计划—全球关键性气候变量监测+3（GMECV+3）

此项计划主要目标是希望扩展并完善全球关键性气候变量（GECV）记录，以支持气候科学与气候政策。主要内容包括：从欧洲对地观测计划中获得最新长期气候记录；增加欧洲在国际气候变化评估小组的影响力；为气候模型与气候服务提供关键性输入；气候科学取得重大进展；“后联合国气候大会”（第21届）更完善的政策执行力度。

（3）欧洲地球监测计划—“阿提修斯”（ALTlUS）计划

此项计划主要目标是开发并进行一次小型任务，操作监控平流层臭氧基本情况。主要内容包括：一次附带的对地观测操作任务；一台前所未有的大气测深仪；发布2021-2024年准确的臭氧层概况信息。

电信及其综合应用

（1）核心竞争力计划

此项计划主要目标是支持增强欧洲与加拿大航天行业在全球市场上的竞争力，培育出具有世界级竞争力的行业生态系统，跟踪新兴航天系统（特别是星座）所引发的突发性事件。主要内容包括：为建立一套稳定的电信行业长期计划，为“通信系统预先研究”（ARTES）计划的未来做好准备；“通信系统预先研究”的核心竞争力。一系列在全球通信卫星市场上富有竞争力的产品与应用，使欧洲通信卫星行业成为全球近地轨道通信卫星星座升级及其他商业机会有竞争力的供应方。ESA将提供财政支持和行业资讯，用公正的方式共同管理上述活动。

（2）“通信系统预先研究”（ARTES）合作计划

该计划具体包括6个：“伊莱克特拉”（Electra）计划、“冰”（ICE）计划、“先锋”（Pioneer）计划、“政府卫星通信先驱”（GOVESATCOM Precursor）计划、“山猫”（Lynxsat）计划，以及“艾登”（Aidan）计划。计划的主要内容包括：运营符合新的市场潮流的、符合终端用户预期的、配有最新基础设施的下一代通信卫星移动系统；积极推进“新星”（Neosat）计划，与欧洲卫星公司（SES）、德国不莱梅轨道高技术系统股份公司（OHB）联合研制质量3t左右的全电推进地球静止轨道通信卫星平台；拥有更快捷的数据传输服务，更高效的机器到机器的应用服务，以及广播和多路广播功能等。

卫星导航

“导航创新与支撑计划”（NAVISP）意图联合ESA各成员国以及卫星导航全价值链上的行业力量，催生革命性提议，以巩固欧洲现有卫星导航业的基础。“导航创新与支撑计划”将助推欧洲航天业继续在竞争激烈、形势多变的全球卫星导航市场上取得成功，支撑欧洲定位、导航与授时（PNT）技术和服务，进而帮助各成员国实现国家目标，提升卫星导航业能力。

运载火箭

在运载火箭及发射方面，包含以下六部分内容：

（1）欧洲航天港

2017-2021年，ESA继续向圭亚那库鲁航天中心（CSG）及有关发射服务提供资金支持，确保圭亚那库鲁航天中心能够实施发射服务，使欧洲航天港保持运行，由此能够使进入太空变得可靠、经济，并保持独立性。

（2）“运载火箭利用与伴随计划”（LEAP）

该计划希望通过执行“运载火箭利用与伴随计划”，确保阿里安-5与“织女星”（Vega）运载火箭在技术上和经济上的可持续性，特别是阿里安-5运载火箭的可持续利用。

（3）“航天骑士”（Space Rider）计划

ESA计划通过该计划，研发一套经济的、可重复使用的、终端到终端的航天运输集成服务系统（“航天骑士”），由织女星-C火箭负责发射。通过使用一套可重复使用的系统，向不同航天应用、不同轨道高度和倾斜度运送载荷。“航天骑士”将使欧洲拥有独立的、常态化的往返近地轨道的能力。“航天骑士”将在2020年首次发射。

（4）织女星-E火箭预备计划

该计划意图继续推进织女星-E火箭（新型号“织女星”火箭）研制的准备工作，特别是针对液氧/甲烷发动机的准备工作；用新型发动机替代现有“织女星”火箭上面级的契法罗-9（Zefiro-9）和“姿态游标”（AVUM）发动机，以更好的性能和更廉价的成本适应市场需求，减少对欧洲以外火箭发动机的依赖；执行“小型飞行器任务服务”（SSMS）计划，满足持续增长的小卫星市场需求；细化“织女星”火箭新上面级“维纳斯”（VENUS）电推舱段的设计活动。

（5）“未来运载火箭预备计划”（FLPP）

该计划希望通过完成超低成本发动机样机[“普罗米修斯”（Prometheus）]验证、液氧/甲烷测试台建设等工作，为未来的运载火箭储备低研发成本、低生产成本的技术，缩短运载火箭研制周期（少于5年），以及更低的研发风险，进而推动行业及新加入的ESA成员国参与未来火箭的研发进程。

（6）“轻卫星、低成本发射”（LLL）计划

该计划主要内容是希望通过扩大“织女星”/织女星-C和阿里安-6运载火箭的发射服务订单，满足低于500kg轻卫星的发射需求，降低小型任务的发射服务成本。围绕“织女星”/织女星-C和阿里安-6运载火箭，在发射轻卫星方面，提供适时的、有竞争力的和标准化的发射服务解决方案。

载人航天与机器人探索

在载人航天与机器人探索领域，“航天4.0”概念主要提及的计划是“欧洲探索极限计划”（E3P）。其主要内容是希望尽快形成政治决定，联合国际上的伙伴，使“国际空间站”（ISS）运行到2024年；确保“欧洲探索极限计划”第一阶段（2017-2019）的预算获得批准，到2020年将开展下列7项主要活动：“国际空间站”、“火星生物学”(ExoMars)、“月球资源着陆器”（Luna-Resource Lander）、未来人类探索（Future Human Exploration）、太空环境科学（SciSpacE）、“探索准备、研究与技术”（ExPeRT）、商业合作（Commercial Partnerships），从而使欧洲在全球太空探索中占据中心位置，拥有基础科学和应用科学最新成果，并提供引人注目的全球探索愿景，丰富社会知识，激励下一代人。

通用技术

在航天通用技术领域，“航天4.0”概念主要提及的计划是“通用支持技术计划”（GSTP）。该计划希望通过保障任务成功，采用跨领域技术、大数据技术、突破性技术，促进欧洲航天业增长，以使得ESA的创新链无缝连接，从基础性活动的研发到成熟技术应用，到所有航天技术领域内的产品和ESA的所有计划中。通过提供先进的技术和创新性产品，为所有欧洲和加拿大的航天任务及行业内商业的成功做出贡献。在与其他行业合作中，促进技术孵化和技术孵出，如商业孵化中心。

太空安全与太空交通管理

在太空安全与太空交通管理方面，“航天4.0”概念主要有以下三方面内容：

（1）（小行星）脱离轨道、偏离轨道/拖拽

在完成任务定义后，在2019年开始执行第一次太空垃圾主动清除任务，将一块较大的由ESA负责的太空垃圾清离轨道。

（2）行星撞击

计划2020年发射撞击飞行器，2022年撞击迪蒂莫斯（Didymos）小行星。为美国航空航天局（NASA）的“自主交会技术验证”（DART）撞击器提供一次伴随观测任务和小型着陆器着陆任务。该撞击器将撞击迪蒂莫斯双小行星的小卫星。

（3）“空间态势感知”（SSA）计划

该计划将基于现有和将有的太空资产（如新太空气象预报工具），提供太空气象预报服务，并在此基础上，执行拉格朗日点（L1或L5）飞行任务，主导执行一次载荷任务；近地目标调查望远镜网络；搭载“空间态势感知”载荷的小卫星（低于100kg）。通过该计划，使欧洲拥有监控太空环境中对在轨飞行器、航天员以及地面设备安全构成威胁的自然灾害和人为灾害的能力。

4 “航天4.0”概念的落实与挑战

一项计划能否达到预期的效果，完全取决于其执行的彻底程度。“航天4.0”概念是ESA在太空领域提出的一项宏大计划，其所面临的最主要的挑战也是执行。对于“航天4.0”概念最终能否达到其预期影响，笔者持一种谨慎乐观的态度，原因如下。

“航天4.0”概念是一项发展倡议，而非政策，

具有特殊优势“航天4.0”概念重视发展商业航天，顺应了当前全球商业航天发展趋势

ESA是一个独立于欧盟和各成员国政府的国际政府间科学机构，资金来源主要由两大部分组成：各成员国会费以及欧盟（EU）、欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）和其他机构的赞助。这一点就决定了ESA所受到的外部影响更多的是经济上的，政治上的干预极为有限。因而，从性质上讲，ESA发布的文件不同于一般意义上的政治性组织（国家、政党等）所颁布的决议文件，它的形成完全服从于组织自身的规章流程，不需要成员国或欧盟的批准，时间成本随之降低。决策效率上的优势是ESA区别于其他国家航天局最为根本的一点，也是ESA相较于其他竞争对手最具竞争力的一点。因而，作为一项太空发展倡议，“航天4.0”概念在日后的执行进程中，所受到的政治上的牵扯会变少，执行效率将相应上升。

“航天4.0”概念所提及的发展内容不仅具有很强的科学导向，也包含了非常明显的商业性内容，特别是在第三点—“电信及其综合应用”中，非常明确地就更好地发展欧洲商业航天事业提出“核心竞争力计划”，以及“公私合营“计划等内容。“航天4.0”概念将发展商业航天作为欧洲航天发展重点，顺应了当前全球航天产业及商业航天快速发展的趋势。近10年来，全球航天产业收入总体保持增长态势。与此同时，全球商业航天市场收入与全球政府航天预算之比基本维持在3：1。

2015年，全球商业航天市场收入约2464.2亿美元，已占全球航天经济产值的3/4，并将继续保持快速发展态势。欧洲在通信卫星、航天发射等领域拥有竞争优势。为保持竞争力，通过“航天4.0”概念，促进欧洲商业航天发展，有助于欧洲以更经济的手段获取先进航天技术，提升航天能力，实现航天经济可持续发展，以确保欧洲在全球航天领域内的领先地位。

“航天4.0”概念执行所依靠的力量来自欧洲航天企业等市场主体，利益一致性与执行力强

ESA是一家国际性机构，与各成员国政府之间关系相对独立。“航天4.0”概念本身作为一份“非政策性”文件，对成员国政府不具有强制约束力，因而，文件缺乏足够执行力。为此，要想实现“航天4.0”概念所制定的目标，就要充分利用其他社会力量。

“航天4.0”概念重视发展商业航天，既是当今全球航天发展的大势所趋，也是希望通过与各市场主体在利益上保持一致，从而调动包括航天企业在内的市场主体参与到“航天4.0”概念中来，发挥积极影响，携手共进。通过各种航天项目创造出商业机会，吸引市场力量参与。在实现自身航天发展目标的同时，也使各参与主体获得实际利益。同时，“航天4.0”还通过“公私合营”计划，从机制上理顺公共机构与私人企业间的合作关系，探索出一条“公私合营”合作模式下适合欧洲的合作发展道路，确保此类合作的常态化。

“航天4.0”概念执行所依靠的力量来自欧洲航天企业等市场主体，这一特点有助于将公共机构与个体的利益捆绑在一起，解决资金不足问题，有效避免“政策”在自上而下“落地”过程中所出现的“打折扣”情况—因个体利益与公共利益冲突而在执行过程中选择损害公共利益。

来自其他欧洲空间机构的竞争

“航天4.0”概念未来在执行过程中所面临的最大挑战是来自其他欧洲空间机构的竞争。当前，ESA是欧洲航天领域中最具专业影响力的机构，但却长期独立于欧盟这一地区最具政治影响力的地区政治实体。长期以来，ESA和欧盟在发展战略、项目计划等方面缺乏统一的协调和管理。不仅如此，更大范围内的管理缺失还存在于ESA和欧盟与成员国空间机构、欧洲空间理事会、欧洲空间科学委员会等相关机构之间。

尽管独立于上述机构，但在“航天4.0”概念实际落实过程中，ESA难免会与上述机构发生利益上的牵扯。为此，为避免“航天4.0”概念在执行过程中出现类似“伽利略”计划的情况，ESA需要对此问题认真研究，提前启动专门的协调机制，为“航天4.0”概念的落实保驾护航。

5 总结

“航天4.0”概念是ESA在新的复杂形势下颁布的航天发展倡议，英国脱欧、欧洲难民危机、全欧经济衰退，使得“航天4.0”概念在促进欧洲航天发展之外，肩负起了更多的社会意义。“航天4.0”概念重视商业航天发展，意图通过商业航天手段，全面促进欧洲航天科学与航天技术进步，推动欧洲航天经济可持续发展，增强欧洲航天在全球航天圈中的综合竞争力。尽管还面临着来自其他同类机构的竞争，但这一困难将随着欧洲全球地位上升而迎来解决的良机，“统一的欧洲空间机构”也将在不久的将来应运而生。