2020年前沿科技發展態勢及2021年趨勢展望——航空篇

世界航空領域2020年態勢總結

全球航空產業進入蕭條期，主要國家紛紛出臺政策，以支持航空產業穩定發展。在航空運營市場方面，新冠疫情使全球航班大面積停飛，機隊大幅削減，航空公司大量裁員，民航客運市場陷入低迷。國際機場理事會（ACI）發布報告稱，新冠疫情將使2020年全球客運量減少五分之二，機場收入減少約50%。美國航空公司、達美航空公司及聯合航空公司停飛航班超過60%。德國漢莎、法國航空及愛爾蘭航空等歐洲航空公司航空載客量均下降近90%。亞洲地區航空公司的客運航班量也均下降50%以上。在航空產業鏈方面，受疫情影響全球主要航空制造公司及供應商正面臨生產延期、訂單銳減及大幅裁員等問題。美國波音公司裁員規模超過10%。法國空客公司多地工廠遭遇短期停工，預計2020年飛機交付量將同比下降25%。英國羅羅公司預測全球寬體發動機需求銳減，宣布放棄2020年度的盈利、交付及現金儲備計劃，并停止股東分紅。為維持航空業穩定，主要國家紛紛出臺救濟政策，美國為航空業提供880億美元救助和貸款，并要求接受援助的航空公司不得大量裁員，以維護航空業穩定。法國政府為空客、法航及其他航空工業公司提供約150億歐元資金支持，以穩定就業和保障航空技術研發。英國制定2020~2025年航空公司復蘇計劃，以加快恢復其國際航空業務。

美俄等持續推進空中作戰平臺和裝備的研發、測試及演練，為構建空中優勢奠定基礎。在無人機方面，美國對“小精靈”無人機開展飛行試驗，展示首架具備人工智能技術的“忠誠僚機”原型機，并開展“天空博格人”原型機研制，以推進協同作戰技術發展。俄羅斯首次展示新型隱身無人作戰飛機“雷霆”，并擬投資40億盧布推進“獵人”無人機研發，繼續探索有人/無人新型作戰模式。英國空軍正式組建“蜂群無人機”中隊，開展無人機防御能力研究，以應對無人機威脅。法國利用“神經元”無人機與“陣風”戰斗機開展協同作戰測試，以研究實戰環境下無人機的作戰能力。

在作戰飛機方面，美軍擬在未來5年投入76億美元，用于研發“下一代空中主宰”戰斗機，以取代現役的F-22戰機。美軍啟動新型遠程艦載機研發項目，計劃在2030年代替換 F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰機和EA-18G“咆哮者”電子攻擊機，以提高海軍核動力航母艦載航空兵的作戰范圍。美國利用B-1B、B-2及B-52轟炸機多次演練奔襲亞太地區的洲際空襲能力，驗證遠程部署打擊能力，提升戰略威懾。美空軍利用F-15E和F-35A戰機完成B61-12核彈飛行試驗，以豐富空中核打擊手段。俄羅斯開始制造“未來遠程航空系統”首架原型機，并推進“產品30”發動機的試驗工作，以優化蘇-57戰斗機的綜合飛行性能。法德政府授予空客等制造商“未來作戰航空系統”項目合同，推進項目進入演示驗證階段，擬于2026年實現戰機試飛。日本選定三菱重工為F-X戰機主承包商，將為戰機研制提供5.56億美元支持，并擬在2035年實現列裝。英國公布了“暴風”戰斗機三維模型，計劃于2030年實現交付。印度開展新型戰機AMCA的設計工作，擬在2025年實現戰機首飛任務。

在高超聲速武器方面，美軍推進“吸氣式高超聲速武器概念”（HAWC）和“空射快速響應武器”（ARRW）高超聲速導彈研究，并對兩型導彈開展系留測試，加速高超聲速武器實用化進程。美國建立“高超聲速生產加速中心”（HPAF），以降低武器研制成本，并提升武器研制速度。美澳兩國將聯合開發SCIFiRE機載吸氣式遠程高超聲速導彈，計劃在5~10年內投入實用。俄羅斯將在圖-160戰略轟炸機上裝備“匕首”高超聲速導彈，并擬在2024年前使第712航空兵團換裝該型導彈，以增強俄空中戰略威懾力量。俄羅斯多次對“鋯石”高超聲速導彈開展試射，并首次公開展示“先鋒”高超聲速導彈。日本公布高超聲速武器研發線路圖，將研發高超聲速巡航導彈和超高速滑翔射彈兩類高超聲速系統，并擬在2024~2028年完成兩型武器的初期研制。印度成功試射“高超聲速技術驗證飛行器”（HSTCV），并建成高超聲速風洞（HWT）。

前沿科技在航空領域的探索應用不斷加深，將顛覆現有空戰模式。在人工智能技術方面，美軍計劃利用人工智能技術提升情報、監視與偵察（ISR）和空戰任務規劃能力，改善其全球機動能力和后勤補給水平。美國利用智能空戰軟件在“阿爾法格斗”比賽中擊敗了具有2000多小時飛行經驗的戰斗機飛行員。DARPA推進“空戰演進”項目研究，通過改進算法和作戰對抗能力，推進空戰系統的智能化發展。歐洲啟動人工智能通信/雷達項目，以提升部隊在復雜電磁頻譜環境下的感知和監視能力。在5G技術方面，美國選定希爾空軍基地、珍珠港-西卡姆聯合基地及內利斯空軍基地等12個軍事基地開展5G技術試驗和測試，并擬于2021年初全面投入運營。美軍希望利用5G技術提高網絡信息體系構建效率和感知通信能力，為保持軍事優勢提供關鍵支持。在量子技術方面，美空軍舉辦虛擬量子對撞機活動，并為15家企業提供3500萬美元獎金，以探索量子技術的潛在軍事用途，促進量子技術在未來航空領域的發展。印度啟用先進軍用技術研究實驗室，對量子和人工智能等前沿科技開展研究。

世界航空領域2021年趨勢展望

民用航空市場中短期將持續低迷。在全球新冠疫情尚未得到有效控制的情況下，機場限入和工廠臨時停工停產成為常態，并導致出行需求下滑和供應鏈斷裂。國際航空運輸協會（IATA）預測，新冠疫情將導致全球航空業在2020年度虧損840億美元，2021年度虧損158億美元，而全球航空業或將在2024年恢復正常水平。全球旅行和數據分析公司Cirium發布報告，將2020~2039年全球新飛機的交付量由47915架下調至43315架，下降幅度達8%。整體看，航空客運市場和航空制造業在2021年將面臨持續挑戰。

綠色航空技術將成為引領航空產業發展的新動力。目前，全球航空業正在從基于通過提高燃油效率減少碳排放的漸進式改革向開發新的低碳推進技術與新燃料的革命性變革方向轉變，以從根本上解決低碳排放問題。國際民航組織理事會通過了旨在促進新型發動機采用減排技術、進一步降低發動機對環境影響的新的發動機設計標準。歐盟委員會提出建立“潔凈航空伙伴關系”倡議，將收集在潔凈航空領域的顛覆性技術，幫助其實現綠色航空目標。歐洲空客公司公開展示了世界首架零排放商用飛機的3種設計概念，分別代表了實現零排放飛行的不同技術途徑，旨在通過探索各種動力技術和氣動布局，率先在整個民用航空業實現脫碳。英國將撥款2億英鎊，用于研制新型發動機、機翼和高效電力系統，以推動綠色航空技術發展。未來，在低碳目標的牽引下，以電力和氫燃料為代表的綠色航空技術將成為發展方向，引發航空產業新變革。

人工智能、云計算和大數據等前沿數字技術將助力航空裝備實現飛躍發展。航空能力是維護國家安全的關鍵戰略要素之一，而利用人工智能等前沿科技可大幅提升航空裝備的作業/作戰性能。新美國安全中心在《國防技術戰略》報告中指出，美國應優先投資云計算、人工智能、自主系統和信息技術等前沿科技，以滿足軍事需求，搶占未來軍事優勢。美軍撥付300億美元，用于發展“數字空軍”戰略，幫助美軍構建未來數字架構建設。美軍希望利用大數據技術提升戰略空運能力，為全球作戰提供人員和裝備保障。歐洲防務局計劃于2021年啟動“在復雜對抗電磁戰環境中應用的基于人工智能強化的通信/雷達系統”研究項目，將利用人工智能優化頻譜態勢感知與監視能力。英國推出智能制造技術加速器項目，旨在利用人工智能和機器學習等技術推動制造行業的數字化，幫助制造商提高生產效率，并提升關鍵技術轉化能力。人工智能、云計算和大數據等前沿科技與航空裝備的深入融合，將加快航空裝備迭代進程，并將顛覆現有作戰模式。

2020年前沿科技發展態勢及2021年趨勢展望——航天篇

世界航天領域2020年趨勢總結

美國發布頂層戰略規劃，謀求太空發展絕對優勢。美國發布《國防航天戰略》和新版《國家太空政策》文件，為美國航天領域未來10年的發展提供全面指導，并將太空視為戰略發展重點，要求美國保持制天權。美國總統簽發“5號航天指令”和“6號航天指令”，計劃提升太空系統的網絡安全性，并將加強太空核動力和推進技術發展，以維持太空領域的技術領先優勢。

太空軍事化進程加速演進，太空武器研發和部署加快。美國太空軍發布首份作戰條令《太空力量》，首次從物理、網絡及認知維度對太空領域進行全面剖析，為其深化太空領域的軍事部署奠定基礎；美國成立“三角洲”和“守備隊”，將針對具體任務和行動開展訓練，以為作戰部隊提供保障；美國成立太空行動司令部，負責維護和保障軍事衛星的安全，并為美軍全球作戰提供支援；美國研發出“小林丸”太空跟蹤系統，啟用了太空監視雷達站“太空籬笆”和首套太空攻擊武器系統“反通信系統Block 10.2”，進一步提升了美國太空攻防能力，強化太空威懾。俄羅斯計劃對國家太空監視系統進行改進，將重點提升系統信息探測和數據處理能力，加強太空綜合保障能力建設；俄羅斯研制出“努多利河”機動式反衛星系統，并利用該系統發射直升式反衛星導彈，對其實戰性能進行測試；北約在德國拉姆斯泰因空軍基地建立北約太空中心，將為北約的太空行動提供支持，分享信息和協調相關活動，并將幫助北約開展太空軍事理論研究。英國任命首位太空司令部司令，組建內閣級國家太空委員會，并啟動太空司令部的建設，以領導英國全面開展太空能力建設，保護英國的太空利益。法國成立太空司令部，并將空軍改名為空天軍，以打造獨立的太空能力。日本正式組建太空部隊，并將構建天基預警系統，以提升對高超聲速和彈道導彈等威脅目標的探測預警能力，加強太空防御能力建設。

美國強化與盟友太空合作，太空聯合對抗初見端倪。美太空司令部正式接管“奧林匹克防衛者行動”項目，將與盟友構建太空聯盟，共同強化太空威懾能力以應對中俄太空威脅；已于8月簽協議向英國防部開放用于預測在軌物體運行軌跡的標準天體動力學算法庫（SAAL）。美國在《太空行動規劃指南》中指出，要擴大美軍與盟國的合作，為太空力量的發展和壯大提供幫助。美國以“阿爾忒彌斯協定”為抓手，先后與加、日、意等9國簽署協定，共同為美國“重返月球”項目提供支持。美太空軍建立主管伙伴關系辦公室，旨在擴大與澳、日、英、法、德等盟國的太空合作伙伴關系。美國計劃與日本構建太空情報共享網絡，并幫助日本培養太空軍事行動人員，繼續深化雙方在太空領域的合作。美國與印度簽署《在太空態勢感知領域開展科學合作》諒解備忘錄，雙方將在太空態勢感知技術研發和地面監視設施建設等方面開展合作。

低軌小衛星星座建設進入起步階段，將成為新時期太空戰略爭奪的制高點。美國SpaceX公司通過16次發射成功將953顆“星鏈”衛星送入軌道，并在內部測試中為用戶提供了4G水平的天基互聯網服務；美國亞馬遜公司的“柯伊伯”星座獲得美國聯邦通信委員會審批，將部署由約3200顆衛星組網的互聯網星座；美軍啟動下一代太空體系架構建設，希望加快太空系統架構轉變，為美軍實現聯合多域作戰提供關鍵支持；英國和印度聯合收購OneWeb公司，并于12月恢復發射，成功發射36顆組網衛星，使OneWeb星座在軌衛星總數達110顆，將為政府和企業提供商業通信服務。俄羅斯計劃于2021年起著手實施“球體”計劃，將打造由640顆衛星組成的衛星星座，將可提供定位、雷達探測及通信等服務。歐洲計劃投資60億歐元構建衛星互聯網星座，將為政府機構和偏遠地區提供安全通信和互聯網服務，并將使歐洲在衛星互聯網競賽中保持競爭力。

深空探測密集開展，月球、火星及小行星成為探索熱點。美國發布《月球持續探索與開發規劃》和《深空探索與發展新時代》報告，指出美國將于2023年抵達近月空間，2024年再次實現載人登月，此后還將在月球南極建設“阿爾忒彌斯”營地，開展長期經濟與科技活動，并支持21世紀30年代的首次載人登火；美國發布“鼓勵國際社會支持回收和利用太空資源”行政令，并計劃采購由商業公司收集的月球樣品，為美國商業航天企業進入太空資源開發領域提供支持；NASA發布“阿爾忒彌斯”探月計劃協定，要求參與該計劃的國家遵守協定原則，以保障月球探索有序開展。俄羅斯計劃與歐洲航天局開展合作，擬在2025年前完成3次落月任務，并對月球極地和土壤環境開展研究。日本“火星衛星探測”任務進入全面研制階段，將首次嘗試把“火衛一”樣品送回地球；日本小行星探測器“隼鳥2號”釋放的返回艙攜帶“龍宮”小行星樣本于12月成功返回地球。中國成功發射“天問一號”火星探測器和“嫦娥五號”月球探測器，前者使中國實現第一次自主火星探測任務，后者成功實施無人月面取樣返回任務，使中國成為繼美俄之后第三個取得月球樣本的國家。阿聯酋研究火星氣候的“希望”號探測器乘日本H-ⅡA運載火箭于7月升空。

世界航天領域2021年趨勢展望

在航天戰略方面，美國將繼續推進太空軍建設，以發展獨立的作戰和情報能力，并將充分借助商業航天力量，強化太空系統能力。同時，美國將利用“重返月球”計劃，加大對國內科研和生產力量的整合，以引領新一輪科學技術發展，并將借“阿爾忒彌斯協定”深化與盟國在太空領域的合作，構筑太空聯盟利益共同體，以維護太空霸權。北約將在美國帶領下，繼續深入推進太空軍事化進程，提升太空能力，以對抗俄羅斯。俄羅斯將繼續完善現有太空系統，并著力發展非對稱技術和深空探索能力，以應對北約太空威脅和深空探索競賽。日本將進一步深化與美國在太空領域的合作，借機提升太空監測和感知能力，以保衛國家安全。印度將在立足大國戰略競爭的背景下，重點發展軍事太空能力，力圖打造軍事航天強國。

在應用衛星方面：（1）美國計劃于2021年利用“發射1號”火箭執行“太空測試計劃”-S28（STP-S28）發射任務，擬分3次將44顆小衛星送入軌道。（2）美國計劃于2021年發射“黑杰克”項目實驗衛星，將利用超算處理芯片在軌開展相關驗證工作。（3）美國將于2021年把一臺導彈預警傳感器集成到衛星平臺上，開展在軌試驗，以提升對高超聲速武器的探測和跟蹤能力。（4）美國計劃為低軌衛星裝備LINK-16數據鏈，將于2021年3月開展低軌通信試驗，以提升跨域通信能力。（5）SpaceX公司擬于2021年中期為印度提供衛星互聯網服務。（6）英國OneWeb公司擬于2021年開始提供初期衛星互聯網服務。（7）俄羅斯擬于2021年開始部署衛星互聯網星座。（8）美國軌道工廠與太空飛行公司計劃于2021年將第一顆“衛星加油站”衛星送入軌道，擬進入太陽同步軌道為衛星提供在軌加油服務。（9）歐洲將于2021年對衛星互聯網星座開展研究。

在運載火箭方面：（1）美國聯合發射聯盟公司將于2021年完成“火神-半人馬”火箭的首次發射任務。（2）美國“航天發射系統”（SLS）超重型火箭將于2021年執行首次發射任務。（3）歐洲“阿里安-6”火箭將于2021~2022年執行首次發射任務。

在載人航天方面：（1）印度擬于2021年底執行首次載人航天飛行任務。（2）美國SapceX公司擬于2021~2022年開展首次載人太空旅行任務。（3）美國藍色起源公司的“新謝潑德”火箭計劃于2021年完成首次商業載人飛行任務。

在深空探索方面：（1）美國計劃于2021年完成無人繞月任務，為2024年實施“重返月球”項目奠定基礎；（2）俄羅斯計劃于2021年10月發射“月球”25號探測器，對月球兩極地區開展科學探測；（3）阿聯酋“希望”號火星探測器預計于2021年2月抵達火星軌道，對火星大氣層開展探測。（4）美國“毅力號”火星探測器將于2021年2月抵達火星的杰澤羅隕石坑，將對火星開展地質探測；（5）中國“天問一號”火星探測器將于2021年2月登陸火星，對火星地形、地貌及大氣等環境開展科學探測；（6）印度將于2021年發射“月船”3號探測器，再次嘗試完成月球軟著陸任務。