“太空 +” 时代来临，有哪些新赛道值得关注？

据媒体最近报道，“十五五”时期，我国将谋划推动太空旅游、太空数智基础设施、太空资源开发、太空交通管理等新领域发展。那么，这些领域将催生哪些全新的市场机遇？为此，科研工作者需要攻克哪些技术难关？

太空“航班”造福旅游

遨游太空，俯瞰地球家园壮丽风光，是大众梦寐以求的身心享受，也为太空旅游市场奠定了旺盛的需求。我国也将实现亚轨道太空旅游航班化运营，并逐步拓展轨道级太空旅游业务。参考国外同行经验，我国发展太空旅游事业，涉及两大关键技术：一是研制合适的亚轨道和轨道级载人飞行器；二是健全航班化运营体系，可持续地运作、开发太空旅游市场。具体来说，亚轨道载人飞行器会飞到约80～100公里高度，让乘客短暂体验太空失重状态。轨道级载人飞行器有必要加速到约7.9公里/秒的第一宇宙速度，通常会进入200～400公里高度的近地轨道。两者提供的太空旅游内容也大不一样。亚轨道载人飞行器强调快速完成“上升-返回”流程，帮助乘客从太空边缘俯瞰地球弧线与黑色深空，体会数分钟奇妙失重感。轨道级载人飞行器则要在太空中滞留数小时甚至数天，必要时还会对接空间站，让乘客尝试一些微重力环境下的太空专属游乐项目。想要促使太空旅游市场加速扩大，最终普惠大众，尽快以数量级降低“船票”价格势在必行。因此，载人航天航班化运营将是大势所趋。就像高铁每班列车会在每天固定时刻发车，按计划驶向目的地，而载人飞行器未来也将进入航班化运营的新阶段。这意味着，载人/货运航天器需要频繁发射、回收，回归交通工具的基本属性。为此，可回收复用火箭及飞船、组合动力空天飞机等运输工具将加速发展成熟，配合在轨服务航天器，确保更多人员和物资以更低的单位成本往返于天地之间。未来，轨道级“换乘站”、空间站特殊舱段也有可能面世，帮助乘客们中途调整、换乘，接力飞向更遥远的“旅游景点”。
▲ 亚轨道载人飞行器开展太空旅游效果图

光伏助力“算力上天”

未来，我国将建设吉瓦级太空数智基础设施，构建“云、边、端一体”太空体系架构，实现算力、存力、运力等深度融合，赋能“天数天算”“地数天算”“天地同算”。那么，“算力上天”有哪些好处？又面临哪些挑战呢？当前，各类卫星服务飞速发展，传统上卫星需要先将原始数据传回地面处理，再转交客户使用。然而，随着传感器性能进步，卫星日常产生的原始数据往往是太比特级，下行传输需要消耗数小时甚至数天。以往先传回、再处理的模式容易造成系统响应滞后，很难满足应急救灾等实时需求。因此，借助在轨卫星或星座，建设“太空算力中心”或“算力集群”，有望实现数据在轨生成、在轨处理，再将数据量小得多的处理结果下传到地面数据中心，甚至直接发送到用户终端，从而显著提升应急响应能力，扩大服务覆盖范围。有观点认为，“算力上天”是应对数据爆炸性增长、全球智能服务需求升级与地面算力、能源瓶颈的系统性破局之策。当前，社会生产与大众生活越来越离不开大型服务器、超级数据中心等。特别是人工智能时代大潮涌动，导致全社会对算力的需求持续飙升，随之而来的是对电力、能源近乎无限的渴求。然而，地面设施发电能力提升受到各种因素制约。例如，可控核聚变技术被寄予厚望，但实用化、产业化仍面临不容忽视的难题。还要考虑到，地面数据中心的电源使用效率存在较大的提升空间，近三分之一电力可能被消耗在散热上。相比之下，卫星的光伏设备摆脱地球大气层“干扰”后，光照条件更稳定，吸收的太阳能密度将是地面同等条件下的数倍，发电过程将更持续、更可靠。而且，太空低温环境有助于解决散热问题。换句话说，在太空光伏帮助下，“算力上天”更有机会实现工程闭环与成本可控，收获近似“零碳算力”。不过，这一切的前提是轨道级航天发射能力大幅提升，单位成本显著下降，确保大量具备人工智能和光伏设备的计算卫星尽快入轨运行。显然，可回收复用火箭、快速周转的箭星超级工厂等将迎来“用武之地”。
▲ 太空计算星座与地面设施协作示意图

挖掘太空“聚宝盆”

目前，我国已启动“天工开物”重大专项论证，计划通过建设太空资源开发综合实验和地面支持系统，突破小天体资源勘查、智能自主开采、低成本转移运输、在轨处理等关键技术，逐步实现从基础能力建设到全面深空资源利用的目标。对于外星球蕴藏的矿产、水冰等深空资源，怎样有效开发？简单来说，要解决3个问题：找到目标资源；“挖出”资源并原位利用；将高价值资源或加工成果运往目的地。当前，国际航天界主要依赖光谱分析和雷达成像来勘探外星球资源，往往受限于探测距离和分辨率。未来，更高灵敏度的传感器和人工智能辅助的数据分析技术有望在勘探任务中发挥关键作用。有方案提出，将外星球表面划分为若干区域，释放“蜂群”无人机，自主完成各区域的地形、地质、气象等信息采集，再借助先进算法处理、融合海量数据，从而在较短的时间内掌握外星球资源分布情况，提高对潜在高价值目标区域的分析效率。值得注意的是，在重力情况复杂、高辐射、极端温差的深空环境中，传统采矿设备难以正常使用。因此，航天科研人员有必要“跨界”合作，研制出轻量化、高可靠性的外星球自主采矿系统，实现自主决策和采矿作业。例如，在现有月球资源原位勘测、自动采样和封装设备的基础上，可以进一步优化设备的耐久性，降低能耗，提升智能水平，催生更适应复杂地质条件的采矿设备。想要低成本转移运输高价值资源和加工成果，高性价比的太空接驳运输系统必不可少。未来，使用化学推进剂的可回收复用重型/大型火箭有望充当“天地摆渡船”，在外星球与附近轨道的“太空工厂”或“中转站”之间承担往返运载任务。随着航天动力技术革新和深空资源开发范围扩大，基于太阳能或核热推进的新概念航天运载工具或许会在各外星球之间构建起物流“主干道”，形成可持续的深空货运系统。
▲ 太空计算星座与地面设施协作示意图

“交管”护航太空经济

随着航天发射日益频繁，近地轨道越来越“拥挤”和危险。在轨道、频谱资源有限的前提下，我国需要积极参与“太空交通管理”相关国际规则制定工作，开展空间碎片监测、预警、清除等关键技术攻关，以便赢得太空问题治理话语权，维护空间基础设施安全运行。在技术层面，航天科研人员将不断完善天地相关技术能力，主动化解风险。针对空间碎片威胁，通过地基、天基多源信息融合监测及编目工作，为航天器提供可靠的碰撞预警与风险评估。同时，航天器应具备主动规避及防护能力，避免轻易因碰撞失能，甚至产生更多空间碎片。而且，航天器退役之际会严格执行钝化流程，确保安全离轨。此外，加强研究空间碎片清理技术，如机械臂抓取、磁吸、激光烧蚀等，不仅有助于缓解空间碎片威胁，还有潜力开拓全新市场。在政策层面，我国需要健全相关法规体系，明确空间物体登记、轨道资源使用、碎片减缓与责任承担等制度，同时深度参与国际治理工作，推动构建起公平、透明、包容的国际多边规则框架，在轨道分配、数据共享、安全标准等方面争取制度性话语权，保障国家空间资产安全与航天可持续发展。总之，完善“太空交通管理”，涉及技术、法律、外交等领域。我国通过推动制定公平合理的国际规则，将在未来“太空秩序”构建中发挥负责任大国的关键作用，为人类通向星际文明铺垫基石。

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来源/中国航天报、《飞天科普周刊》

文/黎明

编辑/杨斯爽

审核/宿愿

监制/姜军