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美國(guó)航空航天局公布2015年版《NASA技術(shù)路線(xiàn)圖》

NASA Issues 2015 NASA Technology Roadmaps

廖小剛（中國(guó)國(guó)防科技信息中心）

1　《路線(xiàn)圖》研究制定的背景

2015年版《路線(xiàn)圖》由NASA首席技術(shù)專(zhuān)家辦公室聯(lián)合NASA各研究中心及其他政府部門(mén)歷時(shí)近2年共同完成。

組織機(jī)構(gòu)

《路線(xiàn)圖》的研究制定由NASA首席技術(shù)專(zhuān)家辦公室組織實(shí)施，每個(gè)領(lǐng)域由一個(gè)專(zhuān)家組負(fù)責(zé)，專(zhuān)家組設(shè)兩名主席，包括8～10名領(lǐng)域?qū)＜遥ㄖ饕獊?lái)自NASA下屬的研究中心和NASA的首席技術(shù)專(zhuān)家辦公室）。在制定過(guò)程中，專(zhuān)家組還得到NASA載人探索與運(yùn)行任務(wù)委員會(huì)（HEOMD）、空間技術(shù)任務(wù)委員會(huì)（STMD）、科學(xué)任務(wù)委員會(huì)（SMD）和航空研究任務(wù)委員會(huì)（ARMD）的技術(shù)支持。

制定過(guò)程

2013年6月，NASA召開(kāi)由科研院所、工業(yè)界以及其他政府部門(mén)參加的技術(shù)交流會(huì)議，建議對(duì)2012年版技術(shù)路線(xiàn)圖進(jìn)行修訂。2014年，NASA組建了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜医M，開(kāi)始《路線(xiàn)圖》的起草工作。各領(lǐng)域?qū)＜医M于2014年完成初稿后，NASA組織了《路線(xiàn)圖》的內(nèi)部評(píng)審，其下屬十大研究中心也分別對(duì)《路線(xiàn)圖》的候選技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充與調(diào)整；2015年春，《路線(xiàn)圖》進(jìn)行公示，征求其他政府部門(mén)、商業(yè)企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和公眾意見(jiàn)。

制定依據(jù)

《路線(xiàn)圖》制訂的依據(jù)主要有兩個(gè)：一是基于載人探索與運(yùn)行任務(wù)委員會(huì)、空間技術(shù)任務(wù)委員會(huì)、科學(xué)任務(wù)委員會(huì)和航空研究任務(wù)委員會(huì)提供的未來(lái)20年NASA將要執(zhí)行和可能執(zhí)行的所有飛行試驗(yàn)任務(wù),其中包括8項(xiàng)載人探索任務(wù)、38項(xiàng)科學(xué)任務(wù)以及16項(xiàng)航空戰(zhàn)略任務(wù)，各領(lǐng)域?qū)＜医M據(jù)此提出各個(gè)領(lǐng)域完成上述試驗(yàn)任務(wù)所需要的能力，并基于對(duì)目前的能力缺陷與彌補(bǔ)缺陷所需要的潛在技術(shù)進(jìn)行研究，最終確定了15大技術(shù)領(lǐng)域的候選技術(shù)。二是基于“NASA的能力驅(qū)動(dòng)框架”確定非航空領(lǐng)域的候選技術(shù)。該框架主要用于指導(dǎo)除航空領(lǐng)域以外其余的14個(gè)技術(shù)領(lǐng)域研究工作的開(kāi)展，其關(guān)注的是一系列核心的能力而非某個(gè)特定的飛行任務(wù)，其目標(biāo)是通過(guò)漸進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)載人登陸火星的終極目標(biāo)。

主要用途

NASA發(fā)布《路線(xiàn)圖》主要基于現(xiàn)實(shí)目的和理想意義兩點(diǎn)考慮：最直接的現(xiàn)實(shí)目的是，該《路線(xiàn)圖》可幫助指導(dǎo)NASA《戰(zhàn)略性空間技術(shù)投資計(jì)劃》（SSTIP）的制定。《戰(zhàn)略性空間技術(shù)投資計(jì)劃》是NASA為完成其任務(wù)、使命和國(guó)家目標(biāo)，根據(jù)其技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略制定的行動(dòng)計(jì)劃，將具體確定技術(shù)路線(xiàn)圖中各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先順序以及具體技術(shù)的投資數(shù)額；間接的理想意義則是希望《路線(xiàn)圖》的發(fā)布，可以增強(qiáng)公眾對(duì)NASA未來(lái)技術(shù)發(fā)展的認(rèn)知度，創(chuàng)造出更多、更具創(chuàng)新性的解決方案，不僅幫助NASA發(fā)展更強(qiáng)大的空間探索和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的能力，更是鼓勵(lì)更多機(jī)構(gòu)和人員參與美國(guó)未來(lái)的航天項(xiàng)目。

鑒于當(dāng)今技術(shù)的快速發(fā)展以及NASA的需求變化，《戰(zhàn)略性空間技術(shù)投資計(jì)劃》每?jī)赡旮乱淮?。其下一次修訂將包括NASA所有技術(shù)領(lǐng)域以及更新后的技術(shù)路線(xiàn)圖，并且將改名為NASA《戰(zhàn)略技術(shù)投資計(jì)劃》（STIP）?！堵肪€(xiàn)圖》將成為《戰(zhàn)略技術(shù)投資計(jì)劃》的基本組成部分。

2　《路線(xiàn)圖》主要內(nèi)容

《路線(xiàn)圖》側(cè)重于技術(shù)的應(yīng)用研究和研發(fā)活動(dòng)，而不涉及基礎(chǔ)研究，全文共分16個(gè)分報(bào)告。第一分報(bào)告為概述，包括《路線(xiàn)圖》的總論、交叉技術(shù)與索引等內(nèi)容，簡(jiǎn)要介紹了《路線(xiàn)圖》產(chǎn)生的背景、目的及形成過(guò)程，并重點(diǎn)闡釋了一些涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的交叉技術(shù)。第二至第十六分報(bào)告分別對(duì)應(yīng)15個(gè)一級(jí)技術(shù)領(lǐng)域，每個(gè)一級(jí)技術(shù)領(lǐng)域的路線(xiàn)圖自成一章，分別概述了各技術(shù)領(lǐng)域中最先進(jìn)的技術(shù)能力、目標(biāo)性能及推薦技術(shù)，并介紹了各技術(shù)的潛在影響并給出了各項(xiàng)技術(shù)所能應(yīng)用的任務(wù)列表。

技術(shù)領(lǐng)域增加到15個(gè)

《路線(xiàn)圖》采用“技術(shù)領(lǐng)域分解框架”對(duì)每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行具體技術(shù)的組織與細(xì)化工作，分為四層結(jié)構(gòu)：第一層為各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域（也稱(chēng)1級(jí)技術(shù)）；第二層為該技術(shù)領(lǐng)域的下屬子領(lǐng)域（也稱(chēng)2級(jí)技術(shù)）；第三層為各個(gè)子領(lǐng)域下屬的技術(shù)集（也稱(chēng)3級(jí)技術(shù)）；第四層為各項(xiàng)具體的候選技術(shù)（也稱(chēng)4級(jí)技術(shù)）。每項(xiàng)候選技術(shù)都是一項(xiàng)獨(dú)立的、具有支持NASA未來(lái)20年各個(gè)飛行任務(wù)的潛力技術(shù)，在其候選技術(shù)簡(jiǎn)介中包含以下三方面信息：技術(shù)簡(jiǎn)介，包括技術(shù)描述、技術(shù)挑戰(zhàn)、附屬技術(shù)、最先進(jìn)的技術(shù)水平和技術(shù)性能目標(biāo)；能力簡(jiǎn)介，包括能力描述，最先進(jìn)的能力水平及其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)性能；相關(guān)聯(lián)的任務(wù)，任務(wù)對(duì)技術(shù)的需求時(shí)間，以及技術(shù)預(yù)計(jì)成熟時(shí)間。

在2012年版技術(shù)路線(xiàn)圖的基礎(chǔ)上，2015年版《路線(xiàn)圖》新增航空技術(shù)領(lǐng)域（這主要是因?yàn)楹娇疹I(lǐng)域也屬于NASA的研究范圍），這樣1級(jí)技術(shù)就從14個(gè)增加到15個(gè)。除增加1項(xiàng)1級(jí)技術(shù)外，同時(shí)還新增2級(jí)技術(shù)7項(xiàng)、3級(jí)技術(shù)66項(xiàng)、4級(jí)技術(shù)1273項(xiàng)。其中4級(jí)技術(shù)在2012年版中并未出現(xiàn)，此次是全新增加。

15個(gè)技術(shù)領(lǐng)域（1級(jí)技術(shù)）分別為：發(fā)射推進(jìn)系統(tǒng)；空間推進(jìn)系統(tǒng)；空間電源與能源儲(chǔ)存；機(jī)器人與自主系統(tǒng)；通信、導(dǎo)航、軌道碎片與編目系統(tǒng)；人員健康、生命保障與居住系統(tǒng)；載人探索目的地系統(tǒng)；科學(xué)儀器、觀測(cè)與傳感器系統(tǒng)；進(jìn)入、下降及著陸系統(tǒng)；納米技術(shù)；建模、仿真、信息技術(shù)與處理；材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)與制造；地面與發(fā)射系統(tǒng)；熱管理系統(tǒng)；航空。

關(guān)注交叉技術(shù)領(lǐng)域的候選技術(shù)分析

在對(duì)2012年版技術(shù)路線(xiàn)圖的評(píng)審過(guò)程中，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)認(rèn)為，很多候選技術(shù)可以屬于多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，只將其劃分為一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域是不完整的。針對(duì)國(guó)家研究委員會(huì)的評(píng)審意見(jiàn)，《路線(xiàn)圖》專(zhuān)門(mén)設(shè)立交叉技術(shù)領(lǐng)域章節(jié)，首先確定出9個(gè)跨多技術(shù)領(lǐng)域的交叉技術(shù)領(lǐng)域，然后詳細(xì)分析每個(gè)交叉技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)特征，并詳細(xì)列出了可支持該交叉技術(shù)領(lǐng)域的候選技術(shù)。這9個(gè)交叉技術(shù)領(lǐng)域分別為自主系統(tǒng)與人工智能技術(shù)、航空電子、出艙活動(dòng)、信息技術(shù)、原位資源利用技術(shù)、軌道碎片、輻射與空間氣象、傳感器、熱防護(hù)系統(tǒng)。

根據(jù)作用的發(fā)揮，支持特定交叉領(lǐng)域的候選技術(shù)還分為兩類(lèi)：一類(lèi)是使能技術(shù)，即該技術(shù)可滿(mǎn)足任務(wù)需要，并符合特定飛行試驗(yàn)任務(wù)的成本與時(shí)間進(jìn)度要求；另一類(lèi)是增強(qiáng)技術(shù)，即不直接服務(wù)某個(gè)特定任務(wù)，但可極大提高整體的技術(shù)狀態(tài)與水平。

各候選技術(shù)領(lǐng)域中支持“漸近火星行動(dòng)”的關(guān)鍵技術(shù)組合

重點(diǎn)關(guān)注支持“漸近火星行動(dòng)”的候選技術(shù)

“漸近火星行動(dòng)”（EMC）是NASA正在開(kāi)展的一系列系統(tǒng)分析，以確定人類(lèi)登陸火星所需的能力，以實(shí)現(xiàn)人類(lèi)在21世紀(jì)30年代登陸火星。這些系統(tǒng)分析將有助于制定更靈活的、與能力發(fā)展和科學(xué)發(fā)現(xiàn)以及不斷變化的政策環(huán)境相適應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略。

續(xù)表

好奇號(hào)火星車(chē)在火星探測(cè)

準(zhǔn)備進(jìn)行試驗(yàn)性飛行的“獵戶(hù)座”飛船

3　幾點(diǎn)看法

為支持美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬提出的“登陸火星”的目標(biāo)，NASA積極發(fā)展載人航天創(chuàng)新技術(shù)，推動(dòng)國(guó)家航天探索整體能力提升。為加強(qiáng)技術(shù)發(fā)展的頂層規(guī)劃，NASA通過(guò)定期發(fā)布和更新《NASA技術(shù)路線(xiàn)圖》，詳細(xì)規(guī)劃與指導(dǎo)具體技術(shù)的研發(fā)與投資。相比2012年的技術(shù)路線(xiàn)圖，2015年版《路線(xiàn)圖》不僅在內(nèi)容上進(jìn)行較大的調(diào)整和充實(shí)，其指導(dǎo)NASA未來(lái)技術(shù)研發(fā)工作如何開(kāi)展的意義更大。

一是《路線(xiàn)圖》介紹的候選技術(shù)不僅全面而且更加具體。《路線(xiàn)圖》基本涵蓋了NASA未來(lái)發(fā)展的所有技術(shù)領(lǐng)域，并首次從交叉技術(shù)領(lǐng)域、“漸近火星行動(dòng)”等維度對(duì)各個(gè)候選技術(shù)進(jìn)行闡述；首次詳細(xì)對(duì)外公布1273項(xiàng)候選技術(shù)（4級(jí)技術(shù)），包括技術(shù)描述、技術(shù)成熟度、能力目標(biāo)等相關(guān)內(nèi)容，便于公眾和各研究機(jī)構(gòu)更充分地了解NASA未來(lái)的技術(shù)研發(fā)，使得整個(gè)《路線(xiàn)圖》更具可操作性和可實(shí)施性。

二是《路線(xiàn)圖》的戰(zhàn)略指導(dǎo)性更加明確。《路線(xiàn)圖》的制定原則明確是以任務(wù)為牽引、能力為基礎(chǔ)，關(guān)注的是美國(guó)未來(lái)20年及更長(zhǎng)時(shí)期重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)方向，所有候選技術(shù)都是可以幫助完成NASA 的2015-2035年的飛行試驗(yàn)任務(wù)，同時(shí)又可以提高NASA的核心探索能力，以最終實(shí)現(xiàn)載人登陸火星這一終極目標(biāo)。

三是《路線(xiàn)圖》的引領(lǐng)作用更強(qiáng)?！堵肪€(xiàn)圖》是以NASA為主導(dǎo)，充分吸納其他政府機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、大型企業(yè)等意見(jiàn)形成的，未來(lái)還會(huì)通過(guò)美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)組織的獨(dú)立評(píng)審，因此能夠確保繼續(xù)引領(lǐng)美國(guó)民用航天技術(shù)未來(lái)的正確發(fā)展方向。

綜上所述，《路線(xiàn)圖》制定依據(jù)非常清晰，對(duì)NASA未來(lái)實(shí)際工作的指導(dǎo)意義十分明確，且介紹的候選技術(shù)更加全面和詳細(xì)，對(duì)于分析與預(yù)測(cè)NASA未來(lái)技術(shù)發(fā)展，乃至NASA未來(lái)開(kāi)展的火星探測(cè)活動(dòng)、星際殖民等活動(dòng)具有巨大的借鑒意義。

未來(lái)的“航天發(fā)射系統(tǒng)”構(gòu)想圖