2020年前沿科技发展态势及2021年趋势展望——航空篇

世界航空领域2020年态势总结

全球航空产业进入萧条期，主要国家纷纷出台政策，以支持航空产业稳定发展。在航空运营市场方面，新冠疫情使全球航班大面积停飞，机队大幅削减，航空公司大量裁员，民航客运市场陷入低迷。国际机场理事会（ACI）发布报告称，新冠疫情将使2020年全球客运量减少五分之二，机场收入减少约50%。美国航空公司、达美航空公司及联合航空公司停飞航班超过60%。德国汉莎、法国航空及爱尔兰航空等欧洲航空公司航空载客量均下降近90%。亚洲地区航空公司的客运航班量也均下降50%以上。在航空产业链方面，受疫情影响全球主要航空制造公司及供应商正面临生产延期、订单锐减及大幅裁员等问题。美国波音公司裁员规模超过10%。法国空客公司多地工厂遭遇短期停工，预计2020年飞机交付量将同比下降25%。英国罗罗公司预测全球宽体发动机需求锐减，宣布放弃2020年度的盈利、交付及现金储备计划，并停止股东分红。为维持航空业稳定，主要国家纷纷出台救济政策，美国为航空业提供880亿美元救助和贷款，并要求接受援助的航空公司不得大量裁员，以维护航空业稳定。法国政府为空客、法航及其他航空工业公司提供约150亿欧元资金支持，以稳定就业和保障航空技术研发。英国制定2020~2025年航空公司复苏计划，以加快恢复其国际航空业务。

美俄等持续推进空中作战平台和装备的研发、测试及演练，为构建空中优势奠定基础。在无人机方面，美国对“小精灵”无人机开展飞行试验，展示首架具备人工智能技术的“忠诚僚机”原型机，并开展“天空博格人”原型机研制，以推进协同作战技术发展。俄罗斯首次展示新型隐身无人作战飞机“雷霆”，并拟投资40亿卢布推进“猎人”无人机研发，继续探索有人/无人新型作战模式。英国空军正式组建“蜂群无人机”中队，开展无人机防御能力研究，以应对无人机威胁。法国利用“神经元”无人机与“阵风”战斗机开展协同作战测试，以研究实战环境下无人机的作战能力。

在作战飞机方面，美军拟在未来5年投入76亿美元，用于研发“下一代空中主宰”战斗机，以取代现役的F-22战机。美军启动新型远程舰载机研发项目，计划在2030年代替换 F/A-18E/F“超级大黄蜂”战机和EA-18G“咆哮者”电子攻击机，以提高海军核动力航母舰载航空兵的作战范围。美国利用B-1B、B-2及B-52轰炸机多次演练奔袭亚太地区的洲际空袭能力，验证远程部署打击能力，提升战略威慑。美空军利用F-15E和F-35A战机完成B61-12核弹飞行试验，以丰富空中核打击手段。俄罗斯开始制造“未来远程航空系统”首架原型机，并推进“产品30”发动机的试验工作，以优化苏-57战斗机的综合飞行性能。法德政府授予空客等制造商“未来作战航空系统”项目合同，推进项目进入演示验证阶段，拟于2026年实现战机试飞。日本选定三菱重工为F-X战机主承包商，将为战机研制提供5.56亿美元支持，并拟在2035年实现列装。英国公布了“暴风”战斗机三维模型，计划于2030年实现交付。印度开展新型战机AMCA的设计工作，拟在2025年实现战机首飞任务。

在高超声速武器方面，美军推进“吸气式高超声速武器概念”（HAWC）和“空射快速响应武器”（ARRW）高超声速导弹研究，并对两型导弹开展系留测试，加速高超声速武器实用化进程。美国建立“高超声速生产加速中心”（HPAF），以降低武器研制成本，并提升武器研制速度。美澳两国将联合开发SCIFiRE机载吸气式远程高超声速导弹，计划在5~10年内投入实用。俄罗斯将在图-160战略轰炸机上装备“匕首”高超声速导弹，并拟在2024年前使第712航空兵团换装该型导弹，以增强俄空中战略威慑力量。俄罗斯多次对“锆石”高超声速导弹开展试射，并首次公开展示“先锋”高超声速导弹。日本公布高超声速武器研发线路图，将研发高超声速巡航导弹和超高速滑翔射弹两类高超声速系统，并拟在2024~2028年完成两型武器的初期研制。印度成功试射“高超声速技术验证飞行器”（HSTCV），并建成高超声速风洞（HWT）。

前沿科技在航空领域的探索应用不断加深，将颠覆现有空战模式。在人工智能技术方面，美军计划利用人工智能技术提升情报、监视与侦察（ISR）和空战任务规划能力，改善其全球机动能力和后勤补给水平。美国利用智能空战软件在“阿尔法格斗”比赛中击败了具有2000多小时飞行经验的战斗机飞行员。DARPA推进“空战演进”项目研究，通过改进算法和作战对抗能力，推进空战系统的智能化发展。欧洲启动人工智能通信/雷达项目，以提升部队在复杂电磁频谱环境下的感知和监视能力。在5G技术方面，美国选定希尔空军基地、珍珠港-西卡姆联合基地及内利斯空军基地等12个军事基地开展5G技术试验和测试，并拟于2021年初全面投入运营。美军希望利用5G技术提高网络信息体系构建效率和感知通信能力，为保持军事优势提供关键支持。在量子技术方面，美空军举办虚拟量子对撞机活动，并为15家企业提供3500万美元奖金，以探索量子技术的潜在军事用途，促进量子技术在未来航空领域的发展。印度启用先进军用技术研究实验室，对量子和人工智能等前沿科技开展研究。

世界航空领域2021年趋势展望

民用航空市场中短期将持续低迷。在全球新冠疫情尚未得到有效控制的情况下，机场限入和工厂临时停工停产成为常态，并导致出行需求下滑和供应链断裂。国际航空运输协会（IATA）预测，新冠疫情将导致全球航空业在2020年度亏损840亿美元，2021年度亏损158亿美元，而全球航空业或将在2024年恢复正常水平。全球旅行和数据分析公司Cirium发布报告，将2020~2039年全球新飞机的交付量由47915架下调至43315架，下降幅度达8%。整体看，航空客运市场和航空制造业在2021年将面临持续挑战。

绿色航空技术将成为引领航空产业发展的新动力。目前，全球航空业正在从基于通过提高燃油效率减少碳排放的渐进式改革向开发新的低碳推进技术与新燃料的革命性变革方向转变，以从根本上解决低碳排放问题。国际民航组织理事会通过了旨在促进新型发动机采用减排技术、进一步降低发动机对环境影响的新的发动机设计标准。欧盟委员会提出建立“洁净航空伙伴关系”倡议，将收集在洁净航空领域的颠覆性技术，帮助其实现绿色航空目标。欧洲空客公司公开展示了世界首架零排放商用飞机的3种设计概念，分别代表了实现零排放飞行的不同技术途径，旨在通过探索各种动力技术和气动布局，率先在整个民用航空业实现脱碳。英国将拨款2亿英镑，用于研制新型发动机、机翼和高效电力系统，以推动绿色航空技术发展。未来，在低碳目标的牵引下，以电力和氢燃料为代表的绿色航空技术将成为发展方向，引发航空产业新变革。

人工智能、云计算和大数据等前沿数字技术将助力航空装备实现飞跃发展。航空能力是维护国家安全的关键战略要素之一，而利用人工智能等前沿科技可大幅提升航空装备的作业/作战性能。新美国安全中心在《国防技术战略》报告中指出，美国应优先投资云计算、人工智能、自主系统和信息技术等前沿科技，以满足军事需求，抢占未来军事优势。美军拨付300亿美元，用于发展“数字空军”战略，帮助美军构建未来数字架构建设。美军希望利用大数据技术提升战略空运能力，为全球作战提供人员和装备保障。欧洲防务局计划于2021年启动“在复杂对抗电磁战环境中应用的基于人工智能强化的通信/雷达系统”研究项目，将利用人工智能优化频谱态势感知与监视能力。英国推出智能制造技术加速器项目，旨在利用人工智能和机器学习等技术推动制造行业的数字化，帮助制造商提高生产效率，并提升关键技术转化能力。人工智能、云计算和大数据等前沿科技与航空装备的深入融合，将加快航空装备迭代进程，并将颠覆现有作战模式。

2020年前沿科技发展态势及2021年趋势展望——航天篇

世界航天领域2020年趋势总结

美国发布顶层战略规划，谋求太空发展绝对优势。美国发布《国防航天战略》和新版《国家太空政策》文件，为美国航天领域未来10年的发展提供全面指导，并将太空视为战略发展重点，要求美国保持制天权。美国总统签发“5号航天指令”和“6号航天指令”，计划提升太空系统的网络安全性，并将加强太空核动力和推进技术发展，以维持太空领域的技术领先优势。

太空军事化进程加速演进，太空武器研发和部署加快。美国太空军发布首份作战条令《太空力量》，首次从物理、网络及认知维度对太空领域进行全面剖析，为其深化太空领域的军事部署奠定基础；美国成立“三角洲”和“守备队”，将针对具体任务和行动开展训练，以为作战部队提供保障；美国成立太空行动司令部，负责维护和保障军事卫星的安全，并为美军全球作战提供支援；美国研发出“小林丸”太空跟踪系统，启用了太空监视雷达站“太空篱笆”和首套太空攻击武器系统“反通信系统Block 10.2”，进一步提升了美国太空攻防能力，强化太空威慑。俄罗斯计划对国家太空监视系统进行改进，将重点提升系统信息探测和数据处理能力，加强太空综合保障能力建设；俄罗斯研制出“努多利河”机动式反卫星系统，并利用该系统发射直升式反卫星导弹，对其实战性能进行测试；北约在德国拉姆斯泰因空军基地建立北约太空中心，将为北约的太空行动提供支持，分享信息和协调相关活动，并将帮助北约开展太空军事理论研究。英国任命首位太空司令部司令，组建内阁级国家太空委员会，并启动太空司令部的建设，以领导英国全面开展太空能力建设，保护英国的太空利益。法国成立太空司令部，并将空军改名为空天军，以打造独立的太空能力。日本正式组建太空部队，并将构建天基预警系统，以提升对高超声速和弹道导弹等威胁目标的探测预警能力，加强太空防御能力建设。

美国强化与盟友太空合作，太空联合对抗初见端倪。美太空司令部正式接管“奥林匹克防卫者行动”项目，将与盟友构建太空联盟，共同强化太空威慑能力以应对中俄太空威胁；已于8月签协议向英国防部开放用于预测在轨物体运行轨迹的标准天体动力学算法库（SAAL）。美国在《太空行动规划指南》中指出，要扩大美军与盟国的合作，为太空力量的发展和壮大提供帮助。美国以“阿尔忒弥斯协定”为抓手，先后与加、日、意等9国签署协定，共同为美国“重返月球”项目提供支持。美太空军建立主管伙伴关系办公室，旨在扩大与澳、日、英、法、德等盟国的太空合作伙伴关系。美国计划与日本构建太空情报共享网络，并帮助日本培养太空军事行动人员，继续深化双方在太空领域的合作。美国与印度签署《在太空态势感知领域开展科学合作》谅解备忘录，双方将在太空态势感知技术研发和地面监视设施建设等方面开展合作。

低轨小卫星星座建设进入起步阶段，将成为新时期太空战略争夺的制高点。美国SpaceX公司通过16次发射成功将953颗“星链”卫星送入轨道，并在内部测试中为用户提供了4G水平的天基互联网服务；美国亚马逊公司的“柯伊伯”星座获得美国联邦通信委员会审批，将部署由约3200颗卫星组网的互联网星座；美军启动下一代太空体系架构建设，希望加快太空系统架构转变，为美军实现联合多域作战提供关键支持；英国和印度联合收购OneWeb公司，并于12月恢复发射，成功发射36颗组网卫星，使OneWeb星座在轨卫星总数达110颗，将为政府和企业提供商业通信服务。俄罗斯计划于2021年起着手实施“球体”计划，将打造由640颗卫星组成的卫星星座，将可提供定位、雷达探测及通信等服务。欧洲计划投资60亿欧元构建卫星互联网星座，将为政府机构和偏远地区提供安全通信和互联网服务，并将使欧洲在卫星互联网竞赛中保持竞争力。

深空探测密集开展，月球、火星及小行星成为探索热点。美国发布《月球持续探索与开发规划》和《深空探索与发展新时代》报告，指出美国将于2023年抵达近月空间，2024年再次实现载人登月，此后还将在月球南极建设“阿尔忒弥斯”营地，开展长期经济与科技活动，并支持21世纪30年代的首次载人登火；美国发布“鼓励国际社会支持回收和利用太空资源”行政令，并计划采购由商业公司收集的月球样品，为美国商业航天企业进入太空资源开发领域提供支持；NASA发布“阿尔忒弥斯”探月计划协定，要求参与该计划的国家遵守协定原则，以保障月球探索有序开展。俄罗斯计划与欧洲航天局开展合作，拟在2025年前完成3次落月任务，并对月球极地和土壤环境开展研究。日本“火星卫星探测”任务进入全面研制阶段，将首次尝试把“火卫一”样品送回地球；日本小行星探测器“隼鸟2号”释放的返回舱携带“龙宫”小行星样本于12月成功返回地球。中国成功发射“天问一号”火星探测器和“嫦娥五号”月球探测器，前者使中国实现第一次自主火星探测任务，后者成功实施无人月面取样返回任务，使中国成为继美俄之后第三个取得月球样本的国家。阿联酋研究火星气候的“希望”号探测器乘日本H-ⅡA运载火箭于7月升空。

世界航天领域2021年趋势展望

在航天战略方面，美国将继续推进太空军建设，以发展独立的作战和情报能力，并将充分借助商业航天力量，强化太空系统能力。同时，美国将利用“重返月球”计划，加大对国内科研和生产力量的整合，以引领新一轮科学技术发展，并将借“阿尔忒弥斯协定”深化与盟国在太空领域的合作，构筑太空联盟利益共同体，以维护太空霸权。北约将在美国带领下，继续深入推进太空军事化进程，提升太空能力，以对抗俄罗斯。俄罗斯将继续完善现有太空系统，并着力发展非对称技术和深空探索能力，以应对北约太空威胁和深空探索竞赛。日本将进一步深化与美国在太空领域的合作，借机提升太空监测和感知能力，以保卫国家安全。印度将在立足大国战略竞争的背景下，重点发展军事太空能力，力图打造军事航天强国。

在应用卫星方面：（1）美国计划于2021年利用“发射1号”火箭执行“太空测试计划”-S28（STP-S28）发射任务，拟分3次将44颗小卫星送入轨道。（2）美国计划于2021年发射“黑杰克”项目实验卫星，将利用超算处理芯片在轨开展相关验证工作。（3）美国将于2021年把一台导弹预警传感器集成到卫星平台上，开展在轨试验，以提升对高超声速武器的探测和跟踪能力。（4）美国计划为低轨卫星装备LINK-16数据链，将于2021年3月开展低轨通信试验，以提升跨域通信能力。（5）SpaceX公司拟于2021年中期为印度提供卫星互联网服务。（6）英国OneWeb公司拟于2021年开始提供初期卫星互联网服务。（7）俄罗斯拟于2021年开始部署卫星互联网星座。（8）美国轨道工厂与太空飞行公司计划于2021年将第一颗“卫星加油站”卫星送入轨道，拟进入太阳同步轨道为卫星提供在轨加油服务。（9）欧洲将于2021年对卫星互联网星座开展研究。

在运载火箭方面：（1）美国联合发射联盟公司将于2021年完成“火神-半人马”火箭的首次发射任务。（2）美国“航天发射系统”（SLS）超重型火箭将于2021年执行首次发射任务。（3）欧洲“阿里安-6”火箭将于2021~2022年执行首次发射任务。

在载人航天方面：（1）印度拟于2021年底执行首次载人航天飞行任务。（2）美国SapceX公司拟于2021~2022年开展首次载人太空旅行任务。（3）美国蓝色起源公司的“新谢泼德”火箭计划于2021年完成首次商业载人飞行任务。

在深空探索方面：（1）美国计划于2021年完成无人绕月任务，为2024年实施“重返月球”项目奠定基础；（2）俄罗斯计划于2021年10月发射“月球”25号探测器，对月球两极地区开展科学探测；（3）阿联酋“希望”号火星探测器预计于2021年2月抵达火星轨道，对火星大气层开展探测。（4）美国“毅力号”火星探测器将于2021年2月抵达火星的杰泽罗陨石坑，将对火星开展地质探测；（5）中国“天问一号”火星探测器将于2021年2月登陆火星，对火星地形、地貌及大气等环境开展科学探测；（6）印度将于2021年发射“月船”3号探测器，再次尝试完成月球软着陆任务。