内容简介

问题是科学发现的重要先导，是科学研究的核心基础，是科技创新的关键环节，也是解密技术难题的钥匙。中国宇航学会联合中国航天科技集团公司研究发展部，自2020年开始组织开展宇航领域重大科学问题和工程技术难题的征集与发布活动，充分尊重航天科技专家对宇航领域前沿的敏感性和探索精神，引导航天科技工作者面向世界前沿、面向国家重大需求，研判趋势识别问题，并对问题、难题进行追踪与研究，在宇航领域引起强烈反响。 该书将向读者集中呈现三年来所发布宇航领域科学问题、技术难题和工程问题的具体解读，努力打造科学问题和原创技术的策源地，扩大社会影响力，让航天科技工作者把握世界宇航发展前沿，让社会各界了解航天知识，让更多的青年朋友树立航天梦想。

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问题是科学发现的重要先导，是科学研究的核心基础，是科技创新的关键环节，也是解密技术难题的钥匙。

作者简介

王巍，中国科学院院士，国际宇航科学院院士，现任中国航天科技集团有限公司研究发展部部长。导航、制导与控制专家。获国家技术发明奖2项，国家科技进步奖2项，省部级科技奖励8项，并获何梁何利科技进步奖、中国政府出版奖——图书奖、国家新闻出版总署“三个一百"原创图书奖等多项奖励，先后被授予中国载人航天工程突出贡献者奖章等多项荣誉称号。

前言

创新是全面建设社会主义现代化国家的第一动力。习近平总 书记在党的二十大报告中提出，要完善科技创新体系，坚持创新 在我国现代化建设全局中的核心地位，健全新型举国体制，强化 国家战略科技力量，提升国家创新体系整体效能，形成具有全球 竞争力的开放创新生态。中国科协积极响应，深入实施创新驱动 发展战略，加快实现高水平科技自立自强，开辟发展新领域新赛 道，不断塑造发展新动能新优势。 自 2018 年起，中国科协组织开展重大科学问题和工程技术难 题的征集与发布活动，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面 向国家重大需求、面向人民生命健康，征集对未来科技发展具有 引领作用的前沿科学问题、工程技术难题和产业技术问题。该项 活动在国内外科技界引起强烈反响，全国各大学会、学会联合体 和企业科协，国内外科技共同体和科技工作者积极参与。其中， 中国宇航学会面向广大航天科技工作者，围绕航天长远发展、核 心竞争力提升和国家重大需求，结合国内外前沿、颠覆性重大技 术方向和发展态势，从空间科学、空间技术、空间应用等方面， 全方位征集能够体现宇航领域科学发展的前沿科学问题以及对航 天技术和产业创新具有关键作用的技术难题，积极助推宇航领域 科技发展，形成良好的社会影响。 为了展现航天科技工作者的宽广视野，引领航天科技创新趋 势和科研方向，激发广大航天爱好者对浩瀚宇宙未知奥秘的探索 热情，自 2020 年始，中国宇航学会和中国航天大会组委会委托 王巍院士作为发布人，在每年的中国航天大会上发布年度宇航领 域科学问题和技术难题，现已成为中国航天大会的重要学术活动 和年度宇航领域学术发展的风向标之一，引起了业界的广泛关注。 三年来，累计征集 200 余项问题难题，经百余位院士和专家评选， 共发布 30 项问题难题，对外展现了我国航天领域在未来十年、 二十年甚至更长时间的科技发展过程中亟须攻关的重要问题和技 术难点。相关技术得到上级单位的高度关注并助推其科研立项与 实施，对于航天前瞻谋划并布局航天前沿科技领域与方向，打造 原创技术策源地，推进航天强国建设具有重要意义。 由王巍院士牵头组织相关专家和团队编著的《面向未来的宇 航科技：2020—2022 年度宇航领域科学问题和技术难题解读》一 书，详细介绍和分析了近三年来在中国航天大会上公开发布的宇 航领域科学问题和技术难题。相信该书会给航天科技工作者带来 更多的启发和思考，推动航天前沿科学技术发展；也能让广大的 航天爱好者和社会公众更加了解航天、认识航天，更加关注航天 事业发展。 希望该书能够点燃大家的好奇心和创造力，让更多的人投入 到科技创新中来。 包为民 中国科学院院士 中国科学技术协会副主席 中国航天科技集团有限公司科技委主任

目录

问题、创新与未来（代引言） 1 第一篇　2020 年宇航领域科学问题和技术难题解读 31 一　外日球层与星际空间的环境特性及其相互作用 33 二　可重复使用空天飞机热防护材料及寿命预测 47 三　核动力航天器及工程应用 59 四　面向空间超大型天线结构的在轨增材制造技术 75 五　空间碎片清除中的核心技术 89 六　基于深度强化学习的空间操控技术 107 七　水平起降运载器与组合动力一体化设计技术 123 八　超大型空间光学装置在轨组装与维护技术 139 九　与 5G/6G 技术融合发展的卫星互联网络通信技术 157 十　航天器与地面甚长基线天线阵协同探测技术 171 第二篇　2021 年宇航领域科学问题和技术难题解读 181 一　太阳磁场周期性反转与太阳全球磁场探测 183 二　星系生态环境中的反馈效应及“重子缺失”问题 199 三　利用太空原位资源实现人类长期地外生存 213 四　空间准绝对零度超低温热管理技术 225 五　可重复使用液体火箭发动机设计技术 239 六　基于核聚变推进系统的空间飞行器设计技术 251 七　大空域跨速域高速飞行器气动布局设计方法与技术 265 八　吸气式飞行器内外流耦合声振环境评估与预示技术 285 九　地球同步轨道星地全天时安全通信技术 297 十　空间高压大功率发电与电力管理技术 311 第三篇　2022 年宇航领域科学问题和技术难题解读 323 一　宇宙物理动力学效应及“动力获取”问题 32 二　太阳系外宜居行星与生命标记及其搜寻、证认方法 343 三　航班化航天运输系统关键技术 355 四　近地小行星快速监测预警与防御技术 369 五　面向地外生存的人工光合成材料制备及应用 383 六　远距离大功率无线能量传输技术 393 七　利用月壤资源实现月面原位建造 405 八　跨域飞行器的强适应控制技术 417 九　基于天地学习泛化的空间星群智能自主协同作业技术 431 十　地球高空大气流场演变规律的高精度预测技术 447 附　录　国际宇航科学院近 10 年前沿科学问题和技术难题 459 参考文献 478