上天入海

作者: 万宏蕾

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酒泉卫星发射中心,朱雀二号遥二运载火箭发射现场

上海浦东新区老港镇有一条火箭路,路的尽头,一枚高高耸立的“火箭”直冲云霄——这是中国第一枚试验探空火箭发射成功纪念碑。1960年2月19日,这枚T-7M探空火箭升空,它只飞了8公里,却迈出了我国探空火箭技术具有工程实践意义的第一步。

今天,自地面向上延伸:3000米以内的低空,是各类航空器、载人载货飞行器翱翔的空间;往上高500至2000千米,低轨卫星沿轨道运行;再高,各类火箭腾空而起,冲出大气层。

“上九天”的另一面是“下五洋”——从“蛟龙号”“深海勇士号”,到创造了海底10909米中国载人深潜新纪录的“奋斗者”号,各类国产深海装备不断探索海洋最深处。

空间是人类的宝贵资源,国际竞争一定程度上就是对空间使用权的竞争。今天的空间,不仅是平面的陆地和海洋,也包括立体的“空天”。

根据工业和信息化部等七部门2024年1月联合印发的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,未来空间产业要聚焦空天、深海、深地等领域,研制载人航天、探月探火、卫星导航、临空无人系统、先进高效航空器等高端装备,加快深海潜水器、深海作业装备、深海搜救探测设备、深海智能无人平台等研制及创新应用,推动深地资源探采、城市地下空间开发利用、极地探测与作业等领域装备研制。

向空间要未来,向未来要空间,新赛道蕴含历史性发展机遇。参与未来“空间战”,长三角必须要争先。

传统遥感卫星带了“眼睛”(相机、传感器等)上天,而这颗“浙产AI卫星”带了“超强大脑”上天。

飞向太空   

“三、二、一,点火!”2023年7月12日上午9时,由蓝箭航天空间科技股份有限公司(以下简称“蓝箭航天”)自主研制、产于浙江的朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭圆满完成发射任务,成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。

观礼台上,现场嘉宾、工作人员与数千里外的浙江同事们——嘉兴蓝箭航天中心以及蓝箭航天湖州智能制造基地的工作人员同时欢呼雀跃。大家尤感振奋的是,蓝箭航天开发的动力系统——天鹊系列液氧甲烷发动机,填补了国内多项技术空白,是中国航天技术的重要突破。

7.9km/s,每小时28440公里,这是第一宇宙速度,也是火箭速度的均值。两级低温液体运载火箭,箭体直径3.35米,总长49.5米,起飞质量219吨,起飞推力268吨;整流罩最大直径3.35米,全长8.237米……这是朱雀二号遥二运载火箭的参数。

“根据朱雀二号系列火箭的运载能力,一枚火箭可搭载20到30颗卫星。这是企业完全自主研发、具备自主知识产权的一款中型液体运载火箭系统。”蓝箭航天动力研发部总经理刘磊告诉《瞭望东方周刊》。2017年,刘磊加入蓝箭航天,牵头火箭发动机涡轮泵设计,2019年担任蓝箭航天动力研发部负责人,主管发动机整体运营。

“朱雀二号遥二运载火箭成功入轨,证明液氧甲烷这种高性价比燃料的可行性,为我国民营火箭企业和商业航天产业带来里程碑意义,增强了中国在全球商业航天领域的竞争力。”浙江大学微小卫星研究中心主任金仲和说。

从发动机到全箭体,朱雀二号遥二运载火箭是一枚不折不扣的“长三角之箭”。

据刘磊介绍,目前,蓝箭航天在上海有一个研发中心,在浙江有三处基地:专攻液体火箭发动机研制的蓝箭航天湖州智能制造基地(以下简称“湖州基地”),用于发动机综合测试的湖州热试车中心,以及嘉兴蓝箭航天中心。

2018年建立的湖州基地,如今已成为中国大推力液氧甲烷发动机最重要的试验场地之一,整体规模名列中国前三、全球前十。“发动机是运载火箭的‘超级心脏’,湖州基地具备10天交付一台发动机的量产产能。”刘磊说。

2021年6月,位于嘉兴市港区航空航天产业园内的嘉兴蓝箭航天中心首期投入使用,中心旨在打造集设计仿真、试验检测、智能制造于一体的全产业链顶尖航天产业基地。

“之所以在长三角密集布局,看中的是长三角齐备的产业链配套、人才和资金优势,以及长三角各地政府的支持力度。”刘磊说。

长三角的航天产业链配套能力有多强?

业内人士透露,可以说,中国多个“飞天”项目的背后都有“苏州智慧”——航天科工、航天科技多个驻苏科研机构、高等院校和民营企业的科研贡献、配套支撑。据统计,江苏商业航天企业数量在省级行政区中位居第四。

浙江在商业航天方面也落子如飞,赶超进位。《浙江省航空航天产业发展“十四五”规划》显示,未来5年,浙江省将积极培育发展商业航天,包括商业运载火箭、微小卫星、北斗应用等,推进宁波国际商业卫星发射中心建设。

“宁波国际商业航天发射中心将弥补长三角在商业航天发射方面的短板,成为浙江打造商业航天产业链的重要一环。”上海中创产业创新研究院高级研究员李光辉说。

上海明确提出推进空间信息产业高质量发展,打造商业运载火箭研制、卫星研制以及运营、应用及服务全链条,通、导、遥一体的商业航天“全家桶”。

针对上海“宏伟”的空天产业规划,李光辉评论说:“在全国范围内,有如此全面的商业航天产业计划的城市并不多见,能够全链条布局的城市更十分少见。”

潜入深海  

40米,休闲潜水的最大深度。100米,专业潜水的极限深度。

3000米、6000米的深海,对人类来说是神秘空间。那里有狭窄的海沟,嶙峋的“峭壁”,起伏的“丘陵”,以及高压、黑暗、强腐蚀、水流不稳定等复杂情况。

“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号、深远海绿色智能技术试验船,这些国之重器皆带有“长三角基因”。

“潜入深海,装备先行。”上海中车艾森迪海洋装备有限公司(以下简称“中车艾森迪”)副总经理张定华说,中车艾森迪正以多样化的水下作业机器人研发,服务于深海采矿、深海科考等领域。

以可燃冰开采为例,可燃冰多分布于陆地冻土区或距海面300到1200米的深海沉积物中,这一深度只能依靠机器人开采。开采过程中会遇到不少问题,比如,海底地层因可燃冰分解出现松软塌陷、开采井管道被泥沙堵塞。“按照当前研究,日均产气量达到十万立方米,并且能够连续十年稳定生产,可燃冰才具有商业开采价值,目前还没有一个国家能达到这样的标准。”张定华说。

对支撑可燃冰勘探开采的作业机器人来说,必须要突破水下驻留的作业时长,并尽可能减少和母船的连接,实现作业自由化。换言之,谁能实现相关核心技术的突破和产业化,谁就能在未来拥有“深海自由”。

2022年,江苏集萃清联智控科技有限公司(以下简称“清联智控”)在长三角一体化科创云平台上发布揭榜任务:“研究水下装备智能控制关键技术与跨平台装备的系统集成与综合应用技术”。

“我们提出了多项性能参数,希望将智能化装备应用于水下环境勘察、水下基础设施巡检、深海矿产资源开采等领域。作为一家研发运载装备和机器人的企业,我们之前成功开发了露天矿山无人运输系统并实现产业化,这次我们希望研发完全国产化的针对深海采矿场景的深海探测机器人。”清联智控总经理徐彪说。

结果,中车艾森迪和天津大学揭榜成功。2023年初,清联智控与中车艾森迪联合研发的无人潜航器完成湖试。2024年内,该机器人还将开展海试。

在湖试中,进行的是单个机器人的勘探;在海试中,将会使用多个机器人协同开展作业。“目标是让这款机器人深入水下3000-6000米,探明海底多金属结核矿的分布情况,为我国打造未来深海采矿的智能装备。”徐彪说。

除深海勘探、采矿机器人,长三角地区在深远海技术方面还有多项尖端突破。

2024年3月,全球首艘“深远海绿色智能技术试验船”(以下简称“试验船”)在中船澄西船舶修造有限公司顺利合拢。这艘全球深远海绿色智能技术船总长约110米、排水量约7000吨,试验船设计航速15节、续航力1万海里,具备无限航区全球航行能力,是我国开发深远海、测试深远海装备的又一利器。

作为一座“海上移动实验室”,试验船将承担智能器件、设备与系统海上测试验证与示范应用、深海装备关键技术演示验证以及深远海科学试验作业保障任务。“这是一艘具有颠覆性思路的全新高技术船舶,目前全世界没有与之功能类似的船舶。可以说,这条船打通了国产化设备从研发到应用的‘最后一公里’。”深海技术科学太湖实验室深海试验基地部副主任张海华说。

“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号、深远海绿色智能技术试验船,这些国之重器皆带有“长三角基因”。

深海技术科学太湖实验室相关负责人表示,目前实验室已成为国家深海技术科学领域自主知识产权重大科研成果策源地。抢占海洋强国的创新制高点,深海技术科学太湖实验室志在必得。

“天算”竞速

戴上地卫二空间技术(杭州)有限公司(以下简称“地卫二”)研发的空间计算技术眼镜,俯视地球的卫星画面清晰浮现在眼前:飞过地中海,欧洲夜景触手可及,再穿越晨昏线,迎接黎明……这不是虚拟动画,而是低轨智能卫星把拍摄到的大量照片、视频合成后形成的高清图像。

2023年8月10日12时3分,地卫二自主研发的智能遥感卫星“地卫智能应急一号”在酒泉卫星发射中心成功发射,成为首颗进入太空的“浙产AI卫星”。

“我们要将AI技术应用在航天领域,组建智能卫星星座。”地卫二算法领域首席科学家康亚舒说。

设计人员介绍,这颗卫星的核心优势,在于自主研发的“天空地脑一体化”架构——拥有大百亿级的晶体管数量,可实现语义理解、在轨识别、智能分割、智能压缩、无效数据清洗、大模型推理等星上AI能力,能有效提高遥感卫星运行效率。

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2024年6月1日,位于苏州市相城区的长三角先进材料研究院展厅,在展示一件深海潜航器钛合金耐压壳体展品(李尕/摄)

通俗地理解,传统遥感卫星带了“眼睛”(相机、传感器等)上天,而这颗“浙产AI卫星”带了“超强大脑”上天。

“有了‘大脑’,卫星不再仅限于拍摄和数据收集,还能实现更加复杂的任务,如做出更准确的气候预测,更快速的灾害响应,更有效的农作物管理等。卫星‘大脑’还能自主学习,满足日益增长的航天科技需求。”地卫二联合创始人兼首席技术官王春晖说。

目前,地卫二已在全球超过40个国家开展业务。2024年,该企业还将参照云计算的商业模式,完成国内首个太空计算卫星星座规划。

2021年,地卫二入驻位于杭州临平的中国(杭州)算力小镇,“AI卫星‘大脑’的背后是算力,这正是临平的优势所在。”地卫二首席执行官温卓明说。

临平是2021年4月杭州市行政区划优化调整后设立的行政区,历史上这里是传统制造业的集聚重镇。发力未来产业,临平瞄准算力。算力小镇成立两年多,前沿科创企业纷纷入驻,目前已集聚企业1400余家。

在距离临平算力小镇40多公里的杭州城西科创大走廊核心地带,之江实验室的天基计算团队正在与时间赛跑。中国工程院院士王坚提出,实验室在太空上不但要做计算,还要做智能计算,更要做云计算,最终在天上形成云计算的基础设施,建设一个太空计算网络。

一直以来,传统遥感卫星传输数据回地面,需要几小时,加上处理数据的时间甚至可能花上数月。随着卫星的“工作压力”越来越大,让卫星变“聪明”势在必行。太空云计算就是一种让卫星变“聪明”的技术,相当于把卫星从“小灵通”变成“智能机”。

“算力32TOPS,功耗35瓦,无故障时间超2000个小时。”2024年1月7日,之江实验室天基计算系统研究中心负责人李超向团队宣布,“我们的计算机就要上太空了。”

从立项到研发成功,团队用了8个月。李超介绍,目前两款星载智能计算机国产自主可控,算力、效能比等关键技术指标处于国内领先水平。今年他们将发射6颗卫星,除了配备星载智能计算机以外,还要借用激光通信把它们连成一个网络。“用数倍乃至百倍的算力,将它们的在轨实时处理功能服务于自然灾害监测、环境生态监测、城镇化发展、智慧交通、智慧农业等多种场景需求。”

“算力资源成为科技竞赛的战略性资源。随着商业卫星通信网络基础初步建立,并进入加速建设阶段,以ChatGPT为代表的新兴AI应用带动算力需求高增长,太空数据中心建设有望迎来从0到1突破的黄金机遇期。”天风证券电子行业首席分析师潘暕说。

太空算力竞赛已拉开序幕,面对这场史诗级的国际竞争,“长三角人”正组团参赛。

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