蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

2020-09-30 13:30:46 2144 views
摘要

太空技術是在太空科學引領下,人類進行太空活動所應用的工程技術,也稱航天技術或空間技術。太空技術的進步使人類看到了地球之外的宇宙,拓展了人類的認知領域,豐富了太空科學的內涵,同時還改變了人類的思維方式和科研方法。

蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

太空技術是在太空科學引領下,人類進行太空活動所應用的工程技術,也稱航天技術或空間技術。太空技術的進步使人類看到了地球之外的宇宙,拓展了人類的認知領域,豐富了太空科學的內涵,同時還改變了人類的思維方式和科研方法。

通訊衛星等一系列太空科技的廣泛應用,使地球村的生存、生活質量有了空前提高。太空技術在為人類帶來福祉的同時,也不可避免地提出前所未有的新問題:怎樣化解太空技術的共享與知識產權保護之間的衝突?如何在太空商業利益與社會公益之間取得平衡?太空探索的願景能否回應現實國際社會的利益訴求?政治、安全方面對太空的期望,遠遠超出了太空工程所能駕馭的範圍。

復旦大學發展研究院研究員蘇世偉認為,要解決這些圍繞太空技術產生的新問題,需要世人客觀、理性地把握太空技術的多重戰略屬性、生成機理、博弈邏輯和產業走勢。SpaceX公司在美國宇航局(NASA)的幫扶下,取得太空技術應用的歷史性突破,對我國發展太空經濟具有啟示作用。

蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

核心觀點

多元需求決定顛覆性太空技術兼具廣義性和狹義性。

顛覆性太空技術,要經歷對新技術進行選擇、培植、孵化的過程,產業化、社會化過程,以及推廣普及過程等。從顛運用效果上看,廣義性在於太空技術發展的等級提升,科研方法的創新和思維品質的提高,乃至對人類文明的貢獻;狹義性在於對具體太空技術的進一步提高和完善。

軍事對抗決定顛覆性太空技術具有開放的本性和特徵。

一旦基礎科學取得突破性進展,必然觸動軍事領域的敏感神經。人類對於顛覆性太空技術的無止境探索,描繪出技術發展的螺旋式上升圖景:一旦一項新的顛覆性太空技術被破解,就會隨即產生反制措施,削弱或完全抵消該技術的領先優勢,使對抗雙方形成更高級的技術對抗平衡。

鑒別、預測和運用顛覆性太空技術的難度不低於技術發明本身。

由技術範式轉化為應用範式,顛覆性太空技術的運用並不是一蹴而就的。顛覆性技術有效運用需要前提條件,尤其強調組織體制保證。顛覆性太空技術能否轉化為能力優勢,主要看國家和應用部門如何克服技術應用進程中遇到的阻礙,能為技術應用提供多大的空間。

縮短顛覆性太空技術研發者與應用者之間的距離是我國的當務之急。

目前,我國的航天科技計劃項目大多對應於產業鏈的各個環節而規劃,看似完美,但由於統籌協調機制的欠缺,離顛覆性太空技術培植、應用的預期目標還比較遠。專業科研系統都只是國家大系統或社會大系統的一部分,只有面向整個社會,乃至全球社會,才是尋找顛覆性技術的追本溯源之路。

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蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

01

太空技術發展與太空探索的戰略困境

太空科學無國界,但太空技術的壁壘一直存在,60多年來,軍事對抗仍是提升太空技術的主要動力,同時,太空技術的內涵與邊界一直在拓展,表現出多重戰略屬性。

當代的太空技術使人類擁有全球導航系統,可以為地球各個角落的用戶提供定位服務;擁有空間站系統,可以使人長期在太空停留;擁有深空探測能力,可以對月球、火星進行科學探測。太空技術使太空環境本身被技術化了。

探索太空的戰略規劃是在不確定的前提下作出的,因為人類的未來文明是什麼樣沒人能說得清。儘管我們依靠現代技術對世界的感知越來越清晰,對全球的人和物可定位、可觀察,但我們依然無法確定地把握未來世界。

太空探索規劃的主體是政府官員、公司主管和科技專家等,由於各主體的站位不同,規劃在設計和執行中難免會有預料不到的問題。專家們在各自的專業領域可以信步江湖,但幾乎沒有幾個人能對未來提出系統的前瞻性預判;職業政治家、企業家們擅長組織、管理,但也不能對規劃的全程作出精緻的安排。

例如,太空梭是20世紀70年代末期的技術水平,那時沒人會預料到:進入21世紀,隨著計算機軟體和人工智慧技術的發展,太空飛行器運行時由人直接操作的部分可以進行智能化操作,飛行器的控制和維護模式減少了人的因素;數碼照相元件替代了相機膠捲,軟體更新置換了硬體修改,飛行器的成像設備在軌幾年不用維護。因此執行同樣的太空任務,載人航天要載的人數減少了,高成本的太空梭必然退出歷史舞台。

太空梭、太空飛船、衛星和空間站等各種航天器競相登場,必然形成太空垃圾,太空軌道上的飛行碎片也會日積月累,威脅飛行器安全。太空安全治理的困境是太空技術發展的外部環境,而太空技術自身發展的不平衡,更讓人憂慮。

目前,由於信息技術的廣泛應用,能與信息技術相結合的那部分太空技術發展得較快,類似應用衛星技術與互聯網、手機等結合,產生的經濟效益也可觀,這是需求牽引的結果。但是航天系統的運輸能力和經濟性,已成為制約太空探索和太空資源利用的瓶頸,尤其與能源利用有關的動力技術,一直發展滯後,還不能滿足太空飛行器的動力需求。按照現有的技術水平,未來十年、二十年,人類如果還是依靠化學燃料作推進動力載人登陸火星,其技術難度可想而知。就是部分採用離子推進或太陽帆推進技術,或者開發成功核聚變火箭,其中人的安全問題也不是現有技術能順利解決的。

1969年7月21日凌晨2點56分(UTC),阿姆斯特朗的左腳踏上了月球,他說:「這是一個人的一小步,卻是人類的一大步」。下一個「人類的一大步」邁向何方?未來倘若人類還想再進一步向深空發展,這就是顛覆性的發展,當然其也呼喚顛覆性太空技術來助力。

蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

02

顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

伴隨信息技術的快速發展和廣泛應用,顛覆性太空技術產生的頻度變快,應用前景更加難以確定,但世界航天大國試圖通過顛覆性太空技術建構非對稱戰略制衡能力的願望並沒有減弱,企圖「一劍封喉」,渴望「瞞天過海」,期盼「釜底抽薪」,都是想藉助顛覆性太空技術達成非對稱的戰略制衡。然而,有了顛覆性技術,並不一定形成非對稱的太空制衡能力,兩者的轉換有其內在的邏輯。

一是多元需求決定顛覆性太空技術兼具廣義性和狹義性。

顛覆性太空技術,從破土而出到發展壯大,需要面臨兩次生死攸關的考驗,需要兩次跨越「鬼門關」。第一次是跨越技術理念萌生與技術試驗定型之間的「死亡之谷」,獲得出生證明;第二次是跨越技術與應用之間的「死亡之谷」,滿足太空工程需求,提升應用能力。

第一次跨越使新技術理念轉化為新型技術,躋身於太空技術體系;第二次跨越由新技術轉化為應用能力。兩次決定性的跨越,演繹著顛覆性太空技術的發展歷史和發展趨勢,要經歷對新技術進行選擇、培植、孵化的過程,產業化、社會化過程,以及推廣普及過程等。

顛覆性太空技術具有廣義性和狹義性。廣義性是指超越技術的歷史積累,強調基礎性的突破;狹義性是指現實需求推動具體技術的不斷完善,側重現實應用。廣義性和狹義性分別體現在顛覆性技術發展的宏觀方向和微觀方向上。

從顛覆性太空技術的運用效果上看,廣義性在於太空技術發展的等級提升,科研方法的創新和思維品質的提高,乃至對人類文明的貢獻。而狹義性在於對具體太空技術的進一步提高和完善,尤其完善技術誕生時期不曾需要,或實踐需要不足的技術。

我國北斗系列衛星與第一代導航衛星相比,就體現了顛覆性太空技術的狹義性超越,北斗就是在繼承第一代導航衛星的基礎上而青出於藍勝於藍的。無論是廣義性,還是狹義性,都強調顛覆性太空技術的現實需求動力、歷史成長環境和未來應用前景,而且廣義性和狹義性並行不悖,表明「顛覆性」本身是開放的。

二是軍事對抗決定顛覆性太空技術具有開放的本性和特徵。

太空探索的艱巨性和長期性,決定了顛覆性太空技術必然與時俱進,尤其人類對顛覆性太空技術的高性能需求和多功能需求,幾乎沒有止境。一旦基礎科學取得突破性進展,必然觸動軍事領域的敏感神經。顛覆性太空技術對基礎科學也是開放的,因為基礎科學的新突破創造了新需求,同時也提高了軍事需求的層次。量子通訊技術、人工智慧技術、納米技術的基礎性突破,必然催生新的顛覆性太空技術。同時,在對新技術的吸納和消化中,顛覆性太空技術本身也會進一步體現開放性。

由於軍事的本質在於對抗,一旦顛覆性太空技術應用于軍事,任何一方都在千方百計地努力壓倒對方,所以各方對顛覆性技術都有天然的敏感性,力圖通過技術優勢取得事半功倍的效果。人類對於顛覆性太空技術的無止境探索,描繪出技術發展的螺旋式上升圖景:

一旦一項新的顛覆性太空技術被破解,就會隨即產生反制措施,削弱或完全抵消該技術的領先優勢,使對抗雙方形成更高級的技術對抗平衡。

從一定意義上講,技術平衡螺旋式上升的清晰圖景,是顛覆性太空技術形成非對稱戰略制衡能力的結果,也是技術範式和應用範式持續相互轉化的必然,反映了顛覆性太空技術的開放性。

三是鑒別、預測和運用顛覆性太空技術的難度不低於技術發明本身。

如何鑒別顛覆性技術,目前還沒有公認的標準,鑒別主要依靠經驗,以文獻歸納、專家研判為主。在認知上看,顛覆性技術的鑒別與預測具有一致性,顛覆性技術具有階段性、相對性和動態性特徵,即技術的顛覆只是在一定時段內,對具體的傳統技術的顛覆,由於應用環境的變化,技術本身也在變化。對此,顛覆性技術的風險性也必然凸顯出來。

由技術範式轉化為應用範式,顛覆性太空技術的運用並不是一蹴而就的,尤其對技術的比較、論證和選擇,大多在應用前景模糊的狀態下進行,不明朗的前景不但容易引起質疑,也容易動搖決策者的決心。顛覆性技術有效運用需要前提條件,尤其強調組織體制保證。顛覆性太空技術能否轉化為能力優勢,主要看國家和應用部門如何克服技術應用進程中遇到的阻礙,能為技術應用提供多大的空間。

如果把顛覆性太空技術的研發看作一個系統,那麼系統的重心是動態變化的。不同時期、不同的顛覆性技術的研發,都存在主要矛盾和關鍵環節,而怎樣把握關鍵環節,解決主要矛盾,可謂仁智互現。政府要素和市場要素在技術研發中發揮的作用不同,有時就需要進行全面系統的比較,綜合權衡,明確兩者的發揮作用的重心。

顛覆性技術是原創性的,大多數是依靠個體或團隊的興趣、靈感而激發的,不是靠市場需求就能獲得的,而且

技術誕生初期的應用前景可能不明朗,更談不上實用價值,是不會輕易被市場認可的。認清政府、市場的不同職能,把握顛覆性太空技術研發系統的重心,才能取得了事半功倍的效果。

四是縮短顛覆性太空技術研發者與應用者之間的距離是我國的當務之急。

我國成功研發、運用顛覆性技術的案例較少。「兩彈一星」、載人航天的系統運作機制,只是應用機制,至今我們還缺少真正意義上的顛覆性太空技術的研發機制。當前我國對概念創新的認識還停留在實用層面,更加關注具體的技術創新,受傳統觀念的影響,對顛覆性概念的認識也沒有到位。概念創新是顛覆性技術的基礎,有助於發現新技術,建立新的太空產業生長點。二戰以後,美國能夠長期引領世界顛覆性太空技術的發展方向,其完備的組織機制功不可沒。

20世紀50年代成立的美國國防部國防高級研究計劃局(DARPA),主要工作就是捕捉全新的顛覆性概念和培植前沿的顛覆性軍事技術。DARPA最重要的使命是發現新概念,加速先進技術和系統的發展。為了保持相對獨立性,維護機構的宗旨,DARPA全力擺脫具體軍事任務的約束,而把主要精力放在追求離經叛道的理念,研究如何通過技術演示,使這種理念快速變成現實。美國對顛覆性太空技術的研發和運用制度完備、高效,縮短了顛覆性太空技術的研發者與應用者之間的距離,值得其他國家學習借鑒。

縮短顛覆性太空技術研發者與應用者之間的距離,是強調兩者任務的銜接,研發者應該保持相對獨立性,而應用者需充分理解研發者提出的理念。具體到科研項目的組織方式上要考慮創新鏈和應用鏈的有機聯結。一項顛覆性技術的應用,往往對應一個新興產業的誕生,需要多項系列的技術、政策來支撐。

目前,我國的航天科技計劃項目大多對應於產業鏈的各個環節而規劃,看似完美,但由於統籌協調機制的欠缺,離顛覆性太空技術培植、應用的預期目標還比較遠。項目承擔單位只需要對政府負責,只管通過項目驗收,不必細究對市場的責任,使顛覆性技術的研發與應用之間的剛性鏈接不足,容易導致兩者脫節,難以滿足未來市場需求。

顛覆性技術並不是一經產生就具有某種確定的用途,在技術成熟定型後,必須關注技術使用的後續過程如何改變其功能與意義。

顛覆性太空技術應用的歷史不單是技術發明者話語霸權形成的歷史,也不能把技術創新活動理解為脫離於日常生活實踐的「精英」活動,生產線上的工人等對技術的消化和完善是不可或缺的。

全球一體化的深入發展,使工商企業的技術創新能力不亞於專門的研究機構,民用關鍵顛覆性技術的發展也可能快速打破原有的技術平衡。不論何時,專業科研系統都只是國家大系統或社會大系統的一部分,只有面向整個社會,乃至全球社會,才是尋找顛覆性技術的追本溯源之路。

蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

03

太空技術創新與科研環境塑造

從歷史來看,我國太空技術的重大成果,以國家任務為導向的成果比例較高,自由研究成果佔比較少。從世界科技史上來看,絕大多數重要的原始創新並不是規划得來的。科研人員的創造性既需要國家使命感的激發,也依賴於他們對科學的熱愛和自主探索,這就需要科研團隊發揮更大的作用。而我國在科研團隊建設方面還有不少問題需要通過深化改革加以解決。處於快速發展的智能時代,太空探索領域面臨的克服地球引力、載人航天安全等基本需求沒有變。如何組建太空技術創新、創業團隊,團隊規模多大?這是我們要面對和回答的問題。

顛覆性太空技術往往圍繞解決工程中的問題而產生、定型和拓展,其中團隊的作用不可小視。大團隊的成就都是建立在已經成熟的基礎科學研究成果上的。但是,在基礎性的科學項目上,小團隊才是獨具優勢的組織方式,這方面的大科學項目往往失敗得多。

創新的本質就是發現,也是一種遠見。凝練太空技術的研究目標和方向,需要一個人的大局觀和眼光,同時,還需要領導者的組織力和執行力。在新一輪太空潮興起的關鍵時期,太空大國都在支持重大應用目標導向的原創性基礎研究,強力支持能滿足國家重大需求和自主發展的太空技術基礎研究。

太空技術具有工具屬性,對太空科學的引領作用不能低估,只有太空技術與太空科學的良好互動,才能提升太空領域的創新境界。科學和技術的發展史表明,「思想」和「工具」互為助手,互相提升。太空技術的發展和應用使人的視野更加廣闊,思想更加深刻豐富,更能探究世界的本質。如果過於關注太空技術的實用性,就容易忽視技術與科學的內在聯繫,扭曲二者的相輔相成關係,而克服這一傾向的思路在於:培育根深葉茂的創新文化,打造適宜的創新環境,在太空技術的宣傳、普及上下功夫,激發全社會太空技術創新的活力。

從概念上講,原始創新就是從無到有、「從0到1」的誕生過程,這一過程往往以漫長、艱難乃至痛苦的探索為前提,成功的原始創新是千萬個不幸中的萬幸。趨利避害是人類的本能,正因為原始創新的艱難和充滿不確定,相比之下,由於人們更喜歡做「1到N」的技術應用和拓展,或者以技術集成規避關鍵技術研發的風險。

從常理上講,太空技術屬於「1到N」的技術應用,應該比「從0到1」的創新簡單,但是太空技術的應用不同於一般的技術應用。太空技術成果轉化是一個不斷摸索和完善的過程,包括對太空科學理論的檢驗、完善。很多成功的太空技術應用案例,最終選擇的模式,並不是當初的設計,因為在應用過程中遭遇了一個或多個問題,為解決沒有預料到的問題,才不得已而改變原有模式。很多成功的太空技術模式就是在不斷試錯中形成的。與此相應,掌握太空核心技術的領軍人才一定是在失敗中積累大量緘默知識和技能,經過殘酷競爭後脫穎而出的。

有價值的太空技術創新的前提是要有創新文化來保障。太空工程的應用價值越大,對應的科學問題和技術問題往往越具有挑戰性,技術的原創性越強,顛覆性意義也越大。深挖我們中國缺乏創新文化的原因,對原創的追求還不夠純粹,學術、道德、利益等交織在一起,很多的問題是「剪不斷,理還亂」。思考怎樣讓做科研的人,帶著興趣去做好科研,這才是正本之路。

蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

04

太空產業的遠景

經濟社會向高質量發展,需要技術創新的帶動,新技術的誕生、成長和擴散,需要企業和政府的持續支持,更需要社會的系統化支持。隨著太空技術的不斷進步、成熟,當太空產業發展到一定規模後,太空技術水平在比較優勢中的影響權重就會凸顯出來,核心技術將會成為影響太空競爭力的關鍵要素。能否掌握核心太空技術直接決定國家太空產業的國際競爭能力,進而也能影響一國對太空產業發展目標的取捨。

2020年5月31日,美國太空探索技術公司(SpaceX)首次利用載人龍飛船,成功將兩名NASA宇航員送入太空。SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克揭開了載人航天的新篇章。2020年6月13日,SpaceX又將第九批58顆「星鏈」衛星如期入軌。太空科技商業應用的記錄不斷被雄心勃勃的馬斯克刷新,而衛星互聯網服務不再為政府和商業專享,「衛星寬頻服務」就要進入尋常百姓家,對個人來講,直接與衛星對話就要夢想成真。歷時18年,SpaceX的發展成果具有劃時代意義,不僅成功探索了多種民營航天商業運作的模式,而且再次振作了人類探索太空的信心。SpaceX之所以能在不長的時間內取得一系列成功,除了馬斯克團隊的精心策劃、熱情奔走之外,太空科技與資本的有機結合,NASA的適時支持,都不同程度地成全了民營SpaceX的飛天之旅,綜合把握這些因素,才能看清太空產業的走勢。

SpaceX目前取得的太空技術和太空經濟的雙重優勢,超越了政府支持高技術企業的傳統經驗,對其他國家也有一定的借鑒意義。SpaceX不但在資金、技術和基礎設施等方面獲得政府支持,更重要的是政府為其提供了良好的發展環境,人才儲備、技術積累和保護性的政策制度都在默默地為SpaceX保駕護航。

中國太空商業運營起步比較晚,但發展勢頭良好,跨界融合成為中國商業衛星發展的新趨勢。

由於全球還有40億人不能被地面互聯網覆蓋,依靠太空技術推進網路覆蓋,這裡的商機早已引起國內外公司的關注。我國國內商業衛星的發射等成本還是比國際略高,商業衛星的產品配套只能依靠國有航天企業,但面對國際發射市場時,國有航天企業「船大調頭難」。我國要促進國有企業資源向太空商業開放,同時也要建立公平競爭的市場環境,扶持分散的太空技術應用市場發展,使其逐步集成到規模市場,形成國際競爭優勢,使我國太空經濟走上新台階。

05

結論

發展太空技術是國家使命,不局限於技術創新與應用問題,還涉及制度、文化、市場、融資、人才、環境等問題,這些問題往往又需要從全球視野去考察。我們不單以自己的關鍵太空技術可用、能用為目標,還要關照國家戰略需求的急迫性和太空產業創新生態培育的長期性,爭取成為真正的太空技術強國和太空經濟強國。

*本文系教育部哲學社會科學研究重大課題攻關項目「印度經濟社會發展與對外政策研究」的階段性研究成果,項目批准號:19JZD055

蘇世偉丨顛覆性太空技術的創新機理與應用邏輯

來源:《學術前沿》雜誌2020年8月下(微信有刪節)

原文標題:《太空技術的戰略定位、博弈邏輯與產業走勢》

作者:復旦大學發展研究院研究員 蘇世偉

原文責編:周於琬

新媒體責編:李思琪

視覺:王洋

(圖片來自網路)

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