5-十三五战略性新兴产业培育与发展规划研究-卫星及应用领域20151230(公开).docx
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1、中国工程院咨询研究项目密级:公开编号:“十三五”战略性新兴产业培育与发展规划咨询研究高端装备制造业卫星及应用高端装备制造业一一卫星及应用课题组二。一五年十二月摘要i第一章卫星及应用产业的内涵1一、概念和范围1二、装备制造视角下卫星及应用产业的特点3第二章我国卫星及应用产业“十二五”发展概况9一、卫星及应用产业发展现状9(一)空间基础设施10(二)卫星应用产业发展现状14二、“十二五”卫星及应用产业培育与发展的成功经验18(一)国家政策支持极大地促进了卫星及应用产业发展18(二)以重大工程任务为龙头牵引空间基础设施发展和部署.19(三)以创新驱动卫星产业发展20三、卫星及应用产业培育与发展存在问
2、题21(一)天地融合、制造与应用同步的整体统筹规划和协调机制不完善,空间基础设施应用效能没有充分发挥21(二)政策环境不完善,政府支持落实不到位,缺乏长效发展保障机制22(三)航天装备产品系统能力不足,技术水平存在差距22(四)高端装备制造技术水平还不能完全适应航天产业的发展要求23(五)自主卫星应用和产业化发展滞后,面临激烈的国际竞争.24第三章卫星及应用产业“十三五”发展趋势25一、国外发展趋势25(一)全球卫星产业发展概况25(二)全球卫星产业发展的总体趋势27(三)卫星通信发展趋势30(四)卫星导航发展趋势32(五)卫星遥感发展趋势33(六)航天运输发展趋势35(七)航天技术转化应用趋
3、势36二、国内需求分析38(一)卫星应用产业发展需求38(二)重大航天工程对航天先进制造技术的需求43三、国内发展趋势45(一)卫星通信45(二)卫星导航46(三)卫星遥感47(四)航天运输48第四章“十三五”卫星及应用产业重大发展方向49一、确定“十三五”卫星及应用产业重点方向的思路49二、卫星通信52(一)卫星通信关键技术52三、卫星导航53(一)卫星导航关键技术53(二)卫星导航产业目标54四、卫星遥感55(一)卫星遥感关键技术55(二)卫星遥感产业目标56五、航天运输56(一)航天运输关键技术56(一)航天运输产业目标57第五章“十三五”卫星及应用产业着力推进的重大工程58一、空间基础
4、设施建设工程58(一)必要性58(二)工程目标58(三)建设内容59(四)实施途径62二、天地一体化卫星综合应用提升工程63(一)必要性63(二)工程目标63(三)建设内容64(四)实施途径67第六章卫星及应用产业成熟度分析69一、卫星通信产业成熟度69二、卫星导航产业成熟度69三、卫星遥感产业成熟度70四、航天运输产业成熟度70第七章“十三五”卫星及应用产业培育与发展路径72一、推动卫星及应用产业发展的对策建议72(一)强化国家统一管理和统筹协调,完善航天政策环境,保障卫星及应用产业长期稳定发展72(二)加强政府对卫星产品与服务的采购和应用,促进卫星应用市场发展72(三)加强航天制造体系建设
5、,提升航天先进制造技术水平.73(四)推进第三方验证机构建设,加强卫星及应用技术和应用模式创新73(五)制定系统的国际化发展战略,多途径推动国际化发展.74(六)借鉴国外商业航天发展经验,探索建立国家为主、商业为辅、军民商协调发展、互为补充的航天产业格局74二、卫星及应用产业发展路线图74参考文献76项目组成员名单77卫星及应用产业作为七大战略性新兴产业之一的高端装备制造产业的重点发展方向,对我国经济社会发展影响显著。紧密围绕经济社会发展的重大需求,大力培育和发展卫星及应用产业,加快建设国家空间基础设施,积极发展卫星应用产业,对促进我国航天产业转型升级、充分发挥航天产业的牵引带动作用,推动航天
6、更好地支撑经济社会发展、促进小康社会建设具有重要意义。在国家政策的大力支持下,以重大工程任务为牵引,以创新驱动产业发展,我国卫星及应用产业取得了一系列重要成就:具备了独立建设空间基础设施的能力和连续稳定运行的能力,遥感、通信、导航卫星的发展成绩卓著,卫星研制与发射能力步入世界先进行列;卫星应用的广度和深度不断提高,正在进入快速发展期,应用领域和规模不断扩大,为业务化应用和产业化发展奠定了基础。但在推动经济社会发展等方面,我国卫星及应用产业尚未充分发挥出其应有的战略带动作用,与发达国家仍有一定差距。存在的问题突出体现为:天地融合、制造与应用同步的整体统筹规划和协调机制尚不完善,空间基础设施应用效
7、能未得到充分发挥;政策环境不完善,政府支持落实不到位,缺乏长效发展保障机制;航天装备产品系统能力不足,技术水平存在差距;高端装备制造技术水平尚不能完全适应航天产业的发展要求;自主卫星应用和产业化发展滞后,面临激烈的国际竞争。目前,全球空间基础设施已进入体系化发展和全球化服务的新阶段。卫星通信广播各类业务趋于融合并向宽带多媒体方向发展,下一代移动通信卫星星座正在加紧部署。卫星导航从美国主导的单一GPS时代迈向美国、俄罗斯、中国、欧洲四大全球系统和日本、印度两大区域系统竞相发展的新时代。卫星遥感向地球整体观测和多星组网观测发展,逐步形成立体、多维、高中低分辨率结合的全球综合观测能力。与此同时,高吞
8、吐量、全电推技术和小卫星技术将成为未来卫星技术的主要趋势;航天先进制造技术快速发展,应用范围不断扩大;商业航天成为航天工业基础的新生力量。这些趋势特征标志着未来10年全球卫星及应用产业发展潜力巨大。随着我国经济社会快速发展和航天技术不断进步,各领域、各部门对构建自主开放的民用空间基础设施提出了更加广泛和更为迫切的需求。国土、海洋、测绘、环保、气象、农林、交通等领域对卫星遥感提出了多样化、精细化、高时效性观测需求;广电、教育、文化、通信、医疗、应急救灾等领域对卫星通信广播电视应用提出了广覆盖、大容量、高安全的需求;公共安全、国土资源、公安警务等领域对卫星导航应用提出了更高精度、更多融合的创新服务
9、需求。鉴于此,在总结分析国内外卫星及应用产业重点领域发展趋势的基础上,基于继承性、动态调整性、产业发展导向性、航天主导性等原则,本课题研究提出了卫星通信、卫星导航、卫星遥感、航天运输四个领域作为“十三五”卫星及应用产业的重大发展方向,并研究提出了各个重点方向亟需突破的关键技术和产业发展目标。在卫星通信领域,重点是突破宽带多媒体卫星通信及新一代卫星移动通信技术、空间光通信组网技术,以及开展量子通信、卫星信息安全抗干扰等先进技术研究与验证。到2020年,力争实现卫星宽带多媒体接入、新一代卫星移动通信、卫星应急通信等新应用发展成熟,能够提供覆盖全国及亚太地区以及全球重点区域的大容量、高可靠、常态化通
10、信服务,掌握卫星通讯终端产品等的核心技术,实现在边防、国家应急救援和救灾通信等政府、行业应用领域中的普及和推广,完善卫星设计制造、通信设备制造、通信卫星资源运营服务、增值服务和应用开发等产业链环节,实现卫星通信终端和运营服务产业化发展。在卫星导航领域,重点是突破高精度定位及多系统兼容卫星导航技术和组合导航技术。到2020年,基本形成我国卫星导航产业创新发展格局,产业应用规模和国际化水平大幅提升,产业规模超过4000亿元,北斗卫星导航系统及其兼容产品在能源(电力)、金融、通信等国民经济重要行业和关键领域得到广泛应用,在大众消费市场逐步推广普及,对国内卫星导航应用市场的贡献率达到60%,重要应用领
11、域达到80%以上,基本具备开放兼容的全球服务能力。实现服务性能进一步提升,实现与其他卫星导航系统的兼容与互操作,在全球市场具有较强的国际竞争力。在卫星遥感领域,重点是突破高分辨率、高精度综合观测及定量化遥感与应用技术和微小卫星对地观测等关键技术。到2020年,建成空、天、地三个层次观测平台,覆盖大气、陆地、海洋,形成高、中、低分辨率并举,大、小卫星互为补充,光学和微波相结合的对地观测数据体系;形成资源、环境、高分等陆地观测卫星系列,稳步提高数据质量,实现系列化、业务化发展;进一步提升高分辨率全球数据的获取能力以及综合信息处理、存储、分发和服务能力13,大力推动商业化遥感产业的发展。在航天运输领
12、域,重点是突破先进总体技术、先进推进和动力技术、先进材料和结构技术、先进制造技术和先进保障维护技术。通过不断提升现役运载火箭的适应性,完成新一代大推力、高可靠、无毒、无污染、竞争力强、满足未来需求的一次性运载火箭体系构建,运载火箭的可靠性、发射成本、快速响应和运载能力、适用性等方面达到世界先进水平,到2020年我国在国际商业发射市场的份额由目前的3%提高到15%,提高微小卫星的商业发射市场份额,市场竞争力进一步增强。为着力推进卫星及应用产业在“十三五”时期实现新的发展,本课题研究提出了空间基础设施建设和天地一体化卫星综合应用提升两项重大工程。空间基础设施建设工程是在“十二五”初步建成空间基础设
13、施骨干架构的基础上,在“十三五”期间,构建形成卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位三大系统,基本建成国家民用空间基础设施体系,提供连续稳定的业务服务。重点开展重型运载火箭工程和重复使用天地往返运输系统建设,提升进入空间的能力;实施载人登月工程与深空探测工程,带动我国空间技术基础和空间应用发展,提升利用空间的能力;开展空间设施在轨服务与维护系统建设,具备空间飞行器服务与维护、轨道监视与维护、空间系统在轨构建和威胁探测与消除等业务能力,提升控制空间的能力;实施航天核心元器件原材料自主可控工程和航天高端制造装备工程,加速提升我国航天工业基础保障能力。天地一体化卫星综合应用提升工程是在“十三五”期间,
14、推动建设“一星多用、多星组网、多网融合”的空间信息网络,突破多功能多模式卫星综合应用关键技术,数据共享服务机制基本完善,商业化发展模式基本形成,具备国际服务能力,在卫星防灾减灾综合应急保障、卫星多媒体广播通信、基于北斗导航系统的地理位置信息服务、天地一体化的物联网应用等领域取得重大进展。为加快“十三五”卫星及应用产业培育和发展步伐,课题组聚焦卫星通信、卫星导航、卫星遥感、航天运输四个重点发展方向,在各领域产业成熟度评价的基础上,研究提出了推动卫星及应用产业培育与发展路径。一是建议强化国家统一管理和统筹协调,完善航天政策环境,保障卫星及应用产业长期稳定发展;二是建议加强政府对卫星产品与服务的采购
15、和应用,促进卫星应用市场发展;三是建议加强航天制造体系建设,提升航天先进制造技术水平;四是建议推进第三方验证机构建设,加强卫星及应用技术和应用模式创新;五是建议制定系统的国际化发展战略,多途径推动国际化发展;六是建议借鉴国外商业航天发展经验,探索建立国家为主、商业为辅、军民商协调发展、互为补充的航天产业格局。第一章卫星及应用产业的内涵X概念和范围战略性新兴产业是指区别于传统产业,在国民经济中居于战略地位,对经济社会发展和国家安全具有重大深远影响,可能成为一个国家和地区未来经济发展支柱的产业。卫星及应用产业涉及运载火箭、卫星与航天器制造及各类卫星应用服务,在其外围还包括由各类航天技术转化应用而形
16、成的相关产业,产业链条环节众多、对经济社会影响显著,具备战略性、基础性和新兴性的特点:运载火箭、卫星及航天器制造及卫星应用服务是事关国家安全、国际地位、科技实力的战略产业; 由各类卫星、航天器、地面设施组成的空间基础设施是支撑经济社会运行的基础性产业; 卫星通信1、卫星导航、卫星遥感等领域是系统复杂、技术密集、多学科交叉的新兴产业,日益成为推动国民经济可持续发展的新兴力量。 航天技术在信息、新材料、新能源、节能环保和生物技术等领域的转化应用也将促进相关领域战略性新兴产业的发展,具有很强辐射带动作用。卫星及应用产业是指以建立我国自主、安全可靠、长期连续稳定运行的空间基础设施及其信息应用服务体系为
17、核心,以卫星通信广播、卫星导航定位、卫星遥感及综合应用的市场化推进为重点,兼顾空间科学探索与实验需求,主要包括航天运输、应用卫星、科学实验卫星、地面系统、卫星应用等五部分,是由运载火箭制造、卫星与航天器制造、地面设备制造、发射服务、运营1包括卫星通信和卫星广播,下同。服务等完整产业链组成的高技术产业领域,如图1所示。2012年7月国务院发布的“十二五”国家战略性新兴产业规划将卫星及应用产业作为七大战略性新兴产业之一的高端装备制造产业的重点发展方向,提出了卫星及应用产业的发展目标,即到2015年初步建成由对地观测、通信广播、导航定位等卫星系统和地面系统构成的空间基础设施,建立健全应用服务体系,形
18、成卫星制造、发射服务、地面设备制造及卫星运营服务的完整产业链,促进民用航天全面实现向业务化的转变。卫星及应用产业主要包括空间基础设施及卫星应用产业两部分。空间基础设施是指应用空间技术建立的、由功能配套的各类卫星等应用型空间飞行器及其地面系统构成的天地一体化的设施体系与支撑环境,以有效利用外层空间(含临近空间)资源和环境,扩大人类活动空间,为国家安全、经济社会发展、民生改善和科技进步等多方面提供长期、连续、稳定、系统的公共服务,是国家战略性基础设施。空间基础设施的组成包括通信广播、导航定位、遥感等应用卫星,可业务化应用的临近空间飞行器,地面支持系统、地面数据与服务系统以及支撑环境等,为广泛的业务
19、应用提供基础产品及服务,包括全球综合观测、信息传输、导航定位等服务。发展和完善自主的空间基础设施,日益成为发达国家和地区追求空间领域领先、抢占经济科技竞争制高点、发展新兴产业、维护安全利益的战略选择。卫星应用产业则是基于空间基础设施,将应用卫星等空间资源与环境应用于国民经济、社会发展和科学研究等领域所形成的各类技术、产品与服务及所形成的产业的统称,包括卫星应用地面设备制造和运营服务。当前,我国航天正处于大力推进航天科技工业体系建设、实现由航天大国迈向航天强国的重要发展阶段,大力培育和发展卫星及应用产业,紧密围绕经济社会发展的重大需求,加快建设国家空间基础设施,积极发展卫星应用产业,是促进我国航
20、天产业转型升级、充分发挥航天产业的牵引带动作用,推动航天更好地支撑经济社会发展、促进小康社会建设的内在要求。二、装备制造视角下卫星及应用产业的特点“十二五”国家战略性新兴产业规划将卫星及应用产业作为高端装备制造产业的重点发展方向。从高端装备制造的视角看,卫星及应用产业是航天装备的制造及其运营服务的完整产业链,航天装备是空间基础设施建设和卫星应用产业发展的使能资产。航天装备制造是先进制造、高端制造的典型领域,航天装备制造能力决定了进入太空、控制太空和利用太空的能力,是卫星及应用产业的基础与核心。世界航天大国无不将新型运载火箭、大容量通信卫星、高分辨率遥感卫星和全球导航卫星等航天高端装备作为重点投
21、入的领域,而依托这些航天高端装备的卫星应用产业则主要由私人部门通过商业化的方式加以培育和发展。世界航天的发展历程表明:航天装备的发展水平决定了航天发展的高度,航天高端装备体现了国家意志,而非单纯的市场经济规律,没有自主可控的航天高端装备制造能力,就没有坚实的、可持续发展的航天能力和航天产业。从制造过程看,以运载火箭、卫星、飞船为代表的航天装备制造具有设计更改频繁、产品状态多样、质量要求高、生产周期长、任务计划多变、专用工装工具多、物料保障难度大、齐套性要求高等特点,同时又具有品种多、数量少以及高质量、高可靠、小子样研制及“一次成功”等特殊要求,因此航天制造企业长期以研制模式为主,与其他装备制造
22、领域自动化、流水线的制造模式具有很大差异。1、航天高端装备的极端制造特征越来越明显极端制造是指在极端条件或环境下,制造极端尺度或极高功能的产品、器件和系统。随着人类的航天活动由近地迈向深空、由无人转向有人,航天装备越来越多的表现出极端制造的特征。大型化和重型化航天装备往大型化方向发展,大型空间基础设施建设,如空间站,需要分阶段在空间组装建设;长寿命大容量卫星,需要大型卫星平台支持;大型、重型运载火箭大部段结构制造等。同时,航天装备也在往重型化方向发展,为适应一星多用、卫星功能多样化、长寿命运行的发展要求,卫星载荷、卫星在轨维持、机动所需携带的燃料都越来越多,越来越重,如空间科学实验卫星实际上就
23、是把高精尖的地面实验室搬到空间。精密化和小型化航天装备结构形状与零部件配合关系复杂,其尺寸精度、表面质量以及装配精度要求很高,如美国哈勃望远镜形状精度达到0.01m,人造卫星的仪表轴承的圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达到纳米(0.001m)级,对航天制造技术的加工精度提出了较高要求,对精密超精密加工技术的需求和依赖性更为突出。同时,高性能的微小航天器设计与制造如微传感器、微控制器、微能源、微光学器件等对航天高端制造领域提出了新的要求和挑战。高性能和独特性航天制造面临很多独特的需求和问题,如特种工艺、特种材料等,航天产品的关键零部件如框、梁、接头、壳段等大量使用钛合金、高强度及高温合金钢、工程陶瓷
24、等难加工材料。同时由于订货量小、用量少,往往还面临不连续供货、生产线难以维持的问题,因此特别需要各个工业部门的协同配合。2、先进制造技术广受瞩目,推动航天制造模式转型发达国家高度重视先进制造技术发展。2012年11月美国国防部发布了新版国防部制造技术(ManTeCh)战略规划,进一步强调了制造技术在保障国家安全方面的重要性。美国航空航天局(NASA)局长博尔登在2013年2月22日参观马歇尔航天飞行中心先进制造厂时指出:发展美国航天先进制造是复兴美国制造业的重要途径,随着美国空间探索边界的不断扩展,先进制造技术将使得从卫星到空间飞行器等所有航天装备的制造变得更加快速,具有更佳的经济可承受性。美
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- 十三 战略性 新兴产业 培育 发展规划 研究 卫星 应用领域 20151230 公开
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