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问题描述

航天运输系统是往返于地球表面和轨道之间，轨道与轨道之间，以及完成地外天体着陆、起飞和返回任务中运输各种有效载荷的运输工具的总称。航天运输系统的构成十分丰富，有多种分类。按照用途分为进入空间、空间转移和再入返回等运载器；按照其具体构成形式可以分为运载火箭、重复使用运载器、载人或货运飞船、空间运输飞行器等。此外随着科学技术的发展，人们还提出一些基于新型动力、新材料等新技术的新概念运载器。

世界各航天大国高度重视航天运输技术发展，作为国家重要战略方向持续支持，研发了以运载火箭、航天飞机等为代表的一系列航天运输系统，并对运载火箭构型重复使用、高性能轨道转移等技术途径开展了深入研究，获得了丰硕研究成果，同时也经历了多次挫折，发展历程跌宕起伏。

航天运输系统未来的发展方向包括：依托大推力发动机、大直径结构技术等打造重型运载火箭；采用新型动力、高精度返回控制等技术发展重复使用运载器；研究高性能低温长期在轨应用、复合材料技术等发展新型空间运载器，实现未来大规模、低成本进出空间，以及高性能的空间运输能力。

针对人类社会未来大规模、高可靠、低成本、灵活快速的进入空间、星际运输与天地往返的要求，航天运输系统需要解决以下技术难题。

（1）航天运输系统优化技术：航天运输系统的具体构成和类型多样，但是为实现运载器的综合性能，需要发展多学科耦合设计及优化技术、动力/总体一体化技术、高精度气动力热分析预示技术、推进剂交叉输送技术、动特性建模高精度载荷设计等技术，以实现运载器总体性能优化的目标。

（2）低温推进剂长期在轨管理技术：通过准确的理论建模、仿真和试验，准确预示和验证液氢、液氧等低温推进剂在轨的热力学和流体动力学性能，通过综合的技术手段降低其各种复杂热环境条件下的蒸发量，并实现对液氢液氧为代表的低温推进剂长期在轨存储、利用和加注的能力，推动高性能低温推进剂在未来轨道转移、深空探测等任务中的应用。

（3）先进重复使用推进技术：该技术包括重复使用液体火箭发动机技术和组合循环动力技术。重复使用推进技术除要求高性能、高可靠、长寿命外，还需具备多次点火、大范围工况调节等功能和全任务剖面故障检测、全寿命周期使用维护等特点。利用先进材料、智能制造、大数据与故障检测等科技发展成果，将现有的火箭动力从一次性拓展到多次使用，从单一模态发展为火箭、涡轮、冲压多模态融合。

（4）智能自主控制技术：以智能感知与信息融合、智能规划与决策、自学习与适应、数值优化与计算、动态重构调度等技术为核心，实现运载火箭、天地往返飞行器从发射准备到完成运载任务再到安全返回或回收全过程的智能自主控制。

（5）先进结构、材料与工艺技术：基于高强轻质智能材料设计的新型结构功能一体化形式，具备一定健康监测与诊断能力的材料、结构及其制造工艺技术，可实现天地往返运输系统低成本轻质高效、性能与功能增强融合，满足空天跨域飞行任务剖面内使用载荷及环境条件下的结构完整性要求。

（6）先进测控通信技术：以实时精确定位引导飞行器、实时传输飞行器数据、实时监控管理飞行器状态等为目标，从提高安全性、可靠性、降低成本等角度着手，需具备网络化、高码率、高覆盖率等多元化特点，需要研究关键技术和新兴技术、对测控通信系统升级换代。

（7）先进试验与验证技术：充分利用先进测试手段和综合物理环境试验尽可能逼真的对飞行器进行验证，降低天地差异。提高试验验证的有效性、充分性、覆盖性，可为新型飞行器试验验证领域发展提供重要的支撑。需要深入研究高精度天地一致性试验模拟方法、实物试验与虚拟试验融合分析、智能数据分析与推理等关键技术。

（8）先进发射技术：通过该技术提高运载器的初始动能和势能，能够更好地实现高性能、低成本和发射灵活。先进发射方式包括陆基、空基（含临近空间）、海基等。其中，先进轨道式发射通过轨道助推器在运载器点火前提供超声速助推，为运载器增加初始动能和势能，并通过助推发射器的重复使用，替代或部分替代空间运载器的一级动力，电磁发射是其典型代表。

重要意义

航天运输系统是确保人类开展航天活动的重要前提，是发展空间技术、大规模开发和利用空间资源的载体，是确保国家空间资源开发和应用的重要保证，是国民经济发展和新技术进步的重要推动力量。

航天运输系统也是牵动航天产业发展和科技进步的龙头，航天运输系统的发展直接带动了材料与制造、能源、信息、核心器件等基础学科的进步，促进了卫星应用、载人航天等技术的发展，在通信、导航、环境监测、资源勘察、防灾减灾、科学研究等方面给国民经济带来直接的经济效益，并通过新技术、新产品、新工艺、新管理方法的推广，给社会带来了巨大的间接效益，在国民经济中占有举足轻重的作用。

航天运输系统的技术水平不仅代表着一个国家自主进出空间的能力，也体现着一个国家最终利用空间和发展空间技术的标志，维护着一个国家的空间安全和空间利益，是一个国家航天能力的基础，也是综合国力的象征。实现航天运输系统的领先地位是实现航天强国的必要条件，也是实现航天强国的重要前提和标志。