航空航天和国防 (A&D) 行业面临的挑战是设计更省油、更安静、更安全的进化和衍生飞机,以降低航空公司的运营生命周期成本。与此同时,它正在与城市空中交通 (UAM) 和商用无人机的快速革命作斗争。随着组织创新以保持或建立技术领先地位,全球国防开支正在增加。随着非传统公司和新兴航天国家挑战政府资助机构的历史主导地位,新的太空竞赛已经开始。在整个行业中,这些趋势要求以前所未有的速度进行创新,再加上自动化、电气化、连通性和数字孪生等全球颠覆性的跨行业力量,以及新材料和增材制造。它需要在前所未有的设计领域进行创新。
例如,由多个国家共享的国际空间站已耗资超过 1500 亿美元。一个规模较小的国家空间站的成本可能在 100 亿至 300 亿美元之间。印度空间研究组织 2024-25 年的预算约为 19.5 亿美元。相比之下,美国宇航局的预算要大得多,约为 250 亿美元。苏联放弃了和平号空间站,因为其运营和维护成本越来越难以承受。太空竞赛:与老牌太空强国进行合作可能会因太空技术领导地位的竞争而变得复杂,尤其是与美国、俄罗斯和中国等国家。机组人员健康与安全:确保宇航员的身心健康至关重要。长时间处于微重力和隔离状态会对健康产生不利影响。
1957 年 10 月 4 日,苏联向太空发射了第一颗人造卫星,震惊了世界。在此之前,外太空基本上只是科幻小说的范畴。在冷战高峰时期,人造卫星的发射使外太空的利用一夜之间成为现实。美国积极以前所未有的速度做出回应。不到一年之后,即 1958 年,国会成立了国家航空航天局,以及科学、空间和技术委员会的前身。支持国家科学事业的努力也得到了推动。这项努力催生了一代工程师和科学家,其持久成果不仅体现在航天成就上,还体现在推动美国经济半个世纪的技术革命上。1958 年也是《国家航空航天法》颁布的一年。这项立法可能是国家首次为制定太空法而做出的重大努力。随着太空竞赛的加速推进,人们很快意识到,太空旅行的性质要求国家法律不能仅仅规范其行为。1967 年,世界各国共同制定了《外层空间条约》。美国和苏联于 1967 年批准了这项条约,这是冷战期间一项显著的法律和外交成就。自太空竞赛初期以来,外层空间的探索和利用取得了突飞猛进的进展。现代社会每天都以无数种(且常常被忽视的)方式与我们的空间经济互动。随着这些发展,空间法的主体也不断发展和变化。今天,我们正站在外层空间利用的十字路口。商业实体准备以前所未有的方式开始运营,包括引入定期太空旅行。随着商业空间活动开始超过民族国家的太空活动,我们的空间法制度将面临新的挑战。我希望本汇编将为科学、空间和技术委员会成员提供全面的资源,因为我们的委员会正在着手解决这些现代空间法挑战。E DDIE B ERNICE J OHNSON ,科学、空间和技术委员会主席。
如今,低地球轨道经济的 I&S 部分与 20 世纪 60 年代的太空竞赛一样具有基础性,而且在许多情况下,它们仍然支持着相同的总体功能目标。地面站对于通信、跟踪和遥测仍然至关重要。火箭和太空舱仍然负责运送机组人员和货物往返太空。空间站仍然提供宇航员完成任务所需的电力、增压、热管理和生命支持。从本质上讲,I&S 部分仍然是安全可靠地进入太空的支柱。然而,如今用户、提供商和商业案例的格局已截然不同,而且正在迅速变化。载人航天曾经仅供国家太空计划使用,而 NASA 对新型商用载人飞船的投资以及增加进入国际空间站 (ISS) 的机会为商业用途打开了大门。
美国的创新引领着航天工业技术的大规模发展。卫星和空间服务直接或间接地影响着每个公民的生活。此外,这些服务在 5G 中日益集成,在 6G 中将更加如此。此外,包括美国国防部和 NASA 在内的美国政府越来越依赖商业卫星和空间服务。正如《国家空间政策》所承认的那样,这意味着为商业卫星和空间服务提供更多兆赫兹频谱至关重要。美国政府要想在新的太空竞赛中领先世界并与全球对手竞争,就必须制定连贯的多机构政策,确保满足商业卫星和空间界的频谱需求。为了满足用户(无论是政府、消费者还是企业)日益增长的需求,美国不仅必须继续提供现有分配的访问权限,而且还需要在低、中、高频段提供额外的频谱。
人造卫星的发射标志着太空竞赛的开始。从那时起,各国一直试图发展其技术以征服外层空间,包括其自然资源。《外层空间条约》和《月球协定》确认外层空间是人类的共同遗产。因此,任何国家都不能声称对其领土和自然资源拥有主权。然而,2015年美国通过了《太空资源探索和利用法案》,授权其私营实体开发并赋予它们一系列权利,包括对太空资源的所有权。因此,本文探讨了《管理各国在月球和其他天体上活动的协定》(《月球协定》)中“人类共同遗产”(“CHM”)的概念,并阐述了建立太空资源探索和利用多边机制的可能性。第二部分讨论了 CHM 的概念及其应用;第三部分对未来的多边机制进行了深入分析,第四部分得出结论:多边机制而非单边机制才最能平衡太空资源探索的需求与发展中国家的利益。
保持我们的人工智能优势 我们乐观地认为,人工智能可以使天平倾向于防御者。为了实现这一目标,我们现在需要做的事情如下。9 在去年的阿斯彭安全论坛上,我们表示,最有可能在竞争力和人工智能网络防御方面领先的国家将是那些大胆而负责任地开发和部署人工智能的国家。10 今年,很明显,民主国家的领先公司在人工智能能力和基础人工智能研究方面取得了进展,取得了良好的开端。但是,虽然美国和我们的盟友在某些人工智能领域处于领先地位,但我们在其他领域却落后了。11 为了保持我们的优势并在需要的地方迎头赶上,我们需要以 20 世纪 60 年代太空竞赛时的同样紧迫感来对待人工智能。这意味着建立一种支持创新的协作和一致的方法。
会议在其前瞻性的野心和2040年确实取得了成功,确实是许多演讲者的定义时间范围。头条新闻包括“自主权”,“行业”,“合作”和看不见的“防御”,以及诸如“蓝眼睛的时间已经结束”之类的陈述(EC)。然而,一场专注于欧洲的会议中缺少许多关键任务主题。大多数小组讨论中都缺乏国际空间的国际空间维度,不到4%的国际讲话者。几乎没有提到中国。是ESA DG,要求看我们周围的世界,指出全球太空竞赛。虽然人才无可争议地是任何未来的基础的一部分,但该主题并没有发现太多考虑。探索通过与ISA(ESA)的现场链接引起了亮点的关注,但是HLAG报告所要求的“革命空间”似乎仍然在很大程度上被搁置。科学似乎完全没有辩论。
航天领域在运载火箭和卫星的建造中广泛使用粘合剂粘合。与许多其他领域的情况一样,粘合剂在这些应用中的使用与复合材料的使用密切相关。虽然在太空竞赛开始时,运载火箭和卫星主要由金属制成,但复合材料整体结构部件在 20 世纪 70 年代开始成为常态,取代了许多(但不是全部)金属结构。这种使用是由于环氧树脂与玻璃和硼纤维的结合,这提高了复合材料的强度和稳定性,尽管其使用仍然仅限于整流罩和支架等次级结构。在 20 世纪 80 年代,碳纤维的使用开始成为常态,并开启了复合材料在主要结构部件、整体结构或夹层板中的使用。如今,许多火箭包括完全粘合的复合材料级,用作储罐,将推进剂冷却至低温。其中一些应用如图 1.13 所示。
太空竞赛的里程碑之一发生在 1961 年 4 月 12 日,当时俄罗斯宇航员尤里·加加林 (Yuri Gagarin) 成为第一个访问太空的人类 [3]; 8 年后,即 1969 年 7 月 21 日,第一个人类登陆月球 [4]。近半个世纪后的今天,NASA 或 SpaceX 等组织正在开发在 2030 年之前将宇航员送上火星的技术 [5],此前大约有十几个无人设备已成功发送到这颗红色星球。该事件旨在成为一系列类似事件中的第一个,就像第一次登月项目中发生的那样。然而,60多年来的太空成就和错误让我们认识到,为了将宇航员送上行星表面,有必要评估大量重要方面,以确保这些任务的成功;因此,船上通常会配备指定的工程师、医生和外科医生[6]。