航天工程论文
技术预见是各国航天普遍采用的一种战略管理工具。技术预见以满足航天未来发展为目标，确定优先发展的若干关键技术，对推动航天科技乃至整个社会的科技发展都具有重要的战略意义。技术预见使得"把钱花到刀刃上",也是航天产业发展的新动力。国外航天未来发展的技术预见方法，较多采用了德尔菲法、技术路线图法、专家咨询法、头脑风暴法、关键技术选择法等，也采用了诸如情景分析法、文献计量法、专利分析法、实地考察法等，是对多种方法的综合集成有效运用。
本文梳理了国外相关机构（美国航空航天局、兰德公司、欧空局、欧洲宇航与防务工业协会航天分会、加拿大航天局、高校等）开展的航天未来发展技术预见工作，以期为我国航天以及我国工程科技各领域未来发展技术预见的组织实施提供参考。
一、美国航天未来发展技术预见的实施
1.NASA航天未来发展技术预见
（1）NASA制定技术路线图，确定未来高优先级发展的技术
2011年2月NASA委托国家研究委员会（NRC）开展14个技术领域路线图的优先级评价，采用德尔菲法、专家会议法、质量功能展开方法，筛选出未来5年应重点关注的最高优先级的16项技术。NASA技术路线图开发工作的总流程包括7大步骤（见图1）：1）搜集NASA4个任务委员会（MD）和所属各个中心的输入信息，作为技术领域选择的依据。2）组织机构设计，成立技术领域组。3）统一各个技术领域组的研究方法。4）根据以往的技术路线图和步骤1收集到的输入信息，形成技术领域路线图的起点。5）制定各技术领域路线图草案。6）开展技术路线图草案的内外部评审。内部评审主要由NASA的总师办公室组织实施，外部评审主要委托NRC进行。7）技术路线图修改、集成和优先级排序。
现以第8个技术领域（TA08科学仪器、天文台和传感器系统）为例，说明制定具体的技术路线图的4个步骤。1）实施科学任务委员会（SMD）的需求评估，制定SMD每个研究领域完成未来航天任务所需的技术列表。2）将识别的技术需求进行整合分类，形成技术领域的分解结构（TABS），TA08分解为3个子类，4个层次。3）形成对TABS各元素未来20年的技术发展路线图。图2显示了TA08的TABS中8.2观测技术的技术路线图。最上边是计划的航天任务及可能发射日期，下边对应于8.2的各个元素，水平蓝实线代表技术受到资助的时期，三角形代表主要里程碑，通过垂直红实线连接起来指向特定任务的三角形表示在该时点必须达到TRL6级，以确保从研究阶段转向实施阶段，菱形代表决策点。4）对TA08与其他技术领域和政府机构的需求之间的相互关系进行研究。结果显示具有双向的技术流动关系。
（2）NASA 采用"架构驱动的技术开发评估方法"确定面向未来载人航天任务的关键技术。
NASA成立了载人航天架构团队（HAT），主要确定未来月球和火星探测所需的技术和能力。HAT采用了"架构驱动的技术开发评估方法",获得了开展未来低地轨道以远载人空间探索任务的关键技术清单。HAT对每个任务要素（航天器、运载、宇航服等）进行概念设计，形成技术列表，并提交给HAT中的总体团队、各系统单元团队和探索目的地团队，要求各团队对每项技术进行评审。如果3个团队就某项技术达成一致意见，认为必不可少，就加入到关键技术清单中。对每项技术建立起技术与系统单元、任务和目的地的映射关系。
"D"表示必不可少，需求牵引；"X"表示是有益的，技术推动。应用该方法，HAT识别出了60项由任务需求牵引出来的关键技术，以及另5项提升经济可承受性的共性技术。
2.乔治亚理工学院航天系统设计实验室开发的"战略计划和优先项程序"及计算器乔治亚理工学院航天系统设计实验室开发的"战略计划和优先项程序"（SP2）及计算器，是一种帮助制定未来技术组合战略计划的方法和工具。该方法是基于专家的决策分析工具，已运用在美国航天多个机构的技术优先项工作中。
SP2是一个从目标愿景到技术路线图的过程。首先建立目标愿景，然后分解到项目/技术层次，通过情景分析进行优先级排序，借助SP2计算器，制定战略路线图，建立项目/技术组合。SP2是一个结构化的方法，包含9大步骤：1）确定计划范围；2）建立组织目标；3）将目标分解到适宜水平；4）不同场景下对目标进行优先级排序；5）建立性能与目标的映射关系；6）引出支持目标的项目；7）建立技术与性能的映射关系；8）将信息导入到决策支持工具中；9）建立战略计划。
二、欧洲航天未来发展技术预见的实施
1.欧洲宇航与防务工业协会航天分会采用技术路线图方法制定航天研发技术优先项2012年，欧洲宇航与防务工业协会航天分会（ASD-Eurospace）发布了《研发技术优先项2012》，从全球航天未来发展的趋势出发，结合欧洲航天计划和政策的相关需求，研究了航天未来研发技术的重点，并制定了技术发展路线图。这项研究分别于2004年、2008年和2012年发布了3次研究成果。该研究将航天技术分为卫星应用、科学任务和多目标多用途技术3大领域，每类技术领域下包含若干子领域，子领域下包含若干技术，并对每类技术从2012到2020年规划了技术成熟的时间表。
2.兰德公司采用快速证据评估方法为英国防部选择未来技术2013年，英国防部委托兰德公司（欧洲分部）开展一项关于英国未来国防技术发展的研究，目的是识别可能塑造英国未来国防技术能力的技术研发投资领域。兰德公司使用了"快速证据评估方法"（REA）。REA是一种广泛应用于社科领域的研究方法，核心是以一种结构化的视角对相关的文献资料进行细致、透明、有效和可重复的筛选分析。研究围绕两个问题展开：技术趋势是什么，英国到2035年国防技术领域的使能因素是什么。
REA程序包括了7个步骤：1）确定搜索源并识别搜索项。2）实施初始搜索并建立参考文献数据库。3）对标题和摘要去除冗余项。4）对所有筛选出来的文献全文进行阅读并建立数据抽取模板。5）手工搜索文献。6）内部研讨。7）最终报告编写。
兰德使用REA程序识别出了英国未来16个关键国防技术领域：纳米技术、雷达技术、赛博技术、新材料、无人系统、混合及替代能源技术、光电系统技术、仿真技术、3D打印、人机界面、发动机、电子监控、定向能武器、地理空间情报、精确打击、动能武器等。
3.欧洲科学基金会为欧空局开展航天技术预见项目2009年欧洲科学基金会（ESF）为欧空局实施一项技术预见研究项目"TECHBREAK",目标是预测2030~2050年驱动欧洲创新型航天任务的重大技术突破。2014年ESF发布了项目研究报告。通过项目定义、召开专题论坛、一对一专家访谈3个阶段，为欧空局识别出未来可推动航天领域发展的非航天技术。
（1）第一阶段：项目定义阶段，确定关键使能技术的8个主要领域、确定技术评价方法a）提出关键使能技术（KET）的概念。b）收集以往相关项目的研究成果并开展项目访谈。项目组收集了欧洲航天政策研究所"关键使能技术与开放创新"项目成果和欧空局先进概念团队"技术创新的初步研究"项目成果。面向欧空局专家组织了关于突破性技术以及欧空局技术开发项目的访谈。c）通过以往对关键使能技术的分类，以及前期研究中识别的一些关键技术等研究成果，结合专家访谈，项目组确定了关键使能技术的8个主要领域：微纳电子、光子、先进材料、生物技术、纳米技术、机器人、仿生技术、能源与动力。d）确定技术评价方法和标准，主要考虑3个要素：被评估技术当前的技术成熟度、技术取得突破所需时间、技术领域的研究规模。项目组对不同技术的评估使用了一个简化版的技术成熟度评价方法（表3）。技术取得突破所需的时间分三档：短期（5年）、中期（5~10年）、长期（10年以上）。技术领域的大小分3类（表4）。
（2）第二阶段：召开专题论坛，提出了5个主导驱动因素项目组织了5次专题论坛，关键使能技术各领域专家参与，提出了欧洲航天技术预见的5个主导驱动因素（降低质量的同时保持硬度、建造/实施能够运行50年的航天器/航天任务、在太空部署直径大于30米的望远镜、行星地理物理环境自主式探测、使人在太空停留超过2年的时间如火星任务）。这些主导驱动因素代表了需要提升技术以取得能力突破的领域。每个因素又细分为若干个问题域及解决方案。
（3）第三阶段：一对一专家访谈，得到对航天重要且较为热门的技术领域项目组对欧洲顶尖的20位专家进行一对一访谈，在访谈中使用了主导驱动因素的概念。通过专家访谈，可建立起主导驱动因素细分的若干个问题域及解决方案与关键使能技术的细分领域间的映射关系。以纳米技术为例说明（见表5）。
根据对所有关键使能技术分析后红色区域代表的热门技术领域的汇总，可以得到对航天重要且目前较为热门的技术领域。
三、加拿大航天未来发展技术预见的实施
加拿大航天局开展的"航天技术开发计划",目标是指导和支持战略航天使能技术的研究开发。加航天局认为实现目标最关键的要素是技术规划，技术规划最具挑战性的一项工作就是确定技术开发的优先顺序，较有效的方法是最终状态法和技术路线图法。
1.最终状态法
最终状态法通过7个步骤来识别技术需求：1）描述技术的初始状态特征（现状）；2）识别任务架构的基线方案和备选方案；3）描述技术的最终状态特征（期望的航天任务性能和功能需求）；4）定义功能流程图；5）对本质上相似的功能进行合并；6）将最终状态的需求分配给各功能；7）导出技术需求。
该方法具有突出的优势：技术开发需求与最终状态目标关联，通过分析初始状态，建立起由问题到解决方案的可追溯的路径，使技术开发只在现有技术不能满足需求或成本太高的领域中实施。
2.技术路线图方法
（1） 步骤1:评估航天活动的未来需求从终端用户需求、到航天任务、系统、分系统、再到部件需求的流动过程应当使用标准的系统工程方法，并保存在任务数据基础数据库（MDB）中。所有的航天任务方案和产品构想都要经过一个筛选过程，这个筛选过程是基于对5项标准（战略一致性、用户需求、经济可承受性、加拿大的能力、时间）进行评价加以确定，每项标准的打分从1到5不等。
（2）步骤2:制定技术路线图航天系统需要下列功能：从环境中获取数据（传感器）、对环境施加工作（力或机械）、与其他系统沟通（通信）、处理信息以便进行决策（情报）、基于数据开展航天应用（数据利用）、具有支持各种功能实施的平台（平台或航天器）、将各种功能集成到一个系统中（系统工程），这7个技术领域可用图5的技术树进行展现，在每个技术领域下，又可以定义产品域和其子域。当所有由第1步挑选出来的技术或产品都在技术树中进行了识别和分类后，应用系统工程方法可将航天任务层面的功能和性能要求沿着整个供应链分配至技术树中的相关元素。通过功能、性能和时间等方面对航天产品进行分类和定义，成为技术路线图制定的最后的起点。
（3）步骤3:确定必须要进行开发的关键技术确定步骤2定义的关键技术中哪些是必须要进行开发的。开展本步骤共有7个标准，包括国家安全需求、用户需求、竞争力提升、应用性、时间、经济可承受性、替代性。每个标准的得分从1到3不等。通过打分加以评价选择。
结束语
技术预见是航天未来发展技术战略管理的重要内容，是航天技术发展规划制定、技术研发和投资等重大事项的决策支持手段。研究借鉴国外航天未来发展技术预见实施方法和流程，结合我国实际，进一步推动技术预见工作，是创新驱动建设航天强国的战略选择。