太空经济的创新版图与新兴技术

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2026年11月5日 17:16
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以下文章来源于科情智库
，作者程如烟

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当前，太空经济已从冷门领域走向产业前沿，成为支撑创新、新兴服务与公共政策目标的重要力量。2025年，全球太空相关收入约为5500亿至6000亿美元，规模已接近半导体产业。2026年9月，经合组织（OECD）发布《太空经济概览》报告，专章阐述太空经济的创新格局和新兴技术。报告认为，创新是决定太空经济未来走向的关键因素；太空领域的创新活动目前仍在持续扩张，地理分布也日趋多极化；然而，高质量研究、核心专利、关键基础设施仍高度集中在少数成熟航天国家与地区。同时，人工智能正在重构卫星数据的生产与利用方式，深空探测推动生命保障、自主系统、原位资源利用、电源与核技术等新兴技术的重要性日益凸显。

创新是决定太空经济未来走向的关键因素，塑造着新技术、新应用和新能力的演进路径。但衡量太空领域的创新需要采用多维度的方法，因为单一指标无法全面反映其全貌。《太空经济概览》综合采用科学出版物、专利数据以及特定技术进展等多方面的互补证据，深入探讨太空经济的创新格局和前沿技术趋势。

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一

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太空科学出版物快速增长且日益多极化

太空研究日益活跃。2009—2024年，太空相关出版物数量增长超过一倍，增速高于工程学、地球与行星科学以及整体科学出版活动。这一增长背后的驱动力包括：国家太空计划的扩张、卫星数据与信号获取渠道的拓宽、地球观测、通信、导航、太空科学与探索任务的增加，以及下游数据服务的兴起。同时，太空研究天然具有跨学科特征，涵盖天体物理学、航空航天工程、地球与行星科学、遥感、数据科学、材料科学、机器人技术、生命科学等多个领域。

太空研究的地理格局日趋多极化。新兴经济体贡献了近期增长的重要部分。2024年，中国占全球太空科学文献的40.8%，跃居世界第一。这与中国持续将太空领域列为中长期规划重点密切相关，目标覆盖运载能力、卫星、载人航天、月球与深空探测、地球观测、导航、通信和太空科学等一系列方向。相比之下，OECD国家占全球份额从2009年的73.3%显著下降至46.9%。

OECD国家继续表现出较高的影响力。OECD国家高被引论文占比（本国进入全球前10%高被引论文占本国论文总数的比例）平均为12%。其中，小国和国际化程度较高的国家表现更为突出，例如2024年丹麦为22.9%，荷兰为17.9%，英国为16.3%。但从高被引论文的绝对数量来看，中国和美国仍占据全球最大份额。

太空研究国际合作不断扩展和深化。在太空领域的文献中，参与国际合作的国家数量从1996年的71个增至2024年的119 个，活跃的双边合作更是翻了三倍多，从566对增加到了1958 对。美国在太空研究领域的国际合作伙伴数量始终稳居第一，从1996年的52个增加到了2024年的101个。从太空领域论文国际合著率来看，美国为45%，中国为15%。

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二

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太空专利增长主要集中于电力和控制技术

自2000年以来，太空相关专利数量稳步增长，六大技术领域的专利申请持续增加，包括推进系统、航天器电力、太空系统控制、生命保障、太空碎片以及量子技术的太空应用。

太空专利增长主要由航天器电力和太空系统控制技术的进步驱动。这两个领域占据了专利申请的大部分份额，反映出能源的产生、存储与管理，以及制导、导航与控制（GNC）能力对日益复杂的太空任务的重要性。2023年，仅航天器电力就占太空相关专利申请的46%，凸显了其在当代太空创新中的核心地位。同时，一些新的技术领域也开始涌现，包括量子技术的太空应用和太空碎片相关技术。

专利的地域格局依然高度集中。2020—2023年，美国占太空相关专利申请的34.2%，其次是欧盟27国（22%）、日本（14%）和中国（10%）。创新活动主要集中在少数枢纽地区，如美国加州、日本南关东地区、法国奥克西塔尼大区、韩国忠清地区以及美国科罗拉多州等。

从技术领域分布来看，美国在生命保障、航天器电力和太空系统控制领域领先；欧洲在推进系统和量子相关专利方面处于领先地位；日本在太空碎片创新方面表现突出。

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三

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AI赋能数据处理成为太空创新关键前沿

AI与太空数据的融合正被视为当前最关键的跨域创新前沿之一。过去，AI主要用于下游数据分析，如今正逐步向上游数据生产环节渗透，涵盖星上处理、数据筛选以及下行链路自主优先级排序等。这对于面临带宽限制且数据量持续增长的卫星对地观测任务而言尤为重要。2024年，欧洲航天局发射了PhiSat-2技术验证星，该卫星搭载多光谱相机与AI计算单元，能够在轨完成云像素分割与掩膜、灾害快速检测、目标分类和影像压缩，从而优先下行更具价值的数据。

机器学习能够降低对人工分析的需求、提供近实时信息并支持预测性分析。但许多应用仍然依赖地理空间专业知识、完善的ICT基础设施以及高质量训练数据集的获取。地理空间基础模型的涌现，可能代表着未来卫星数据分析的重大突破。由美国国家航空航天局（NASA）和IBM主导开发的Prithvi地球观测、天气和气候模型正是这一趋势的典型代表。Prithvi-EO 2.0模型在基于Landsat和Sentinel-2卫星数据构建的协调一致数据集上，利用数百万数据点进行了预训练，目前已能够支持碳通量估算、滑坡检测、燃烧强度估算、作物模式识别和洪水制图等多种应用。

科学出版物凸显出数据密集型太空创新日益增长的重要性。观察2015年以来太空文献中的热点主题，遥感变化检测和遥感语义分割在新颖性和相关论文数量增长方面尤为突出，这与数字技术日益广泛应用于卫星影像处理和分析的趋势相一致。其他重要主题包括大气污染和气溶胶、闪电和地球伽马闪光，以及沿海和海洋环境制图，这与太空传感器的改进和地球观测卫星的更广泛部署相一致。传感技术、卫星重访时间、云计算、人工智能以及大型开放数据集获取能力的进步，正在不断拓展卫星影像和信号的分析应用，为环境监测、气候科学、灾害管理、农业、安全和商业数据服务创造新机遇。

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四

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未来太空探索对新兴技术提出新需求

当前，太空探索正日益以实现轨道及行星表面的持续机器人与人类作业为目标，这对一系列关键技术突破提出了迫切需求。同时，太空探索的战略重心正在发生转变：月球不再仅仅被视为前往火星的“跳板”，而是被定位为长期驻留的目的地。

为实现上述目标，需要推进以下四项战略转变：第一，从短期任务向持续驻留转变。这需要发展闭环生命保障系统、高可靠性生命保障技术、长期在轨医疗保障、深空任务乘员自主管理能力、营养与易腐物资储存技术，以及月面居所等关键支撑能力。第二，从遥控操作向自主运行转变。深空通信时延使得深空探测器、月面居所、巡视车辆及机器人必须具备更高的自治能力，包括自主交会对接、自主车辆管理、在轨授时与导航、地月空间以外的任务控制自动化，以及月面居所与人形/非人形机器人的协同作业等。第三，从地球补给向本地资源利用转变。这需要发展原位资源利用、月尘防护与减缓、充气式结构、低温机构、热管理及月面机动等技术，以大幅降低对地球补给的依赖。第四，从受光照制约的运行模式向高韧性能源系统转变。持续的月面、火星及深空任务需要更高能量密度、更长寿命、可在无日照或弱日照环境下稳定工作的电源系统，包括可展开式太阳翼、高功率空间太阳能阵列、月面/火星表面核电源、多兆瓦级核电推进系统、高能量密度燃料电池、长寿命蓄电池以及抗辐射电源管理技术等。

太空核能有望成为未来探索任务的使能技术。未来的太空活动需要韧性更强、自主化程度更高的能源系统，轨道运行、行星表面作业和深空探测皆然，太空核能有望成为支撑这类活动的关键技术。核技术在航天领域的应用已有六十多年，主要依靠放射性同位素电源系统，为太阳能不可得、不足或不稳定的任务提供电力或热能。迄今为止，共有四个经济体将核能系统送入太空：苏联/俄罗斯（47个）和美国（36个）最多，中国（3个）和印度（1个）是近年才在月球探测任务中使用核能系统。目前，太空核能应用大多采用放射性同位素加热器（RHU）或放射性同位素温差发电机（RTG），二者都是利用特定放射性同位素自身衰变释放的热辐射来产生热量或电力。核裂变反应堆属于另一条技术路线。与放射性同位素电源相比，裂变系统的输出功率更高，有望用于能耗更大的任务场景，包括持续的星表作业和推进系统。