航天技术识别与预见的方法及应用

蒲洪波 袁建华 赵滟 孙静芬 徐熙阳 陈红涛

（中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

航天技术识别与预见的方法及应用

蒲洪波 袁建华 赵滟 孙静芬 徐熙阳 陈红涛

（中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

从方法应用和组织管理两个层面对国外航天技术识别与预见的现状进行了系统梳理和比较分析。在方法应用层面，将国外航天技术识别与预见方法从研究性方法和规范性方法两类进行梳理；在组织管理层面，从国外航天技术识别与预见的组织机构、制度标准、工作程序、创新文化和资源网络五个方面进行了简要分析。文章剖析了我国航天技术识别与预见的现状与差距，提出了提升我国航天技术识别与预见能力的途径。

航天技术；技术识别；技术预见；方法应用；组织管理

1 引言

航天事业事关国家安全和经济社会可持续发展，是综合国力的集中体现，是各国竞相争夺的技术制高点，同时航天事业发展具有技术复杂、周期长、资本密集、风险高的特点，必须要提前谋划，长远布局。航天技术识别与预见方法是在航天总体发展战略指引下，对支撑航天发展的关键技术领域进行筛选和权衡，对关键技术领域的未来发展进行评估与规划的技术方法和工具。随着我国加快实现由航天大国向航天强国的迈进，迫切需要依托科学有效的技术方法加强航天技术识别与预见工作，以适应新时期我国航天大力提升原始创新能力的要求，更好地支撑重大航天工程的技术需求，为我国航天未来中长期发展提供可预见的技术储备。

国外航天高度重视技术识别与预见工作，将技术识别与预见作为技术战略管理的重要内容和确保未来技术领先优势和航天领导地位的一项重要的决策支持手段，为航天战略规划、技术研发和投资决策等重大事项提供指导和支撑。本文从方法应用和组织管理两个层面对国外航天技术识别与预见的现状进行了系统梳理和比较分析，并结合我国的实际情况，提出了相关的启示建议，可为加强和完善我国航天技术识别与预见提供决策参考。

2 国外航天技术识别与预见的方法及应用

航天技术具有跨领域、多学科交叉、综合性和集成性强的特点，航天产品和服务涵盖防务系统、航天器、运载火箭、卫星应用等诸多类型，面向的市场与用户多种多样，国外航天技术识别与预见坚持需求牵引与技术驱动相结合的原则，重视在有限的预算约束条件下聚焦重大需求开展技术识别与预见，既实现了对前沿技术发展趋势的充分探索与论证，又注重技术识别与预见的目的性；同时注重应用人机结合、定性定量相结合的方法，力图既能够通过流程化和规范化的程序充分获取专家的知识和意见，又能够通过模型化、定量化的方法和计算机手段得出识别与预见的结果，并不断地对这两个过程进行交互和迭代，从而最终得到具有一致性的结果。

从技术驱动和需求牵引两个不同的角度看，国外航天技术识别与预见方法可以分为研究性方法和规范性方法两类［1］，研究性方法是一种技术驱动视角下的方法，基于被评估对象目前的状态而对其未来发展进行展望，包括文献分析法、技术显示度曲线法、技术路线图法等；规范性方法是一种需求牵引视角下的方法，首先需要确定需求，根据需求确定目标，然后选择战略，制定资源分配的方法和实现的期限等，包括质量功能展开、战略计划和技术优先程序、战略技术投资分析工具等方法。

2.1 研究性方法

2.1.1 文献分析法

文献分析法是通过对文献的搜集、鉴别、整理和系统性分析，形成对事实的科学认识的方法，主要包括文献计量、专利分析、知识图谱等方法。文献分析法以已有的文献数据为基础，能够方便、快捷地以定量、可视化的形式反映技术发展的热点领域和趋势，在国外航天军工领域的技术识别与预见过程中得到了广泛的应用。

美国国防部（DoD）为避免全球范围颠覆性技术可能带来的技术突袭（Technology Surprise），目前正在开展“技术监视/地平线扫描（TW/HS）”项目，目的是通过对专利申报文献、大学学报、相关研究杂志、军事记录资料和访谈节目等加以挖掘和跟踪，进行聚类分析，密切监视全球范围内萌发的新兴技术及趋势，包括改良型技术和颠覆性技术［2］。兰德公司（RAND）在2013年应用基于文献分析的快速证据分析方法（Rapid Evidence Analysis，REA）研究分析了英国未来国防技术的发展趋势及直到2035年的国防技术领域的使能因素，该方法共包括7个步骤，如图1所示［3］。通过该方法共识别出了包括纳米技术、雷达技术、赛博技术、3D打印技术、定向能武器、地理空间情报技术、精确打击等在内的16个英国未来关键的国防技术领域。2014年，欧洲航天局（ESA）在其开展的技术预见项目“技术突破”（TECHBREAK）中也应用了文献计量法识别出了对航天重要且目前较为热门的18个技术领域［4］。

图1 兰德公司REA方法的主要程序Fig.1 RAND's main procedures of REA

2.1.2 技术显示度曲线

技术显示度曲线（Technology Hype Cycle）由著名的技术研发与咨询企业高德纳公司（Gartner）提出，是一个呈钟形的曲线，横轴表示时间，纵轴代表技术价值的显示度（Visibility）或技术期望（Expectations）。技术显示度曲线由两条不同的曲线合成，如图2所示［5］。其中:一条呈钟形的曲线反映了技术显示度水平的变化过程，人们在开始阶段往往会对一项新兴技术的发展过于推崇和乐观，使得该技术的显示度水平（Hype Level）达到顶峰，但由于新技术的应用通常难以达到人们的预期，又会使得技术的显示度大幅下降到一个较低的水平；另一条呈S形的曲线则反映了技术的成熟过程，在开始阶段技术的成熟速度较慢，随着知识的积累和投资的增加，在达到一定的拐点后技术会加快成熟，最终随着技术性能达到极限，该技术将实现完全成熟。

图2 技术显示度曲线的合成过程Fig.2 The forming of hype cycle

技术显示度曲线可以分为5个阶段:①创新触发期（Innovation Trigger），新的技术概念开始传播并吸引媒体的关注，风险资本开始介入以期获取先发优势；②期望膨胀高潮期（Peak of Inflated Expectations），人们对新技术的期望达到顶峰，并广泛见诸媒体，企业资本蜂拥进入；③幻灭消退期（Trough of Disillusionment），过高的热情导致新技术的应用难以达到预期，公众的失望开始扩散，媒体呈现负面报道；④反思重整期（Slope of Enlightenment），早期的进入者继续开展技术研发并获益，技术性能逐步提升；⑤生产高台期（Plateau of Productivity），市场化应用获得成功，技术价值得以实现。高德纳公司从1995年起应用技术显示度曲线对新兴技术的发展进行预见，2012年高德纳公司对包括大数据、3D打印在内的新兴技术进行了显示度分析，结果表明在航天领域具有广阔应用前景的3D打印技术正处于显示度的顶点［6］。近两年来随着3D打印技术的不断成熟及其在航天领域的应用逐步获得验证，预计3D打印技术会很快进入到生产高台期。

2.1.3 技术路线图法

技术路线图通过对未来社会、经济和技术发展的系统研究，提出应该优先发展的关键技术群、主导产品或产业及其相互关系，并以时间序列图表来描述技术发展的优先顺序、实现时间和发展路径，为有效组织技术研发、产品开发和合理配置创新资源奠定基础。技术路线图法是国外航天常用的技术识别与预见方法。

美国国家航空航天局（NASA）在2010年由首席技术专家办公室（Office of Chief Technologist，OCT）牵头实施技术领域路线图的研究工作，共形成了由15个技术领域、300多项技术组成的综合技术路线图。NASA技术路线图开发的总流程包括7大步骤:①搜集各任务委员会和各中心的输入信息，作为技术领域选择的依据；②成立技术领域组；③统一技术领域组的研究方法；④形成技术领域路线图的起点，在此基础上提出一个将技术提升至技术成熟度6级水平的10年计划；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；⑦技术路线图更新和技术优先级排序。如图3所示［7］。

图3 技术路线图开发总流程的七步法Fig.3 Seven steps of technology roadmap developing

技术路线图内外部评审的流程如图4所示。图中NRC为美国国家研究委员会。此外，加拿大航天局、欧洲宇航与防务工业协会航天分会等也都应用了技术路线图法开展技术识别与预见［8-10］。

图4 技术路线图内外部评审的流程Fig.4 Review process of technology roadmap

2.2 规范性方法

2.2.1 质量功能展开

质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）是以质量屋（Quality House）的形式量化分析客户需求与技术特性之间对应关系，找出对满足客户需求贡献最大的技术特性，开发满足客户需求的产品的方法。在航天技术识别与预见过程中，质量功能展开方法主要用于建立和评估技术与需求之间的映射关系，并对满足重要需求的技术赋予较高的权重。

NASA在2011年委托美国国家研究委员会（NRC）开展路线图的优先级评价。NRC使用基于质量功能展开的加权决策矩阵，将每个技术领域中的具体技术分为高优先级、中优先级和低优先级3组，然后再识别跨技术领域的高优先级技术。NRC建立了用以判断技术优先级的3个主要标准:收益、与NASA目标的一致性、技术风险与挑战，其中后两项又分别包含了3个细分的子标准，根据满足NASA技术开发目标的重要性对每个标准赋予一个权重。每项具体技术在每个标准的得分可以分为4档或5档（如0/1/3/9，0分表示没有，1分表示低，3分表示一般，9分表示最高），每个标准得分乘上该标准的权重，所有乘积之和即为某一具体技术的总得分，总得分越高，则该技术的优先级越高。一旦得到了所有的具体技术的总得分（QFD），就可以据此将该领域的所有具体技术划分为高、中、低3类不同的优先等级。例如，技术领域01“发射推进系统”中的三项技术的优先级评估如表1所示［8］。通过应用该方法，NRC将NASA的技术路线图修订为295个具体技术，其中83项具有最高的优先级，并据此提出了未来5年应重点关注的16项技术。

表1 NRC基于质量功能展开的技术识别方法Table 1 NRC quality function deployment based method for technology identification

2.2.2 战略计划和技术优先项程序及计算器

战略计划和优先项程序（Strategic Planning and Prioritization，SP2）及计算器由美国乔治理工大学航天系统设计实验室开发，是一种用于辅助制定未来技术组合战略计划的方法和工具，在美国航空航天局空间探索系统架构研究、飞行器系统项目（VSP）等多项确定技术优先项工作中得到应用。SP2是一个从目标愿景到技术路线图的结构化方法，包括9大步骤:①确定计划范围；②建立组织目标；③将目标分解到适当的水平；④在不同场景下对目标的优先级进行排序；⑤建立性能与目标之间的映射关系；⑥提出支持愿景的项目；⑦建立技术与性能之间的映射关系；⑧将信息导入到决策支持工具中，通过执行优化算法，得到最优的技术组合；⑨建立战略计划，根据最优的技术组合确定相应的资源配置方案。如图5所示［11］。

图5 SP2的程序Fig.5 Main procedures of SP2

2.2.3 风险和技术战略评估工具

风险和技术战略评估工具（Strategic Assessment of Risk and Technology，START）是一个通过满足一定的成本和进度约束条件下对净任务价值求最优化来筛选投资项目的决策程序和方法，净任务价值（Net Mission Value）是项目能力水平的函数。START已经用于对NASA探索系统任务委员会的投资进行优先次序评估和对NASA科学任务委员会的火星项目进行技术组合分析等。START的主要步骤为:①对需要研究的决策问题进行清晰完整的描述；②对决策者的目标、优先级和相关的指标进行识别；③对将要实施的各种场景、任务或项目的架构进行识别；④对各种场景、任务或项目要求的能力或技术进行识别；⑤对各种能力、技术应用不同的指标进行量化，并对收集到的数据进行验证；⑥明确各种所要求的技术性能的重要性；⑦计算出在决策者要求的资金预算和进度约束下最优的技术组合；⑧通过对数据的一致性检验和对结果的敏感性分析对得到的结果进行验证，使决策者获得关于计算结果的置信水平。START的系统架构如图6所示［12］。

图6 START的系统架构Fig.6 System architecture of START

2.3 各类方法的比较分析

还有一些方法兼有研究性和规范性两类方法的性质，如德尔菲法既可以用于对未来技术发展趋势的预测，也可以用于判断技术与需求之间的对应关系。在实际开展技术识别与预见的过程中，往往需要将不同的方法结合起来综合应用。美国国防部在1990年发布的《国防关键技术报告》，就综合应用了各种方法提出了美国国防部关注的22项关键技术，具体的组织形式和程序如图7所示［13］。对各类方法的比较分析见表2。

图7 美国国防部关键技术识别的组织形式和程序Fig.7 Organization and process of U.S.DOD critical technologies identification

表2 国外航天未来发展技术识别与预见方法的比较分析Table 2 Comparison between methods of space technology identification and foresight

3 国外航天技术识别与预见的组织管理

3.1 组织机构

国外航天技术识别与预见建立了完善的组织体系，落实了责任主体。国外航天政府部门和大型企业集团大都设有首席技术官，技术识别与预见是首席技术官为制定和实施组织的技术发展战略所开展一项重要工作，同时由于首席技术官是决策层领导的重要成员，能够切实调动组织范围内的相关资源协同有效地开展技术识别与预见工作。在这个过程中相关的专业技术机构发挥了重要的支撑作用，国外航天普遍设有与业务领域部门相分离的专业技术机构，如波音公司的研发与技术部门，洛马公司的创新中心等，这些技术机构主要开展前瞻性、探索性的技术研究、提出颠覆性技术方案构想和技术发展战略研究，能够为技术识别与预见提供有力的支撑。

3.2 制度标准

国外航天将保持技术领先优势作为驱动可持续发展的重要因素，高度重视技术战略管理，将技术识别与预见纳入其中，并加以制度化。美国国防部长期强调维持“强有力的科技计划”，以支持武器装备发展和军事转型要求，保持对现实和潜在敌人的军事优势，为此美国国防部出台了一系列旨在加强未来军事能力的技术战略和研究计划，在2014年提出了一项创新计划，用于识别、发展和突破尖端技术和系统，特别是在机器人、自主系统、微型化、大数据和3D打印等先进制造业领域［14］。NASA为了保持在航天领域的技术优势，推动航天新技术的开发和演示以及新技术在民用、商业中的应用，发布了一些政策指令、技术标准和指南，并定期进行更新，如《NASA的战略管理和治理手册》（NPD 1000）、《NASA研究与技术项目管理要求》（NPR7120.8）、《NASA科学技术信息（STI）管理指示》（NPD2200.1）等［15］。

3.3 工作程序

注重采用流程化、规范化的工作程序与规范，使技术识别与预见有章可循，确保了工作的严谨性和一致性。ESA建立了端对端（E2E）的技术识别程序［16］，该程序覆盖所有的技术研发项目，由一个自顶向下和自底向上的过程组成。自顶向下的过程始于ESA的长期技术计划，综合考虑了欧洲航天产业竞争力、欧洲航天独立性、技术需求与相关的资源要求等多种因素，为航天技术需求的整合和优先排序提供指导。自底向上的过程基于ESA和欧洲航天产业界专家的咨询结果对技术需求进行识别，既要满足未来航天任务的需要，也要满足欧洲航天产业竞争力和技术创新的需要。

3.4 创新文化

重视技术创新文化的培育和技术创新长效机制的建设，建立了关注新兴技术、鼓励技术创新、探索颠覆性技术、加强技术识别、孵化与转移的长效机制。NASA设立了创新先进方案（NASA Innovative Advanced Concepts，NIAC）项目，该项目将资助那些能够促使未来航天任务发生转型的创新性突破技术，涵盖了从空间潜艇（Space Submarines）（NASA计划开发的一种用于探测外星球海洋状况的能潜入水下的自主飞行器）［17］到太阳风动力航天器（Solar Wind Powered Spacecraft）在内的诸多创新性概念。洛马公司建立了全员参与、跨部门创新的文化氛围，在内部实施了面向所有工程师的“技术探索幼苗”项目，并对纳入该项目的技术进行孵化和应用转移。

3.5 资源网络

重视发挥由多方组成的技术网络在技术识别与预见中的作用，形成了技术情报搜集、技术渠道构建、技术转移应用集成交互的机制，实现了资源整合，提升了技术识别与预见的有效性，降低了风险。NASA在制定未来14个重点领域的技术路线图时委托美国工程院下属的国家研究委员会（NRC）开展独立评估和优先级评价；ESA联合欧洲科学基金会（ESF）共同实施了名为“技术突破”（TECHBREAK）的科学预见研究项目，梳理突破性的科学发现，预测2030—2050年驱动欧洲创新型航天任务的重大技术突破［4］。

4 我国航天技术识别与预见的现状与问题

我国航天长期以来在投入相对较少、技术基础较为薄弱同时又面临国外技术封锁的情况下，采用了跟踪国外、聚焦国防安全和经济社会发展急需的重大技术领域开展型号研制的策略，以较小的代价较短的时间取得了举世瞩目的成就。新时期，国家综合国力大为增强，不断变化的安全形势、经济社会发展、科学技术进步、承担与大国地位相称的国际义务等都对航天发展提出了更加全面、深入和多样化的需求，为实现由航天大国迈向航天强国提供了难得的历史机遇，这要求我国航天必须实现由技术跟踪模仿向赶超引领转变，充分发挥航天技术识别与预见的战略指导作用，增强航天技术发展的前瞻性、预见性，为适应未来20～30年中长期国家对航天发展的技术需求，提供坚实可靠的战略决策支持。

随着航天事业发展，我国航天在国家、企业等层面不同程度地开展了技术识别与预见工作。国家航天科技工业主管部门在制定国家层面的航天发展五年规划、中长期发展战略、国家航天政策时需要确定重点发展的航天领域、重大关键突破性技术，指引国家未来航天发展方向；航天企业集团的技术识别与预见工作主要体现为专项的研究开发规划及其预先研究部门开展的技术探索和论证。此外，一些国家级的科研机构和智库如中国科学院、中国工程院也开展了一些相关的工作，对我国未来中长期的空间科技与产业发展进行论证和预见［18-19］。但与国外相比，我国航天技术识别与预见主要以支撑规划制定为主，缺乏专项研究，重视近期任务规划，缺乏对中长期技术发展的预见和颠覆性技术创新的前瞻性、战略性研究，主要存在以下问题。

4.1 需求牵引不足

明确需求是开展航天技术识别与预见的重要前提。在实践中，航天工业部门与用户的沟通不够，航天工业部门自身的技术规划、预研计划与用户部门的需求与业务规划不能有效衔接，用户的需求牵引力度不足，同时工业部门缺乏对用户需求深入系统的研究分析与评估，影响了航天未来发展技术识别与预见工作的有效性。

4.2 自主创新驱动不强

与国外航天强国相比，我国航天的原始创新项目很少，航天发展以“跟随”为主，仍处于“追赶”阶段，更加关注能够“立竿见影”的集成创新工作和型号任务，对前沿性、基础性的技术研发关注不够，缺乏从航天技术本身发展规律的角度对未来航天技术的发展进行识别和规划，技术发展的自主性和目的性不强。

4.3 缺乏系统量化的技术方法指导

我国航天技术识别与预见目前仍以经验判断、定性描述为主，缺乏基于数据的量化方法支撑，在具体工作开展过程中缺乏规范的标准和程序。

4.4 工作基础薄弱

由于缺乏数据积累和规范的技术体系型谱与专业的技术数据库，在实际工作中往往以点为主论证，缺乏“面”的体系性论证，缺乏对技术发展动态进行有效跟踪的机制和相应的技术保障条件与专家队伍，没有确保技术识别与预见工作连续稳定开展的制度保障。

5 加强我国航天技术识别与预见的主要途径

为进一步加强我国航天技术识别与预见工作，在充分借鉴国外航天技术识别与预见有益经验的基础上，结合我国实际，提出以下对策建议。

5.1 完善技术识别与预见的组织体系

完善以技术发展战略制定者为领导和责任主体、以专业技术机构为支撑的技术识别与预见的组织体系，切实落实技术识别与预见的工作职责及相关的保障资源。加强专业技术机构的支撑作用，进一步强化顶层的、系统性的技术发展战略研究，提升对未来航天技术发展动向与趋势的把握能力、驾驭能力，有效识别和预见对组织未来发展具有战略意义的关键技术领域，科学制定指引未来中长期发展的技术战略。

5.2 强化需求牵引与技术驱动并举的实施模式

一方面，以面向未来中长期国家安全、经济社会发展、科学技术进步的重大需求为牵引，强化对需求的系统论证与分析，以需求的优先级次为首要依据来识别和筛选关键的技术领域；另一方面，以发掘和探索关键技术领域中的突破性技术和颠覆性技术为驱动，分析和预见未来的技术发展趋势。通过强化需求牵引与技术驱动并举的实施模式，同时结合我国的技术基础条件和资源保障能力，形成我国未来航天技术发展的路线图，作为我国航天未来中长期技术发展决策的重要依据。

5.3 构建以技术发展战略为统领的工作程序与规范

构建以技术发展战略为统领，制度化、流程化的工作程序与规范，将技术识别与预见作为航天组织制定和实施技术发展战略的重要内容，将技术识别与预见提升至组织战略高度，需要通过制度化，使技术识别与预见成为一项日常工作持续不断地开展；需要通过流程化，将具有鲜明创新性、探索性特点的技术识别与预见工作分解为具体可操作的步骤和程序；需要通过规范化，明确要求和标准，确保技术识别与预见工作的严谨性和一致性。

5.4 培育技术创新文化和机制

培育鼓励技术创新、推崇技术变革的文化，形成促进技术进步的激励机制、先进理念的孵化机制和技术成果的转化机制。应进一步重视自主创新投入，加强前瞻性、创新性技术研发力度，进一步提升预先研究在航天科研生产体系中的地位，培育鼓励探索、容忍失败的技术创新文化，形成技术创新、孵化、应用的长效机制，形成原创性技术成果与国外前沿技术发展趋势双轮驱动的技术识别与预见工作模式。

5.5 夯实基础引入先进适用的技术方法

夯实技术识别与预见的工作基础，建立完善航天技术树和技术数据库，引入先进适用的技术识别与预见方法工具。应进一步完善技术识别与预见的基础保障条件，构建全面、细化的航天技术体系图谱与数据库并落实管理职责，形成跟踪、修改、更新的长效机制，积极探索应用先进适用的技术方法，提升技术识别与预见的量化与精细化水平。

5.6 建立官产学研相结合的技术网络

建立政府主管部门、航天企业、大学、专业技术研究机构紧密协同的技术网络，形成资源共享、风险共担、协同共赢的合作伙伴关系。我国航天应进一步建立完善官产学研相结合的技术网络，形成政府主管部门为指导、航天企业为主体、大学和专业技术研究机构为支撑的技术网络，使技术情报研究、前沿技术论证、技术成果转化应用有效集成，提升技术识别与预见的效率与有效性。

6 结束语

航天事业具有高新技术密集、周期长、风险大、投资高的特点，提高对未来航天技术发展的识别和预见能力，是缩短开发周期、节约开发资源、提高开发效率、少走弯路的重要保障。我国航天应从国外航天技术识别与预见的方法应用与组织管理实践中汲取经验，并针对自身的薄弱环节，完善技术识别与预见的组织体系，强化需求牵引与技术驱动并举的实施模式，构建规范的工作程序，引进先进适用的技术方法，培育技术创新文化，建立广泛的技术网络，全面提升我国航天技术识别与预见能力，促进我国航天未来健康、可持续发展。

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（编辑：张小琳）

Review of Space Technology Identification and Foresight Methods and Practices

PU Hongbo YUAN Jianhua ZHAO Yan SUN Jingfen XU Xiyang CHEN Hongtao
（China Academy of Aerospace Systems Science and Engineering，Beijing 100048，China）

With focusing on method application and organization management，the present state of the technology identification and foresight in space sector is analyzed and compared.The method application of space technology identification and foresight is divided into the research method and normative approach.The organization management of space technology identification and foresight is briefly analyzed in five aspects，which are organization framework，system standard，working procedure，innovation culture，and resource network.The state quo of the Chinese space technology identification and foresight is discussed，based on which a gap analysis is made.The approaches to improve the Chinese space technology identification and foresight are proposed in the end.

space technology；technology identification；technology foresight；method application；organization management

V57

A DOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2015.02.019

2015-01-08；

2015-02-11

蒲洪波，女，工程师，从事航天系统工程、科技情报研究工作。Email：sunjingfen2008@126.com。