中国航天领域研究热点及发展趋势——基于2016-2020年文献计量分析

马雪梅 ,  陈学娟 ,  刘雅楠 ,  胡良元 ,  许哲平 ,  蒋甜

科学观察 ›› 2023, Vol. 18 ›› Issue (1) :57-66

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科学观察 ›› 2023, Vol. 18 ›› Issue (1) :57-66 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.202301008
研究论文

中国航天领域研究热点及发展趋势——基于2016-2020年文献计量分析

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Research Hotspots and Trends in China's Aerospace: Based on Bibliometric Analysis from 2016 to 2020

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摘要

[目的/意义] 科学分析航天领域研究热点与态势,有助于航天科技工作者和决策者及时了解航天科技的研究现状及动向,为我国航天强国建设提供决策支持。[方法/过程] 通过文献计量视角,基于中国知网2016-2020年航天领域的中文文献,从发文情况、研究主题与热点、研究机构等方面探究“十三五”我国航天领域研究现状、热点与态势。[结果/结论] 国家通过部署各类基金项目支持航天领域的研究;我国航天领域的主要热点集中在卫星应用领域,包括卫星导航、卫星通信、卫星遥感等;“商业航天”和“深空探测”是重要的前沿热点,2017年以后的研究热度呈现增加态势;科研院所在基础理论、装备技术研发和应用中发挥着重要作用。当前我国在航天领域取得较快发展,“十四五”期间仍需多方共同努力,加快政策、配套措施、技术研发等的布局和投入,持续推动航天强国建设。

Abstract

[Objectives/Significance] Analyzing the research hotspots and trends of aerospace field will help scientists and decision makers to keep abreast of the research status of aerospace technology, and provide supports for the construction of an aerospace power. [Method/Process] From the perspective of bibliometrics, this paper explores the research status, hotspots and trends in the aerospace field of China during the "13th Five-Year Plan" period based on Chinese literatures from 2016 to 2020 in CNKI database. [Results/Conclusions] Results show that China supports the aerospace field research through the deployment of various fundings and projects. Since 2016, the main hotspots in China's aerospace field have been concentrated in the field of satellite applications, including satellite navigation, satellite communication, and satellite remote sensing. Commercial aerospace and deep space exploration become frontier hotspots with increasing research interests after year 2017. Research institutes play an important role in the basic theory and the development and application of equipment technology. It reveals that China has made certain progress in the aerospace field. During the "14th Five-Year Plan" period, in order to continue to promote the construction of aerospace power, more joint efforts need to be paid on policies, supporting measures, and technology research and development.

Graphical abstract

关键词

航天领域 / 文献计量 / 可视化 / 研究热点

Key words

aerospace / bibliometric / visualization / research hotspots

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马雪梅, 陈学娟, 刘雅楠, 胡良元, 许哲平, 蒋甜. 中国航天领域研究热点及发展趋势——基于2016-2020年文献计量分析[J]. 科学观察, 2023, 18(1): 57-66 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.202301008
Ma Xuemei, Chen Xuejuan, Liu Yanan, Hu Liangyuan, Xu Zheping, Jiang Tian. Research Hotspots and Trends in China's Aerospace: Based on Bibliometric Analysis from 2016 to 2020[J]. Science Focus, 2023, 18(1): 57-66 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.202301008

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1 引言

航天科技是世界科技的最前沿,是推动国家科技创新发展的强大引擎,是一国占领先机、赢得优势的重要抓手。《2016中国的航天》白皮书中首次提出建成“航天强国”的发展愿景,《2021中国的航天》白皮书进一步强调了开启全面建设航天强国新征。在党的十九大报告中也提出加快建设“航天强国”的宏伟目标,习近平总书记多次在重要场合强调“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不断追求的航天梦”,这为中国航天指明了方向和道路。建设航天强国已成为党和国家赋予中国航天的神圣使命和历史责任,是履行强军首责、落实创新驱动发展战略的根本遵循。“十四五”时期是新时代加快航天强国建设的关键时期,中国航天开启了从航天大国向航天强国迈进的新征程[1]

经过六十多年的实践探索,中国已跻身航天大国行列,在若干重要技术领域跻身世界先进行列,载人航天、北斗导航、深空探测等重大航天科技工程和战略战术武器装备取得突破性进展,为国家安全、经济建设、社会发展和科技进步做出了突出贡献。但与建设世界航天强国的目标和要求相比,当前我国航天科技依然面临诸多挑战和问题,突出表现在:基础研究薄弱,原始创新能力不足,制约着航天科技创新的整体和长远发展;航天工业基础不够完善,部分核心元器件仍然依赖进口,这对我国航天创新能力的整体提升,在战略高技术领域实现重点跨越,实现航天服务国家安全、经济社会、科技发展提出了更为迫切的要求。在坚持需求牵引的同时, 我们更要重视技术引领的力量, 密切跟踪前沿技术, 重视科学技术的最新成果[2]。科学有效地分析航天领域研究动向,深刻把握航天领域研究全景,有助于为航天技术领域及其基础研究提出有效的发展和决策建议,为航天强国建设提供有效研究支撑。

科技文献是传达科技信息、反映领域前沿热点的重要载体,利用科学计量方法对文献进行分析可以宏观把握并深入了解领域研究现状、热点与态势[3-5]。本文尝试从文献计量角度对我国航天领域的相关文献进行梳理,从发文情况、研究主题与热点、研究机构、重大工程等方面,全面分析“十三五”时期我国航天的发展现状、热点及趋势,以期为“十四五”时期我国加快建设航天强国提供理论指导和建议。

2 数据与方法

2.1 数据来源

本研究以中国知网为来源数据库,以航天主题相关的中文文献为研究对象。在充分调研航天领域科学研究和知识应用现状的基础上,确定文献检索主题词,将检索式设置为:SU='航天'+'宇航'+'太空'+'外空'+'月球'+'火星'+'行星'+'近地空间'+'地月空间'+'地外空间'+'空间科学'+'空间技术'+'空间应用'+'探月'+'深空探测'+'北斗'+'对地观测'+'运载器'+'火箭'+'飞船'+'卫星'+'探测器'+'导弹'+'空间站'+'空间基础设施'+'发射场'+'在轨服务'+'在轨维护',时间范围是2016-2020年,文献类型为会议、报纸、期刊和学位论文,检索日期为2021年10月18日。将检索得到的文献题录导入MySQL数据库中进行清洗和筛选,删掉无关文献后,总共获得103 798篇文献。

2.2 分析方法

本文利用MySQL和VOSviewer软件开展文献计量和可视化分析。采用MySQL对文献信息进行结构化存储、管理与统计,对发文期刊、基金资助来源、学科类别、研究机构、关键词等进行分析;对文献关键词提及的国家/地区进行识别与标注,用于分析我国研究人员对国外航天的关注程度和相关研究热度,国家/地区包括美国、俄罗斯、欧洲、印度、日本,其中“欧洲”包含关键词中出现“英国、法国、德国、意大利、欧洲、欧盟”的情况。

关键词是对文章研究对象或研究主题的凝练和直观反映。利用VOSviewer 软件制作关键词共现网络图谱,揭示研究热点,图中结点的大小代表关键词出现的频率,结点越大表示该关键词出现的次数越多,结点间的连线代表关键词之间的关联关系。

3 结果分析

3.1 发文情况分析

2016-2020年我国航天领域发文量排名前20的刊物包含期刊与报纸两类(表1),其中《中国航天报》和《科技日报》为报纸,其余为期刊。这20个刊物发文量均在360篇以上,发文量在500篇以上的有12个刊物。《中国航天》《卫星与网络》《卫星应用》三种期刊发文量超过1 000篇,主要报道国内外重大航天活动,航天器、运载火箭和导弹研制及使用情况,卫星应用领域的法规与政策、前沿技术、行业动态、应用市场、趋势分析等最新研究成果,在推动我国航天领域研究成果发布与交流中起到重要作用。

我国大力支持航天领域发展,部署了各类基金项目支持航天基础与应用研究。为统计分析项目资助情况,将项目总体归为六大类:部委及科研院所项目、国防军工项目、省级项目、高校项目、国际合作项目、企业项目,其主要资助来源及发文量见表2。其中,国际合作项目是基于国家或地方支持的,在此单列出来,以揭示我国航天领域在国际合作研究中的支持力度及成果产出情况;企业项目是指除十大军工集团以外的其他企业支持的项目,本文将十大军工集团的项目归为国防军工项目类。经统计分析发现,部委及科研院所项目资助产出的文献数量最多,其次是省级项目;排名第三的是国防军工项目,其项目来源包括航空科学基金、载人航天预研项目、国家重大航天工程、十大军工集团项目等;国际合作项目的中文文献产出相对较少,主要资助来源包括:国家自然科学基金国际合作项目、政府间国际科技创新合作、国家国际科技合作专项、中科院国际合作局的对外合作项目等;企业由于更加注重成果转化和生产实践,其资助的文献产出数量是最少的。

3.2 研究热点及其演变

通过对关键词共现网络图谱(图1)聚类分析发现,2016-2020年国内航天领域的七大热点研究主题包括北斗卫星系统(卫星导航定位)、卫星通信、卫星遥感、商业航天、深空探测、导弹、航天器。

2016-2020年国内航天领域排名前30的热点关键词见表3。其中排名前10的研究热点主要涉及卫星应用主题,尤其是北斗卫星系统,其发文量远远高于其他研究。卫星通信是第二大研究主题,其热点聚焦在应急通信、抗干扰、物联网等方面。卫星遥感用于对地球系统的观测,主要热点包括大气环流、卫星测高、青藏高原,以及基于深度学习、支持向量机等方法开展卫星图像处理和应用等。商业航天的研究热点集中在军民协同、助推器、发动机、空间站等。深空探测研究热点集中在月球探测和火星探测。航天器领域比较关注技术研究,包括固体火箭发动机、姿态控制、力学性能、制导律、在轨服务等。在导弹研究领域,主要热点有巡航导弹、弹道导弹、反舰导弹等。

从年度热点关键词演变情况来看(表4),卫星通信、卫星遥感与卫星导航定位是2016-2020年的三大热点研究领域。“北斗卫星系统”的研究热度在这几年一直处于最高地位,而“全球定位系统”的热度在后两年有所下降。此外,“商业航天”和包括月球探测在内的“深空探测”研究热度呈现增长态势,“商业航天”在2017年及之后跻身热度排名前10位,“月球背面、深空探测”分别在2019年和2020年跻身前10位,表明当前航天领域的前沿方向包括商业化运作以及走向更远的深空。

以上分析表明,“商业航天”与“深空探测”是国内两大前沿热点。通过对“商业航天”领域的关键词共现图谱(图2)分析发现,其研究热点包括:火箭发射、太空探索、商业卫星、国际空间站、军民协同、深空探测、卫星发射、卫星通信、卫星产业、发动机、卫星互联网、商业发射、商业模式、商业发射服务等。通过对“商业航天”相关文献的发文机构分析发现,国内开展“商业航天”研究的主要机构有:中国航天系统科学与工程研究院、中国空间技术研究院、中国运载火箭技术研究院等。

通过对关键词中出现的国家/地区进行识别与标注,揭示我国研究人员对国外“商业航天”的关注情况(表5)。我国侧重于商业火箭的研制与发射、深空探测、军民协同;而我国研究人员更多地关注美国的太空探索、航天政策等,并且向新兴领域拓展,特别是可持续发展的大型制造业;俄罗斯商业航天受我国关注的研究热点是利用商业航天技术提升军事航天能力;欧洲商业航天受我国关注的热点是卫星和新一代运载火箭;印度作为商业航天领域的后起之秀,依靠“一条龙”的发射服务保障在市场上占据主动地位,其产品与服务是我国研究人员关注的重点。

我国“深空探测”的研究热点包括:月球探测、火星探测、小行星探测、深空探测器、火星探测器、自主导航、探月工程、着陆器、采样返回、月球背面、小行星等(图3)。通过对“深空探测”相关文献的发文机构进行分析,发现我国开展“深空探测”研究的主要机构有:中国空间技术研究院、北京航天飞行控制中心、中国科学院(国家空间科学中心、国家天文台、上海天文台等)等。

通过对关键词中出现的国家/地区进行识别与标注,分析我国研究人员对国外“深空探测”的关注情况(表6)。火星探测和月球探测是我国深空探测领域的重头戏,国内研究人员更多地关注美国和俄罗斯在技术层面的发展,特别是推进技术,推进技术是制约航天器深空探测能力的重要因素;国内对欧洲深空探测研究的关注主题分布相对均匀,涉及月球、火星、小行星等各领域。

3.3 学科热点及其演变

通过统计中图分类号情况,发现中图分类号T(工业技术)的发文量是4.12 万篇,中图分类号V(航空、航天)的发文量是2.26万篇,这两个学科领域的发文量占总文献数量的一半以上,本文将重点分析两个领域的学科主题及年度演化情况。;10的分支学科进行分析,统计其年度变化情况。研究表明(图4),2016-2020年发文量排名前5的主题依次为:无线通信、无线电导航、导弹、计算机的应用、红外技术及仪器。从时间演化情况来看,无线通信工业技术在2018-2020年呈现上升趋势,无线电导航工业技术在2018年开始下降,导弹相关的工业技术在2016-2020年呈下降趋势,人工智能理论总发文量虽然排名第10位,但年度发文量呈不断增加趋势,表明人工智能在航天领域中的应用越来越广泛。;10的分支学科进行分析,统计其年度变化情况。研究表明(图5),2016-2020年发文量排名前5的主题依次为:制导与控制、人造卫星、航天站与空间探测器、电子设备、航天器运载工具。从时间演化情况来看,2017年制导与控制学科的研究热度相比2016年有增加,但之后又下降;2017-2019年人造卫星学科的研究热度逐年减弱,2020年有所回升;航天站与空间探测器学科的研究热度在2017-2020年有显著增加趋势,发文量由2017年的220篇增加至2020年的546篇;2016-2019年电子设备学科的发文量有增加趋势,但2020年又有所下降;航天器运载工具学科的发文量在2016-2018年呈下降趋势,2019-2020年相比之前有所增加。总体来看,制导与控制、人造卫星、航天站与空间探测器三个分支学科主题的研究占据主导地位,其中,航天站与空间探测器学科的研究热度呈现持续增长态势。

3.4 主要机构研究热点

航天领域发文量排名前10的机构见表7,包括中国科学院、6所高校、3个航天科技集团的研究院。通过对各机构研究热点进行分析发现,中国科学院和中国科学院大学主要关注遥感、北斗系统、探测器等;武汉大学的研究热点是定位研究;南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、沈阳航空航天大学和北京理工大学的研究热点主要围绕航天工程技术,包括材料、力学性能、航天器控制、无人机、发动机等;中国航天科技集团所属的3个研究院中,中国空间技术研究院的研究热点涉及航天器、深空探测、卫星以及空间站等方面,中国运载火箭技术研究院关注火箭研制发射和商业航天,上海航天技术研究院的研究热点包括火箭、航天器、卫星与导弹。

4 讨论

本文以我国航天领域研究文献为数据源,采用科学计量方法分析该领域的研究热点与态势。2016-2020年我国航天领域研究热点集中在卫星通信、卫星导航、卫星遥感、深空探测、商业航天、导弹、航天器、探测器等几大领域。从研究热点的时间演变情况来看,卫星应用包括卫星通信、卫星导航和卫星遥感等,是近几年航天研究热度较高的领域。“商业航天”和“深空探测”是当前及未来航天领域研究的前沿问题。

当前,基于太空的应用尤其是卫星应用已渗透到社会经济活动的各个领域,成为人类应对全球性问题、发展新兴产业、保障可持续发展的不可或缺的手段。随着我国全面完成北斗系统的全球组网,北斗系统可以有效提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务,在促进经济社会发展和国防安全中发挥着不可替代的作用。在航天技术和互联网的推动下,近年来全球卫星通信产业出现了 HTS、NGSO 星座、灵活性载荷、EHF 和激光通信、电调平板天线、中继通信、在轨服务、量子保密通信等新的技术热点,整个行业进入卫星互联网的新阶段,科研热度因此也高居不下。加快推动卫星及应用产业发展,完善国家民用空间基础设施建设,提升卫星遥感、通信、导航等空间信息服务能力,推进航天技术转化与空间技术应用,对引领科技创新与科学发现,促进军民协同发展,铸就航天强国梦具有重要意义[6]。国家航天局也将不断增强卫星应用服务能力支撑经济社会发展作为“十四五”时期的重要方向[7]

商业航天和深空探测两大主题作为航天领域的前沿热点,也是今后一段时期我国航天发展规划的重要组成部分。商业航天是在航天技术达到一定成熟度、航天产业达到一定规模的基础上产生和发展的,经历了包括以运载火箭商业市场发射为主的商业化发射阶段、商业航天产业化发展阶段、商业航天提供大众化服务阶段等[8],对建设航天强国有重要的推动作用。当前,航天产业总体规模呈延续增长态势,商业航天持续深入,航天服务与应用领域和类型不断拓展更新,主要航天大国和组织都在全方位大力推进商业航天的发展,其业务范围正在从传统的商业卫星发射、商业卫星应用向新兴领域拓展。商业航天作为航天产业的新载体和新热点,其经济总量已经非常可观,且在竞争力和技术上存在巨大的潜力。然而,同国外航天大国相比,当前我国商业航天仍然处于发展阶段。我国2014年以来制定了相关政策鼓励民营企业进入航天领域,支持商业航天产业发展,但还没有上升到国家法规层面,没有法规、标准的约束,商业航天活动会在一定程度给国家安全和空间活动秩序带来危害[9],这方面应该借鉴美国经验。

深空探测对人类的持续生存和不断向地球以外的空间拓展有着重要的现实意义,历来是航天强国实现技术突破和资源竞争的竞技场。截至目前,探测对象已囊括了太阳系所有类型的天体,包括月球、行星、小行星、彗星和太阳,正在向更遥远的系外行星系挺进,月球探测和火星探测仍然是近几年“深空探测”的重点和热点[10]。我国也依托载人航天、探月工程及火星探测工程等重大工程,不断推动深空探测能力的全面提升。此外,以空间站为代表的近地轨道空间探测持续发展,世界主要航天大国和地区等依托国际空间站开展了大量的空间技术应用与科学实验。深空探测作为航天强国实现技术突破和资源竞争的竞技场,“十四五”期间,我国将重点推进行星探测、月球探测等重大工程,未来我国和国际行星探测的重点是火星探测。不仅如此,还应逐步转向太阳系其他行星和空间的探测,拓展更远期的探测计划。

从高校和科研机构来看,高校的研究热点比较集中,主要包括卫星导航、探测器、航天器相关技术、卫星遥感应用及相关技术方法。相比高校,科研机构的研究涉及航天多个领域,中国科学院各研究所主要关注卫星遥感及其应用,其他科研机构(包括航天科技集团的各研究院等)在基础理论研究、关键工程技术、航天装备研发中发挥着主导作用。对此,可以综合航天领域各学科及科研主体的优势,推进科研院所、高校及企业的优化配置和资源共享,强化航天领域战略科技力量,从而更好地服务航天强国建设。

5 结语

当前我国在航天领域取得较快发展,“十四五”时期,我国在由航天大国迈向航天强国的进程中,还需国家、科研单位、社会和企业等多方共同努力,加快政策、配套措施、技术研发等的布局和投入,持续推动航天强国建设。为此,提出以下建议:(1)把握航天前沿科学,坚持自主创新,集中优势力量攻克关键核心技术,突破国防卡脖子技术。(2)加强重大科技工程项目部署,持续推动国家重大工程和重大项目的实施;通过建立长期合作专项推进与世界航天大国的持续合作。(3)继续推进军民协同和商业航天深度发展。鼓励民营企业参与国家重大工程项目,激发创造活力;将商业航天提升到国家法律法规层面,颁布相关法规政策,借鉴美国经验,探索建立多元化的商业航天运营模式,建立全周期、成熟完善的商业航天产业链和市场生态。(4)建立政产学研融合生态。促进政府、企业、高校、科研院所积极参与航天强国建设,开展广泛合作,重视人才培养,打造一支综合素质优良、自主创新能力强的人才队伍。

本文仅限于对非军事领域的公开文献数据进行分析,且未涉及国内其他数据源及国外检索数据源。后续可进一步拓展数据检索来源,力图全面解读和分析航天领域的科研热点及趋势,为“十四五”时期加快推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展,提升航天科技创新动力、经济社会发展支撑能力,提供研究支撑。

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基金资助

☆中国科学院文献情报能力建设专项“研发数据组织与分析挖掘的智能技术”(E1290002)

中国航天科技集团公司2021年度钱学森青年创新基金“航天领域供应链风险演化及预警研究”(22K01V0500Y)

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