了解信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展

1、 信息技術(shù)

信息技術(shù)（ICT，Information and Communication Technology）是第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)與重要引擎。作為通用性技術(shù)，信息技術(shù)對(duì)其他產(chǎn)業(yè)與整體經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有明顯的輻射作用，對(duì)于國(guó)家安全與軍事實(shí)力同樣至關(guān)重要，因此也被認(rèn)為是綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

2017年全球ICT產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模預(yù)計(jì)突破52000億美元，其中ICT服務(wù)業(yè)達(dá)到34500億美元，ICT制造業(yè)突破18000億美元。站在細(xì)分領(lǐng)域的角度，集成電路、軟件和IT服務(wù)、通信分別承擔(dān)著信息的計(jì)算、加工處理和傳輸功能，這三類(lèi)技術(shù)也成為各企業(yè)和各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的重要高地。

1.1半導(dǎo)體與集成電路

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)從1996年1320億美元增長(zhǎng)至2017年4122億美元。根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）的統(tǒng)計(jì)，按照半導(dǎo)體企業(yè)總部所在地分類(lèi)，目前美國(guó)公司占到全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額的一半左右，其次為韓國(guó)、日本，中國(guó)目前市場(chǎng)份額在5%左右。

半導(dǎo)體可以分為分立器件、光電子、傳感器、集成電路，其中集成電路占比最高，占到2016年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售金額的81.6%。中國(guó)目前已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體與集成電路消費(fèi)市場(chǎng)，但是自給比例僅10%左右，每年的進(jìn)口金額超過(guò)2000億美元。

在諸多核心集成電路如服務(wù)器MPU、個(gè)人電腦MPU、FPGA、DSP等領(lǐng)域，我國(guó)都尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)芯片自給。此次中興事件，正是由于中興在高端光通信芯片、路由器芯片等方面依賴(lài)博通等供應(yīng)商，以至于一旦被美國(guó)制裁就將面臨破產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)外依賴(lài)只是中國(guó)在核心芯片領(lǐng)域相當(dāng)薄弱的外在表現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是在集成電路的各核心產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)缺少足夠的、長(zhǎng)期的資本投入、研發(fā)投入與積累。2017年美國(guó)芯片巨頭英特爾研發(fā)支出達(dá)到130億美元、資本支出預(yù)計(jì)達(dá)到120億美元，僅研發(fā)支出就已接近中國(guó)全部半導(dǎo)體企業(yè)全年的收入之和；高通、博通、英偉達(dá)等芯片設(shè)計(jì)廠(chǎng)商更是將20%左右的銷(xiāo)售收入投入用于研發(fā)。國(guó)內(nèi)集成電路制造領(lǐng)軍企業(yè)中芯國(guó)際2016年資本開(kāi)支26.3億美元、研發(fā)投入僅3.18億美元，如此懸殊的投入對(duì)比下，中美半導(dǎo)體領(lǐng)域的產(chǎn)出差距可想而知。

作為現(xiàn)代精密制造業(yè)的代表，一顆小小的微處理器上集成了數(shù)十億個(gè)晶體管、需要經(jīng)歷數(shù)百步工藝過(guò)程，這決定了芯片領(lǐng)域的“短板效應(yīng)”——任何一個(gè)零件或環(huán)節(jié)出錯(cuò)，都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到量產(chǎn)的良率要求；任何一個(gè)步驟都需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的研發(fā)、嘗試與積累，絕非一朝一夕。這個(gè)過(guò)程不僅需要擁有大量專(zhuān)業(yè)人才，更需要在關(guān)鍵設(shè)備與原材料領(lǐng)域供應(yīng)率先實(shí)現(xiàn)突破。

2016年全球前十名半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商中，除了荷蘭的ASML、新加坡的ASM Pacific，其余四家位于美國(guó)、四家位于日本，其中美國(guó)的應(yīng)用材料公司（AMAT）排名第一、2016年銷(xiāo)售額達(dá)100億美元。四家美國(guó)公司已經(jīng)占到全球市場(chǎng)份額的50%，即使第二名荷蘭光刻巨頭ASML股東中也有著英特爾的身影。而在此領(lǐng)域國(guó)內(nèi)尚無(wú)企業(yè)上榜，2016年中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售僅57.33億元，其中中電科電子裝備集團(tuán)排名第一，但銷(xiāo)售金額也僅9.08億，中國(guó)前十強(qiáng)占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)份額僅2%。長(zhǎng)年占據(jù)全球半導(dǎo)體設(shè)備榜首的美國(guó)AMAT產(chǎn)品幾乎橫跨CVD、PVD、刻蝕、CMP等除了光刻機(jī)外的所有半導(dǎo)體設(shè)備，公司的30%員工為研發(fā)人員，擁有12000項(xiàng)專(zhuān)利，每年研發(fā)投入超過(guò)15億美元，而國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備龍頭北方華創(chuàng)研發(fā)支出不到1億美元。

站在產(chǎn)業(yè)鏈的角度，集成電路可以分為設(shè)計(jì)、制造與封裝測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)，其中垂直一體化模式稱(chēng)之為IDM（Integrated Device Manufacture），以英特爾、三星為代表；專(zhuān)業(yè)化分工則可以分為Fabless（IC設(shè)計(jì)）、Foundry（晶圓代工）、封測(cè)，F(xiàn)abless的核心是IP，以高通為代表；Foundry的核心是制程與工藝的先進(jìn)性與穩(wěn)定性，以臺(tái)積電為代表；封測(cè)相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)技術(shù)的要求不如前兩者。

IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，2016年全球前十大Fabless廠(chǎng)商中，中國(guó)上榜兩家，華為海思排名第七、紫光集團(tuán)排名第十，合計(jì)市場(chǎng)份額約7%。考慮到博通（Broadcom）計(jì)劃將總部從新加坡遷回美國(guó)，實(shí)際上這份全球前十Fabless廠(chǎng)商中美國(guó)公司將占據(jù)7席，合計(jì)市場(chǎng)份額達(dá)到56%，是芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的絕對(duì)王者。如果算上IDM的英特爾，美國(guó)在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的份額將更高。

中國(guó)近年來(lái)在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的進(jìn)步不小。2010年全球前十大Fabless廠(chǎng)商中尚無(wú)一家大陸企業(yè)入圍，除了***地區(qū)的聯(lián)發(fā)科排名第五，其余九家均為美國(guó)企業(yè)。而2016年華為海思與紫光集團(tuán)雙雙進(jìn)入前十，大陸企業(yè)在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的全球市場(chǎng)份額也由2010年5%左右提升一倍至約10%。同時(shí)美國(guó)企業(yè)份額則從69%下降至55%左右。盡管短期之內(nèi)美國(guó)在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的霸主地位難以撼動(dòng)，但相對(duì)實(shí)力正在此消彼長(zhǎng)。

晶圓代工領(lǐng)域，全球前十大晶圓代工廠(chǎng)中，中國(guó)占據(jù)兩席，中芯國(guó)際排名第四、華虹排名第八，總共市場(chǎng)份額達(dá)到7%；美國(guó)Global Foundries排名第二，市場(chǎng)份額11%。臺(tái)積電為純晶圓代工領(lǐng)域絕對(duì)龍頭，市場(chǎng)份額達(dá)到59%。除了銷(xiāo)售收入的差距，華虹最高水平制程只有90nm，主要產(chǎn)品都是為電源管理IC、射頻器件芯片代工。中芯國(guó)際量產(chǎn)的28nm制程良率尚未完全穩(wěn)定，而臺(tái)積電已經(jīng)導(dǎo)入10nm制程為蘋(píng)果iPhone8的A11處理器、華為mate10的麒麟970等手機(jī)芯片代工，并且計(jì)劃今年將量產(chǎn)7nm制程。從“28nm-20nm-14nm-10nm-7nm”的工藝升級(jí)路徑來(lái)看，中芯國(guó)際與臺(tái)積電的技術(shù)工藝水平差了三代。

小結(jié)：中國(guó)是全球最大的半導(dǎo)體與集成電路消費(fèi)市場(chǎng)，但是90%依賴(lài)進(jìn)口，自給比例僅10%左右，每年的進(jìn)口金額超過(guò)2000億美元。中國(guó)在集成電路領(lǐng)域的資本與研發(fā)投入方面都與美國(guó)存在較大差距。細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，中國(guó)在半導(dǎo)體關(guān)鍵設(shè)備與材料方面最為欠缺；在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域華為海思、紫光展訊等近年來(lái)進(jìn)步較大，但差距仍大；在制造領(lǐng)域，臺(tái)積電實(shí)力強(qiáng)大，中芯國(guó)際與國(guó)際最先進(jìn)制程差了三代工藝水平。

1.2軟件與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

以功能分類(lèi)，軟件可以分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件，其中系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)管理和調(diào)度各種硬件資源和程序；應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)面向特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)特定功能；支撐軟件位于兩者之間，負(fù)責(zé)支持其他軟件的編寫(xiě)與維護(hù)，如編程軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件等。目前的多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，實(shí)際上也是應(yīng)用軟件。

根據(jù)普華永道思略特發(fā)布的“2017全球創(chuàng)新企業(yè)1000強(qiáng)榜單”，其中軟件與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)公司按照研發(fā)投入排名的創(chuàng)新十強(qiáng)榜單中，中國(guó)憑借BAT占據(jù)第7、第8及第10名，前五名清一色為美國(guó)企業(yè)——亞馬遜、谷歌、微軟、甲骨文、Facebook。美國(guó)前三強(qiáng)軟件與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)公司亞馬遜、谷歌、微軟的研發(fā)支出均超過(guò)百億美元，相比BAT中最高的阿里巴巴也僅達(dá)到25億美元。

如果不包含互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)公司，在軟件領(lǐng)域創(chuàng)新十強(qiáng)榜單中除了德國(guó)的SAP外其余均為美國(guó)公司，中國(guó)公司無(wú)一上榜。軟件領(lǐng)域中國(guó)創(chuàng)新排名最靠前的是金山軟件，2017年研發(fā)投入達(dá)2.6億美元，而第一名的微軟達(dá)到119.9億美元。

在系統(tǒng)軟件領(lǐng)域，當(dāng)前PC操作系統(tǒng)基本上被Windows壟斷，Windows裝機(jī)量接近整體市場(chǎng)的88%，Windows與Mac OS合計(jì)超過(guò)97%；手機(jī)操作系統(tǒng)則被IOS與Android兩家瓜分，兩家合計(jì)超過(guò)98%。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)則是甲骨文獨(dú)占鰲頭。在這些基礎(chǔ)軟件與底層系統(tǒng)領(lǐng)域，中國(guó)目前仍是空白。

操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是一件系統(tǒng)工程，Windows 7開(kāi)發(fā)大約有23個(gè)小組超千人團(tuán)隊(duì)，需要代碼量5千萬(wàn)行，缺乏頂層設(shè)計(jì)的研發(fā)注定缺乏效率。中國(guó)當(dāng)前的操作系統(tǒng)研發(fā)大多是基于Linux開(kāi)源內(nèi)核進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，如果以?xún)蓮椧恍悄Ｊ?、傾舉國(guó)之力進(jìn)行攻關(guān)，相信技術(shù)難題可解，政用、軍用的自主可控需求也可以得到滿(mǎn)足，但短期商用的可能性微乎其微，根本原因在于操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)并不符合商業(yè)的投入產(chǎn)出比邏輯。

Windows、IOS、Android等底層操作系統(tǒng)相當(dāng)于大廈地基，在此之上已經(jīng)形成了應(yīng)用程序庫(kù)與開(kāi)發(fā)者社區(qū)相互影響、相互促進(jìn)、相互依賴(lài)的成熟生態(tài)。如果沒(méi)有革命性的體驗(yàn)變革，從頭開(kāi)始研發(fā)相當(dāng)于把大廈推倒重建，投入產(chǎn)出不成正比，因此商業(yè)公司鮮有涉足，而更適合大學(xué)與科研機(jī)構(gòu)作為學(xué)術(shù)課題進(jìn)行研發(fā)。

云計(jì)算實(shí)際上是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)三類(lèi)資源和應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)管理與調(diào)配。按照服務(wù)形式，云計(jì)算主要可以分為三類(lèi)——基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS，Infrastructure-as-a-Service），平臺(tái)即服務(wù)（PaaS，Platform-as-a-Service），軟件即服務(wù)（Software-as-a-Service）。其中IaaS和PaaS管理的是最底層的硬件資源和基礎(chǔ)應(yīng)用（如數(shù)據(jù)庫(kù)），因此也被視作下一代信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施。

根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Synergy Research統(tǒng)計(jì)，目前全球基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)（IaaS+PaaS+托管私有云）市場(chǎng)中，亞馬遜AWS市場(chǎng)占有率接近35%，其余為微軟Azure、IBM、谷歌，阿里云排名第五，全球市場(chǎng)份額不到5%。

在SaaS領(lǐng)域，微軟收購(gòu)LinkedIn后超越Salesforce成為第一，其余排名靠前的Adobe、Oracle、SAP均是傳統(tǒng)軟件領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。由于中國(guó)在傳統(tǒng)軟件領(lǐng)域的薄弱，在SaaS領(lǐng)域沒(méi)有代表性的頭部企業(yè)出現(xiàn)。

小結(jié)：中國(guó)在軟件領(lǐng)域相當(dāng)薄弱，尤其在系統(tǒng)軟件和支撐軟件領(lǐng)域，在互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域BAT尚能與亞馬遜、谷歌、Facebook一較高下，但在研發(fā)投入方面遠(yuǎn)不及美國(guó)同行。在云計(jì)算領(lǐng)域，阿里云發(fā)展很快，但目前的體量?jī)H為亞馬遜AWS的1/10。

1.3通信

通信是信息社會(huì)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。當(dāng)前全球四大通信設(shè)備巨頭華為、愛(ài)立信、諾基亞、中興，中國(guó)占據(jù)其二。華為2017年銷(xiāo)售額925.5億美元，研發(fā)投入137.9億美元，大幅超越傳統(tǒng)通信設(shè)備巨頭愛(ài)立信與諾基亞。與美國(guó)無(wú)線(xiàn)通信巨頭高通相比，華為的收入與研發(fā)投入體量同樣領(lǐng)先。在過(guò)去十年內(nèi)，華為在研發(fā)領(lǐng)域累計(jì)投入近4000億人民幣，目前擁有超過(guò)7萬(wàn)份專(zhuān)利（超過(guò)90%是發(fā)明專(zhuān)利）。

從代理交換機(jī)起家、2004年建立海思半導(dǎo)體進(jìn)行集成電路的自主研發(fā)，華為通過(guò)30年的積累成為全球通信設(shè)備第一，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)入企業(yè)級(jí)核心路由器與移動(dòng)終端市場(chǎng)。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC數(shù)據(jù)，目前2018第一季度華為的以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)份額達(dá)到8.1%、企業(yè)級(jí)路由器市場(chǎng)份額達(dá)到25.1%，僅次于思科；在移動(dòng)終端市場(chǎng)，2016年華為智能手機(jī)出貨超過(guò)1.3億部，僅次于蘋(píng)果與三星。

在下一代通信技術(shù)5G的標(biāo)準(zhǔn)制定上，以華為為代表的中國(guó)企業(yè)也開(kāi)始嶄露頭角。3GPP定義了5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景——eMBB（3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)）、mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）、URLLC（無(wú)人駕駛和工業(yè)自動(dòng)化等超高可靠超低時(shí)延通信業(yè)務(wù)）。在2017年11月美國(guó)Reno舉行的3GPP RAN1#87會(huì)議中，華為主導(dǎo)的Polar碼成為eMBB場(chǎng)景下控制信道編碼最終方案，而高通主導(dǎo)的LDPC碼成為數(shù)字信道編碼方案，中美平分秋色。這也是作為通信物理層技術(shù)的信道編碼標(biāo)準(zhǔn)制定以來(lái)第一次由中國(guó)公司推動(dòng)，顯示出中國(guó)在全球通信領(lǐng)域話(huà)語(yǔ)權(quán)的提高。

5G芯片方面，今年2月華為在2018世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC）上發(fā)布了全球首款3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G商用基帶芯片巴龍5G01，可以提供2.3Gbps的傳輸速度，支持高低頻、也支持獨(dú)立或非獨(dú)立方式組網(wǎng)。華為也成為首個(gè)具備“5G芯片-終端-網(wǎng)絡(luò)能力”的5G解決方案提供商。在國(guó)家5G測(cè)試項(xiàng)目中，華為在第二階段領(lǐng)先愛(ài)立信、諾基亞貝爾等廠(chǎng)商率先完成全部測(cè)試項(xiàng)目，并且在小區(qū)容量、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等性能指標(biāo)上處于領(lǐng)先。

盡管已經(jīng)成為全球通信行業(yè)第一，華為對(duì)過(guò)去的發(fā)展卻有著比常人更清醒的認(rèn)識(shí)。華為創(chuàng)始人任正非在2016年全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)上談到，隨著通信行業(yè)逼近香農(nóng)定理、摩爾定律的極限，華為正在本行業(yè)攻入無(wú)人區(qū)，過(guò)去跟著人跑的“機(jī)會(huì)主義”高速度將逐漸減緩。如何從工程數(shù)學(xué)、物理算法等工程科學(xué)層面的創(chuàng)新過(guò)渡到重大基礎(chǔ)理論創(chuàng)新，如何從跟隨者成為引領(lǐng)者，任正非之問(wèn)的答案可能并不在華為公司層面。要保證科技領(lǐng)域的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力與領(lǐng)導(dǎo)力，教育體制、科技體制、創(chuàng)新環(huán)境等軟實(shí)力同樣重要。在第三章，我們將進(jìn)一步探討中美科技體制差異。

2、 航空航天

2.1航空

航空航天均是高端綜合性工程技術(shù)、理論學(xué)科和實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，其中航天科技可以分為空間技術(shù)、空間科學(xué)和空間應(yīng)用。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看，空間技術(shù)集中在航天器制造和發(fā)射，空間應(yīng)用集中在地面設(shè)備和運(yùn)營(yíng)應(yīng)用，空間科學(xué)是基于兩者去太空探索新知識(shí)，三者相互支撐相互依靠。

從政府活動(dòng)（包括政策支持力度、預(yù)算開(kāi)支情況、國(guó)際合作情況等）、人員和航天器（宇航員人數(shù)、相關(guān)學(xué)科大學(xué)及以上儲(chǔ)備人才數(shù)量、在軌航天器數(shù)量等）、相關(guān)工業(yè)（制造能力、發(fā)射能力、地面操控能力等）這三方面能力進(jìn)行評(píng)定，2017年我國(guó)航天實(shí)力指數(shù)為27.93，較2016年有所提升；美國(guó)航天實(shí)力指數(shù)為89.3居全球首位，但近年來(lái)有所下降。綜合來(lái)看，目前我國(guó)航天實(shí)力排名全球第四、仍處于第二梯隊(duì)。

一、空間科學(xué)：部分領(lǐng)域領(lǐng)跑全球，但整體較為薄弱

我國(guó)空間能力最為薄弱的是空間科學(xué)，從理論基礎(chǔ)與研究手段兩方面來(lái)看：

與航天相關(guān)性強(qiáng)的天文學(xué)與天體物理、物理學(xué)等基礎(chǔ)研究較為薄弱。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢(xún)研究院《2016研究前沿》顯示，從Essential Science Indicators（ESI）數(shù)據(jù)庫(kù)的上萬(wàn)個(gè)研究前沿挑選出的共180個(gè)重點(diǎn)熱點(diǎn)前沿為基礎(chǔ)來(lái)分析10大學(xué)科中各國(guó)與所在國(guó)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)對(duì)重點(diǎn)熱點(diǎn)前沿產(chǎn)出論文數(shù)量和論文影響力，在物理學(xué)的20個(gè)熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域美國(guó)引領(lǐng)數(shù)達(dá)到11個(gè)，中國(guó)僅2個(gè)；在天文學(xué)與天體物理的12個(gè)熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域，美國(guó)引領(lǐng)數(shù)達(dá)到10個(gè)，中國(guó)尚無(wú)斬獲。

科學(xué)衛(wèi)星是空間科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)和手段，我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星起步晚，成效方面不如美國(guó)。時(shí)間上，美國(guó)1958年發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星即是用于研究探索的“探險(xiǎn)者號(hào)”科學(xué)衛(wèi)星；中國(guó)最早用于科學(xué)探測(cè)的是1971年發(fā)射的“實(shí)踐”系列衛(wèi)星。探測(cè)距離上，美國(guó)“探險(xiǎn)者號(hào)”系列衛(wèi)星已探測(cè)過(guò)整個(gè)太陽(yáng)系相關(guān)數(shù)據(jù)，向銀河系探測(cè)；中國(guó)目前探測(cè)最遠(yuǎn)的是基于嫦娥探月計(jì)劃的月球，將于2020年左右施行火星探測(cè)計(jì)劃。衛(wèi)星數(shù)量上，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2017年，中國(guó)科學(xué)衛(wèi)星數(shù)量約50顆，其中大部分是早期發(fā)射的“實(shí)踐”系列衛(wèi)星，美國(guó)方面則約180顆以上。2017年共發(fā)射的108顆科學(xué)衛(wèi)星中，美國(guó)占了約18%，而中國(guó)約為4%。

二、空間技術(shù)：基本掌握核心技術(shù)，發(fā)展最為迅速

作為空間科學(xué)與空間應(yīng)用的操作基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)手段，空間技術(shù)是三個(gè)環(huán)節(jié)最為核心的部分。從全球視角來(lái)看，近十年，我國(guó)的空間技術(shù)發(fā)展最為迅速、取得成效最為顯著。

空間技術(shù)不單單指具體某項(xiàng)技術(shù)，而是囊括從火箭與航天器制造、航天器發(fā)射至航天器能穩(wěn)定運(yùn)行中涉及到的各項(xiàng)技術(shù)。最有代表性的為重型火箭技術(shù)、載人航天技術(shù)、空間站技術(shù)與深空探測(cè)技術(shù)，從全球視野來(lái)看，我國(guó)是全球?yàn)閿?shù)不多的能夠獨(dú)立實(shí)施登月計(jì)劃、載人航天計(jì)劃、天空站計(jì)劃等，說(shuō)明我國(guó)航天攻克核心技術(shù)數(shù)量多、涉及范圍廣；但與美國(guó)相比，我國(guó)需要在總體效率與質(zhì)量上繼續(xù)提升。由于載人航天、空間站與深空探測(cè)均需要以重型運(yùn)載火箭技術(shù)為基礎(chǔ)，下文以重型火箭技術(shù)為例具體分析我國(guó)的空間技術(shù)實(shí)力。

重型火箭是指具備發(fā)射低、中、高不同地球軌道，可以運(yùn)載不同類(lèi)型衛(wèi)星和載人飛船，并且LEO載荷能力（近地軌道運(yùn)載能力）超18噸以上火箭，具備該技術(shù)與否可以看做能否擠進(jìn)航天強(qiáng)國(guó)的重要指標(biāo)。目前全球現(xiàn)役的重型火箭包括長(zhǎng)征五號(hào)（中國(guó)）、重型獵鷹（美國(guó)）、德?tīng)査?（美國(guó)）等。從整體性能與性?xún)r(jià)比來(lái)看，我國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)排全球第三。主要根據(jù)以下兩方面來(lái)判斷：

1）第一是整體設(shè)計(jì)能力。根據(jù)重型火箭運(yùn)載能力要求，目前世界主流運(yùn)用模塊化組裝法，把多級(jí)火箭類(lèi)似搭積木的方法構(gòu)建成一個(gè)大型的新的火箭，美國(guó)的土星五號(hào)、重型獵鷹與中國(guó)的長(zhǎng)征五號(hào)等都是運(yùn)用此法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)叫動(dòng)特性獲取技術(shù)。（注：即設(shè)計(jì)過(guò)程需要對(duì)火箭組成部分和結(jié)構(gòu)在各種惡劣環(huán)境下，例如劇烈震動(dòng)、沖擊等，產(chǎn)生的變化進(jìn)行數(shù)據(jù)分析）

相比其他航天強(qiáng)國(guó)，目前我國(guó)運(yùn)載火箭動(dòng)特性的獲取比較傳統(tǒng)，通過(guò)振動(dòng)塔（試驗(yàn)火箭完整性的檢測(cè)塔）全尺寸試驗(yàn)產(chǎn)生，檢驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。以美國(guó)為例的其他航天強(qiáng)國(guó)，則逐漸通過(guò)等比例模型試驗(yàn)方式來(lái)推測(cè)實(shí)際尺寸的數(shù)據(jù)。這類(lèi)方法需要有發(fā)展成熟的試驗(yàn)技術(shù)、嚴(yán)格的理論建模和先進(jìn)計(jì)算機(jī)分析運(yùn)算能力。我國(guó)也開(kāi)始研究此類(lèi)技術(shù)，但多在理論基礎(chǔ)并無(wú)實(shí)際操作。

另一方面，我國(guó)在擬定的載荷能力對(duì)成本和可靠性把控上較為突出?；鸺O(shè)計(jì)是整體概念，各國(guó)根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)和政策情況來(lái)設(shè)計(jì)最符合國(guó)情的方案。因此，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，成本和執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的可靠性也是檢測(cè)火箭設(shè)計(jì)的合理性與優(yōu)異性的重要指標(biāo)。對(duì)比史上各大重型火箭，我國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)以較低發(fā)射成本和高達(dá)98%可靠性，顯示出我國(guó)在這一環(huán)節(jié)的技術(shù)能力。

2）第二是整體動(dòng)力系統(tǒng)。為了掙脫地球萬(wàn)有引力的束縛，根據(jù)牛頓第二和第三定律，火箭需要達(dá)到最小速度為7.9公里/秒。除了達(dá)到飛行速度要求，重型火箭要需要滿(mǎn)足在多載荷情況下的上千噸起飛推力，從而考驗(yàn)各國(guó)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)技術(shù)。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的核心指標(biāo)可以分為運(yùn)載能力與效率這兩大類(lèi)別。

運(yùn)載能力方面，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載能力全球現(xiàn)役火箭第三，但運(yùn)載系數(shù)并不算高。最大運(yùn)載能力方面，包括LEO（近地能力）與GTO（地球同步軌道轉(zhuǎn)移能力），其數(shù)值越大，表示運(yùn)載物品越多能力越強(qiáng)。目前長(zhǎng)征五號(hào)LEO運(yùn)載能力為25噸，僅次重型獵鷹與德?tīng)査?號(hào)。運(yùn)載系數(shù)方面，即最大有效載荷與起飛重量之比，數(shù)值越大，表明同重量的火箭能負(fù)載更多載荷，運(yùn)載能力與效率更高。長(zhǎng)征五號(hào)LEO運(yùn)載系數(shù)僅為0.0288,與重型獵鷹的0.0451相距甚遠(yuǎn)，說(shuō)明有效載荷能力與效率還是有段差距。

效率方面，長(zhǎng)征五號(hào)燃燒效率和射程較高，但是推力效率較低。測(cè)量燃效與射程的指標(biāo)為比沖，即單位推進(jìn)劑產(chǎn)生的推力。比沖越高，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率越高，射程也越遠(yuǎn)，長(zhǎng)征五號(hào)YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)在這方面表現(xiàn)突出。推力方面，YF-77則遜色于美國(guó)幾款重型火箭，推力的最大差距為土星五號(hào)的十分之一。但是YF-77的推力不足目前影響不大，因?yàn)橥耆梢詽M(mǎn)足長(zhǎng)征五號(hào)設(shè)計(jì)的最大運(yùn)載能力，所以整體可靠性不受影響。另一指標(biāo)推重比，最大推力與重量之比，數(shù)值越大說(shuō)明火箭整體效率越高，提高火箭干質(zhì)比（火箭凈質(zhì)量與整體滿(mǎn)載燃料質(zhì)量之比）能力越強(qiáng)，利于火箭加速。我國(guó)的YF-77推重比約50，遠(yuǎn)不及美國(guó)幾款發(fā)動(dòng)機(jī)，是F-1一半，更是梅林1-D 的約30%，說(shuō)明我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)性能與美國(guó)差距大，技術(shù)需要提升。

三、空間應(yīng)用：中國(guó)發(fā)展迅速，美國(guó)增速放緩

空間應(yīng)用是指以衛(wèi)星應(yīng)用為主（約占全球空間經(jīng)濟(jì)的80%），其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)為輔的空間衍生服務(wù)產(chǎn)業(yè)。從衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，包括衛(wèi)星制造與衛(wèi)星發(fā)射的上游，與更聚集的衛(wèi)星服務(wù)與地面設(shè)施的下游。據(jù)SIA的2018年全球衛(wèi)星市場(chǎng)報(bào)告顯示，2017全年衛(wèi)星行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約2686億美金，其中衛(wèi)星服務(wù)達(dá)到1287億美金，占比48%排為第一，地面設(shè)施1198億美金，占45%為第二，兩項(xiàng)總和超90%。美國(guó)收入占比持續(xù)多年超40%，但近年來(lái)增速放緩、占比有所下降，與此同時(shí)中國(guó)則以每年超20%的收入增速發(fā)展。

1）衛(wèi)星制造與衛(wèi)星發(fā)射：門(mén)欄高，參與者少，美國(guó)為第一壟斷者

衛(wèi)星制造與衛(wèi)星發(fā)射對(duì)資金、人才、技術(shù)都具有高要求，全球參與公司或者政府部門(mén)約為30個(gè)，其中，歐美六大制造商占80%以上的市場(chǎng)份額。以GEO商業(yè)通信衛(wèi)星制造訂單為例，美國(guó)波音、勞拉、軌道ATK與洛馬占62%，壟斷過(guò)半市場(chǎng)。

衛(wèi)星發(fā)射方面，美國(guó)無(wú)論在發(fā)射數(shù)量還是發(fā)射收入都遙遙領(lǐng)先。2016年全球共計(jì)發(fā)射90次約350顆航天器，其中美國(guó)以27%的發(fā)射數(shù)量和64%的發(fā)射收入居首，而中國(guó)發(fā)射數(shù)量與產(chǎn)值均5%，排名第三。

2）衛(wèi)星服務(wù)與地面設(shè)施：中國(guó)具備后發(fā)優(yōu)勢(shì)

相比之下，衛(wèi)星服務(wù)與地面設(shè)施門(mén)欄較低，擁有超1700家公司參與，市場(chǎng)規(guī)模龐大增長(zhǎng)迅速。地面設(shè)施行業(yè)表現(xiàn)最為突出，市場(chǎng)規(guī)模從2012年的754億美金漲至2017年的1198億美金，全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國(guó)GPS,歐洲Galileo,俄羅斯Glonass與中國(guó)北斗）逐漸完善成熟，衛(wèi)星導(dǎo)航與物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)等高新科技結(jié)合擴(kuò)充帶來(lái)的導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展是重要原因之一。以導(dǎo)航系統(tǒng)為例比較中國(guó)北斗與美國(guó)GPS：

技術(shù)上，北斗安全高效創(chuàng)新。北斗是我國(guó)自主研發(fā)，無(wú)論軍事還是民事方面均可實(shí)現(xiàn)安全、自主可控。北斗采取分布開(kāi)通，即“發(fā)射部分先使用”，與GPS必須整體系統(tǒng)建成才能投入使用對(duì)比，更高效靈活。其次，對(duì)比GPS的雙頻信號(hào)，北斗使用三頻信號(hào)帶來(lái)更可靠與精準(zhǔn)的定位能力，數(shù)據(jù)處理能力也進(jìn)一步增強(qiáng)。其三，北斗擁有原創(chuàng)的短報(bào)文通信服務(wù)，適用于緊急情況下的位置文字通報(bào)功能。

市場(chǎng)規(guī)模上，北斗打破GPS壟斷局面，但挑戰(zhàn)GPS依舊困難。從全球視角來(lái)看，我國(guó)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展最為迅速，從2012-2015年市場(chǎng)份額占比提升4%；從國(guó)內(nèi)視角來(lái)看，截止2017年底數(shù)據(jù)，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)值達(dá)2550億，增長(zhǎng)20.4%，其中北斗對(duì)產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值貢獻(xiàn)率達(dá)80%，市場(chǎng)占有率提升至15%，但GPS依舊保持超80%市場(chǎng)份額。

2.2航空

相比航天，我國(guó)航空展現(xiàn)出來(lái)的技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比，差距更大，形勢(shì)更為嚴(yán)峻。

根據(jù)使用性質(zhì)，航空飛機(jī)可以分為軍用飛機(jī)與民用飛機(jī)。軍用飛機(jī)方面，從數(shù)量來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)役約4500架飛機(jī)，是美國(guó)現(xiàn)役軍用飛機(jī)數(shù)量的33%，排名僅次于俄羅斯位于全球第三。從飛機(jī)種類(lèi)來(lái)看，我國(guó)軍用機(jī)種基本齊全，對(duì)比美國(guó)僅缺少在戰(zhàn)略指揮機(jī)的布局。從優(yōu)勢(shì)機(jī)種來(lái)看，我國(guó)偏向戰(zhàn)斗機(jī)與無(wú)人機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)數(shù)量全球第三、無(wú)人機(jī)全球第二，這與本國(guó)國(guó)土防御為主的策略相一致；而美國(guó)以全球?yàn)槟繕?biāo)安排布局，所以跨航運(yùn)輸能力強(qiáng)的加油機(jī)與運(yùn)輸機(jī)是美國(guó)航空稱(chēng)霸全球的資本之一，我國(guó)這兩類(lèi)機(jī)種暫時(shí)無(wú)法趕超美國(guó)。以運(yùn)輸機(jī)為例，美國(guó)運(yùn)輸機(jī)22個(gè)系列共998架，中國(guó)5個(gè)系列約100架，總量?jī)H為美國(guó)的十分之一，其中18架伊爾76自俄羅斯購(gòu)買(mǎi)。

民用飛機(jī)方面，我國(guó)現(xiàn)役共5593架飛機(jī)，約美國(guó)的二十分之一。運(yùn)輸機(jī)，即客運(yùn)機(jī)方面，我國(guó)小型客運(yùn)機(jī)自主化程度較高，但大型客運(yùn)機(jī)基本全部依靠進(jìn)口。通航飛機(jī)方面差距更大。通航飛機(jī)指民用除去商用運(yùn)輸以外的所有飛機(jī)總稱(chēng)，可以用于空中降雨、空中噴灑等。美國(guó)農(nóng)業(yè)林業(yè)機(jī)械化程度高，對(duì)通航飛機(jī)需求大，我國(guó)目前尚處于人力與機(jī)械力交換過(guò)程，通航飛機(jī)存量較低。

造成上述軍用飛機(jī)與民用飛機(jī)暴露的中美差異、制約我國(guó)航空發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

對(duì)比航天發(fā)動(dòng)機(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，新研制動(dòng)力進(jìn)程緩慢，現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)難以滿(mǎn)足飛機(jī)日益增長(zhǎng)的動(dòng)力需求，動(dòng)力多依靠進(jìn)口。除了國(guó)外引進(jìn)的飛機(jī)，我國(guó)現(xiàn)役超半成飛機(jī)使用國(guó)外或仿制改版的二代發(fā)動(dòng)機(jī)，而這些發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)約為上個(gè)世紀(jì)八九十年代水平，在美國(guó)或其他航空發(fā)達(dá)國(guó)家基本淘汰。例如我國(guó)擁有最多的戰(zhàn)斗機(jī)，直到近年渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)不斷突破，自主研發(fā)的WS-10、WS-10B、WS-15等才逐漸替代俄制AL-31系列發(fā)動(dòng)機(jī)。但四代動(dòng)力仍在試行，量產(chǎn)通用還需2-3年。

其次，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品系列不全，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)不夠先進(jìn)，民用發(fā)動(dòng)機(jī)則是空白。軍用大推力發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)研制有短缺，整體性能與美國(guó)同類(lèi)型相比差距較遠(yuǎn)。我國(guó)大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)較成熟的WS-10系列，與美國(guó)F-110系列、俄羅斯AL-31F在推力上相差數(shù)十千牛，適用性較窄；四代的WS-15仍在試行，性能與美國(guó)新一代F-135較大差距。民用發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制尚處空白，全部依賴(lài)進(jìn)口。大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適用于大型運(yùn)載飛機(jī)，例如波音737、747系列，因?yàn)楹诵陌l(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法自主研發(fā)，我國(guó)大飛機(jī)幾乎全部引自波音與空客。直至去年自主研發(fā)C919試飛成功，才填補(bǔ)我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目空白。剖析整體，我國(guó)攻克整體設(shè)計(jì)、氣動(dòng)外形、機(jī)身材料等100多項(xiàng)核心技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但是動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)自美法合資CFM公司，尚無(wú)獨(dú)立研制同水平發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。

2.3差距原因：工業(yè)基礎(chǔ)弱、資金投入少、人才缺乏和體制不成熟

通過(guò)分析我國(guó)航空航天與美國(guó)的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)差距背后有以下深層次的原因：

1）工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，關(guān)鍵零部件需要進(jìn)口。由于技術(shù)封鎖，我國(guó)航空航天技術(shù)研發(fā)均是在困難條件下自主攻克的，即使吸收其他國(guó)家發(fā)展成功與失敗經(jīng)驗(yàn)，也無(wú)法彌補(bǔ)落后發(fā)展幾十年的工業(yè)基礎(chǔ)。例如航天級(jí)的FPGA（核心芯片）被國(guó)外Xilinx、Altera、Lattice等壟斷，無(wú)法購(gòu)買(mǎi)最先進(jìn)版本。這也導(dǎo)致我國(guó)研發(fā)從立項(xiàng)到成熟落地周期，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于其他發(fā)達(dá)國(guó)家。

2）研發(fā)投入不夠使得許多預(yù)先工作做得不深入不徹底，費(fèi)用僅為美國(guó)的八分之一。從數(shù)據(jù)來(lái)看，無(wú)論是相對(duì)值還是絕對(duì)值，我國(guó)在航天航空預(yù)算方面都遠(yuǎn)不如美國(guó)。以航天為例，我國(guó)預(yù)算為美國(guó)的十分之一，如果加入美國(guó)國(guó)防航天部分的預(yù)算，則差距進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，除了政府高額度撥款，美國(guó)航天事業(yè)約20%資金來(lái)源資本投資，占全球航天VC/PE的約65%。

3）專(zhuān)業(yè)人才缺乏。我國(guó)在專(zhuān)業(yè)人才的培育體系與人才支持上欠缺，從業(yè)人數(shù)差距更大。2016年我國(guó)航空、航天及設(shè)備制造業(yè)人數(shù)為35296人，而美國(guó)為617420人，相差十倍之多，與航天相關(guān)的服務(wù)業(yè)人數(shù)差距更大。

4）軍民轉(zhuǎn)化程度不高，無(wú)法有效市場(chǎng)化。以北斗導(dǎo)航為例，北斗開(kāi)通僅五年對(duì)比美國(guó)二十多年發(fā)展，無(wú)論在設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用性還是商業(yè)模式，都難在短時(shí)間內(nèi)突破。