【摘要】航空航天工業的發展脈絡，始終與材料科學的發展進步深度交織。當前，超輕高強復合材料正逐步突破傳統結構材料的應用范疇，成為決定航天裝備性能上限、重塑產業組織模式、影響國際航天競爭格局的關鍵要素，催生以融合創新、產業集聚和制度重構為特征的航天發展新生態。近年來，我國已逐步構建起完整健全的復合材料產業體系，但在高端材料自主可控、產業協同效率、創新生態構建等方面仍面臨挑戰。未來，需在國家創新體系構建、復合型人才培養與創新文化建設、資金投入機制優化與知識產權保護等方面著力，推動復合材料技術研發與應用賦能航天技術代際躍升和航空航天經濟新業態發展，為“十五五”時期加快建設航天強國提供關鍵支撐。
【關鍵詞】超輕高強復合材料 航天強國 產業生態 創新體系
【中圖分類號】V414 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2026.02.003
【作者簡介】熊健，哈爾濱工業大學航天學院復合材料與結構研究所長聘教授、博士生導師，全國重點實驗室副主任，教育部重大人才工程（青年學者），德國洪堡學者，歐洲實驗力學學會理事。研究方向為超輕高強復合材料結構設計理論及力學性能，主要著作有《碳纖維蜂窩結構技術》（合著）、《復合材料點陣結構力學性能表征》（合著）、《復合材料在人形機器人中的應用進展與趨勢》（論文）、《航空航天輕質復合材料殼體結構研究進展》（論文）等。
引言
習近平總書記指出，“探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢”。[1]“十四五”時期，我國航天事業以奮斗圓夢，不斷突破關鍵核心技術，實現歷史性、高質量、跨越式發展，以載人航天、月球探測、火星探測等為代表的重大工程連戰連捷，航天強國建設邁出堅實步伐。黨的二十屆四中全會審議通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十五個五年規劃的建議》（以下簡稱“十五五”規劃建議）提出，“加快建設制造強國、質量強國、航天強國、交通強國、網絡強國”，[2]“航天強國”被寫入國家五年規劃重點任務，我國航天事業邁入新的發展階段。當前，世界航天格局正處于深度調整與重塑期：商業航天產業加速崛起、深空探測領域持續升溫、近地軌道經濟形態初步顯現，太空領域已然成為大國戰略博弈與科技自立自強的新疆域。新一輪航天競賽中，關鍵技術的迭代創新和核心材料的自主可控，成為筑牢航天領域科技自立自強根基、搶占太空競爭制高點的關鍵支撐。
超輕高強復合材料是融合材料科學、力學、制造工藝與設計理念的基礎載體，將多種材料優勢“組合放大”，具備獨特的可設計性與工藝滲透性，即其材料性能可以在設計階段按需求“定制”，制造過程本身也深度參與材料結構與性能的形成。超輕高強復合材料在航天領域的應用，不僅能使航天器“更輕更強”，還因其特殊性能，可推動航天研發模式從“各專業獨立”走向“多學科融合”，引導航空航天產業形態從“鏈條式”向“生態化”轉型，甚至影響國家創新體系的構建。立足這一認知，本文超越純技術參數的討論，從更廣闊的視角系統審視超輕高強復合材料在航天強國建設中的重要作用，重點探討其在支撐航天裝備性能跨越，推動產業鏈上下游實現集群化與深度融合，構建開放、協同、高效演進的國家航天創新體系中可發揮的重要作用，進而探討以優化復合材料創新體系為我國航天強國建設提供堅實基礎與持久動力。
航天強國建設的時代背景與戰略目標
國際航天競爭新格局與復合材料技術應用。21世紀第三個十年，全球航天格局正經歷深刻變革。傳統航天強國持續鞏固技術優勢、新興航天力量加速崛起、商業航天蓬勃興起，共同塑造多層次、多主體的發展新態勢。超輕高強復合材料在減重增效、功能集成、環境適應性等方面具備卓越性能，可有力助推航天技術向更高水平邁進?，F代先進飛機結構中復合材料占比已突破50%，空客A350、波音787夢想客機等標桿機型更是廣泛采用碳纖維增強塑料（CFRP）。相較于航空領域，航天器制造對材料性能的要求更為嚴苛，因而復合材料在航天領域的應用更為廣泛、戰略價值也愈發凸顯，其相關技術突破成為拉開國家間航空航天能力差距的關鍵因素。
在此背景下，全球主要航天技術大國競相將促進先進復合材料發展上升為國家戰略。2011年6月，美國啟動“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative），而后又陸續發布相關戰略規劃，該計劃匯聚了美國多個部門的資源，旨在用大數據和計算模擬來大幅縮短新材料的研發周期。歐盟主導的潔凈天空計劃，是面向低排放、高效率航空器生產需求而實施的長期技術研發計劃，重點意在推動航空復合材料技術發展。日本政府曾發布《日本產業結構展望2010》報告，將包括碳纖維等新材料技術在內的10大尖端技術產業確定為未來產業發展主要戰略領域，就相關領域的現狀、問題和發展方向進行分析，并提出相應的行動計劃。我國高度重視新材料產業的戰略性、基礎性作用，著力推動圍繞新一代信息技術、航空航天裝備等重點領域關鍵材料的協同創新攻關。近年來，工業和信息化部等有關部門陸續發布《新材料大數據中心總體建設方案》等相關政策文件，旨在完善新材料產業創新發展的新型研發基礎設施建設，培育材料研發與應用的全新發展模式。[3]主要航天技術大國在戰略層面對復合材料技術的聚焦，不僅立足于其本身的技術價值，更源于其對產業鏈、創新鏈的輻射帶動效應。在一定程度上可以說，復合材料的發展水平直接影響一個國家在航天運輸、空間基礎設施建設、深空探測等關鍵領域的能力邊界，進而深刻影響其在全球航天格局中的話語權分量。
中國航天的跨越式發展與戰略目標。新中國成立70多年來，在黨的領導下，中國航天人從藍圖繪夢到奮斗圓夢，經過艱苦奮斗，走出一條中國特色自主創新道路，推動航天事業從無到有、從弱到強，實現從“跟跑”到“并跑”的歷史性跨越。載人航天、月球探測、北斗導航等重大工程的成功實施，標志著中國已躋身世界航天大國行列。然而，與建設航天強國的目標相比，我國在原始創新能力、產業基礎能力、國際規則制定等方面仍存在短板。“十五五”規劃建議提出，“加快建設制造強國、質量強國、航天強國、交通強國、網絡強國”“加快新能源、新材料、航空航天、低空經濟等戰略性新興產業集群發展”。[4]“航天強國”被寫入國家五年規劃重點任務，明確未來五年我國航天事業的發展坐標，彰顯國家對航天事業的高度重視和系統謀劃。
建設航天強國是一項復雜的系統工程，需要力學、航空宇航科學與技術等眾多學科領域協同發力，以實現在動力、控制、遙感、材料等諸多技術層面的科技突破與創新，還需構建一套包括產業體系、創新生態、制度環境在內的系統工程體系。材料作為“工業之米”，其發展水平在一定程度上可直接決定航天裝備的性能上限。近年來，我國復合材料領域取得長足進步，在新能源、航空航天、電子信息等領域，高性能復合材料正發揮著不可替代的作用。比如，復合材料在航空結構中的應用顯著提升，國產大飛機C919復合材料用量已占機體結構質量的12%，未來C929等機型預計將提高至50%左右。但應看到，高端復合材料領域仍面臨“卡脖子”風險。比如，在復合材料中起到“混凝土”作用的環氧樹脂、酚醛樹脂等基體材料的高端品種仍大多依賴進口；而起到“鋼筋”作用的增強纖維中，T800級以上碳纖維的穩定量產能力仍需進一步提升。這種結構性矛盾，更凸顯了將超輕高強復合材料置于航天強國戰略框架下進行系統謀劃的緊迫性與必要性。
超輕高強復合材料：概念、特性與多維價值
復合材料的基本內涵與分類體系。復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成的具有新性能的材料。復合材料中的各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，因而其綜合性能優于原組成材料，能滿足各種不同應用需求，在很多領域都可發揮重要作用。
復合材料由基體材料和增強材料組成?；w材料起到粘結、保護和傳遞載荷作用；增強材料作為主要承載體，提供材料的強度與剛度。按組成基體材料的不同類型，可將復合材料分為不同類別（見表1），使用不同基體材料的復合材料具備不同性能特點，可滿足不同場景的應用需求。比如，金屬基復合材料，以金屬為基體，如鋁基、鈦基等，具有高導熱性、高導電性以及良好的綜合力學性能，在航空航天等領域的應用前景廣闊；非金屬基復合材料則包括聚合物基復合材料和陶瓷基復合材料，聚合物基復合材料多以樹脂為基體，如環氧樹脂、不飽和聚酯等，其工藝性好、成本低，在建筑、汽車等領域應用廣泛；陶瓷基復合材料耐高溫、硬度高，多用于高溫環境，如發動機部件等。
復合材料的增強材料形態多樣，其中如碳化硅顆粒等顆粒增強材料，可有效提升鋁基等復合材料的強度和耐磨性。纖維增強材料包括玻璃纖維、碳纖維等，玻璃纖維延伸率大，碳纖維則強度高，分別廣泛應用于建筑、航空航天等領域。層板增強材料由多層材料交替疊合而成，具有較高的強度和剛度，常用于制作結構件等。不同形態的增強材料賦予復合材料不同的性能特點，使其應用場景更加多樣。
復合材料在航空航天領域應用的創新發展。從發展歷程看，復合材料在航天領域的應用經歷了從非承力構件（如整流罩，外殼等）到次承力構件再到主承力構件的演進過程。這一發展歷程不僅反映材料性能的持續突破，更體現力學理論、設計理念、制造工藝、驗證方法的系統性進步。以衛星天線反射面為例，為保障探測精度，航天器結構需滿足在復雜太空溫度環境下維持納米級結構尺寸穩定性的嚴苛要求。為滿足這一需求，筆者團隊基于裁折法思想設計并制備出具有輕質、低熱膨脹系數、高可靠性的碳纖維復合材料蜂窩，[5]攻克了碳纖維復合材料蜂窩不易彎曲、“馬鞍狀”曲面、抗沖擊、應力集中及面芯薄弱等設計難題，[6]解決了現有鋁合金蜂窩芯材在太空環境高／低溫條件易產生熱變形積累，進而導致型面精度降低的問題，并提出近零熱變形高精度衛星天線反射面的設計方法。[7]
近年來，航天裝備呈現向超大尺寸、超高精度、超長壽命方向發展的新趨勢，高穩結構體系成為突破性能瓶頸的核心需求。碳纖維蜂窩復合材料憑借其優異的比剛度、尺寸穩定性和抗疲勞性能，成為高穩結構的首選材料。未來，高穩結構體系的發展將聚焦三個方向：一是提升極端環境適應性，研發耐-196℃～500℃寬溫域、抗空間輻照的碳纖維蜂窩復合材料，突破高溫樹脂基體與蜂窩芯的兼容性難題；二是實現多功能一體化集成，將導熱、導電、隱身等功能融入高穩結構，開發結構-熱控-電磁一體化蜂窩復合材料，滿足高超音速飛行器、深空探測器的復雜應用需求；三是推動智能化升級，即使高穩結構具備“自感知”和“自調節”能力。通過植入光纖傳感器、形狀記憶聚合物等智能單元，助力實現結構損傷的實時監測與自修復，從而提升高穩結構的在軌可靠性與服役壽命。
復合材料在航空航天領域應用的性能優勢及多元價值。超輕高強復合材料在航空航天領域的廣泛應用，首先得益于其獨特的物理性能。碳纖維復合材料的密度約為1.6g/cm³，僅為鋼的約1／5、鋁合金的約3／5，而其比強度（強度與密度之比）可達鋼的9倍以上（見表2）。這種“更輕卻更強”的特性，可從根本上改變航天器的重量分配與性能邊界，對航天工程具有革命性意義。在火箭制造和發射領域，這一特性可充分發揮“重量放大效應”，復合材料應用帶來的結構質量減輕，除可削減火箭自身總質量外，還能同步減少推動該部分質量所需的燃料用量及衍生需求，從而可轉化為數公斤的有效載荷能力；同理，衛星減重可顯著降低發射成本，并有效延長其在軌運行壽命。
除了輕質高強的基本特性外，復合材料還具備傳統金屬材料難以比擬的功能可設計性。通過調整纖維取向、鋪層順序、界面性能等參數，可以實現材料力學性能、熱學性能、電磁性能的“定制化”，滿足航天器多功能一體化的需求。比如，兼具承載與透波功能的復合材料，可用于制備雷達罩；兼具承載與防熱功能的復合材料，可應用于高速飛行器的表面。
超輕高強復合材料在航空航天領域的應用價值，不僅體現在技術性能上，還突出表現于其對航空航天產業發展路徑的重塑作用。從經濟學視角看，復合材料的應用可推動航空航天產業從“規模經濟”向“范圍經濟”轉型。傳統金屬結構件制造依賴大規模專用生產線，而復合材料制造則具備顯著的“工藝適應性”與“數字化”特征——即不依賴單一專用模具，通過數字化程序應用，同一生產線通過調整工藝參數可生產不同規格、不同性能的構件，這種生產方式更適合航天產品“型號多、數量少、定制化程度高”的現實需求。從創新理論視角看，復合材料的“可設計性”特質使其成為融合創新的理想載體。材料科學家、結構設計師、工藝工程師、性能測試專家需要在產品開發初期就深度協同，這種跨學科、跨環節的創新模式打破了傳統的線性創新鏈條，可催生以“設計-材料-制造一體化”為特征的新研發模式。
復合材料革新航空航天產業生態
復合材料技術的應用既推動相關傳統產業轉型升級，也打開了航空航天產業廣闊的增長空間。其產業賦能作用突出體現在三方面：重塑航空航天產業價值鏈，優化上下游各環節價值分配；催生集群化產業發展趨勢，形成協同高效的產業生態；推動產業鏈、創新鏈協同升級。
價值鏈構成。超輕高強復合材料的廣泛應用正深刻改變航空航天產業的價值鏈構成。隨著材料成本在結構件中的占比攀升至50%～70%，原材料供應已由基礎保障要素上升為決定裝備性能與成本控制的核心變量，在產業鏈中的影響力亦顯著提升。以碳纖維為例，從原絲制備、氧化碳化到表面上漿，每一環節的技術門檻都可形成一定的產業壁壘，這也造就了航空航天領域極少數的全球龍頭企業。
與此同時，復合材料制造工藝的復雜性可催生專業化制造服務新業態。自動鋪絲、自動鋪帶、樹脂傳遞模塑等先進工藝，不僅需要成本高昂的專用裝備，還依賴復雜的核心技術訣竅，這促使諸多航天主機廠選擇將復合材料構件的制造環節外包給專業供應商。這種分工模式的深化，一方面可提升航空航天復合材料產業鏈的整體運行效率；另一方面可為廣大中小企業創造融入航天高端制造領域的機遇。當前，諸多小微企業憑借其對特定工藝環節的專注深耕，已成長為復合材料構件制造領域的重要參與力量。
產業集群化發展趨勢。航空航天復合材料產業具有顯著的集群化特征，這不僅是企業在地理上的簡單集中，更可形成深度協同、高效鏈接的產業生態系統。全球范圍內，航空航天復合材料產業集群通常圍繞大型主機廠或研究機構形成，如美國西雅圖（波音）、法國圖盧茲（空客）、日本東京灣（東麗-三菱重工聯合體）。我國已初步形成以京津冀、長三角、珠三角為核心，東北、西南等地區為兩翼的航空航天復合材料產業發展格局（見表3）。地方政府出臺的產業政策進一步強化這一集群化發展態勢，各地立足自身資源稟賦與產業基礎設施的差異化布局，更有助于構建互補協同的國家級復合材料產業體系。
產業鏈、創新鏈協同升級。復合材料在航空航天領域的深度應用可推動產業鏈、創新鏈協同升級。在航空航天復合材料領域，高校、科研院所，以及大中小企業呈現顯著的融合創新與發展趨勢。高校、科研院所及大型央企主要肩負基礎研究、應用基礎研究與型號攻關的核心使命，是產業技術創新的策源地；廣大中小企業則聚焦專用設備研發、輔助材料生產、檢測技術服務等細分賽道，通過深耕特定領域、掌握獨有工藝技術，構筑起差異化競爭優勢，成為產業鏈條中不可或缺的重要組成部分。此外，軍用航天對材料性能的極致要求，驅動了復合材料領域的技術創新；商業航天對成本控制的嚴苛要求，則可有效推動相關制造模式的變革。
復合材料賦能未來航天發展新形態
支撐航天技術代際躍升。超輕高強復合材料正從單純用于滿足設計需求的“支撐技術”向直接決定航天系統性能上限的“使能技術”轉變。在運載火箭領域，復合材料貯箱相較于金屬貯箱可減重25%～40%，這意味著可助力一枚中型運載火箭增加數百公斤有效載荷，或增加10%～15%的運載能力。中國正在研制的重型運載火箭、可重復使用運載火箭均將增加復合材料應用作為減重增效的關鍵途徑。此外，我國規劃的萬顆級低軌衛星星座，也將使用復合材料作為實現衛星輕量化、高性能化的關鍵。美國太空探索技術公司的星艦（Starship）使用不銹鋼作為主結構，復合材料則應用于其控制面、整流罩等關鍵部件，以平衡強度、重量和成本。
在航天領域，復合材料的創新應用為超大型航天器結構的研制奠定了可行性基礎。傳統航天器結構多以金屬材料為主體，而金屬材料存在密度大、承載效率偏低的固有缺陷；加之地面加工設備的尺寸限制與運載火箭的載荷約束，超大尺寸航天器的制造與發射面臨難以突破的技術瓶頸，嚴重制約深空探測等重大航天任務的推進。相較于金屬材料，輕質高強復合材料具有顯著優勢，其可通過“離散制造-模塊在軌組裝”的創新技術路線（各結構模塊在地面完成獨立研制與生產，后續在太空環境中完成整體組裝作業），從根本上突破傳統技術限制。展望未來，應充分發揮復合材料的性能潛力，基于高性能拉伸主導型結構設計概念，從材料適配性層面提升結構承載效能；結合高性能結構拓撲，在滿足整體剛度和強度要求的前提下，合理去除低效受力區域，推動大尺寸、輕質量、高強度的復合材料結構研發。通過搭配自主裝配機器人系統，助力完成大尺寸空間結構的在軌組裝，進而有望研制出滿足航天任務的超大型航天器。[8]此外，該技術的應用有望服務于月面棲息地、空間望遠鏡和空間太陽能電池陣列等關鍵大尺寸航天器的研發，為深空探測、空間資源開發、天文觀測等重大航天工程提供核心結構支撐，推動航天事業向更廣闊領域進發。
催生航天經濟新業態。“十五五”規劃建議提出：“實施產業創新工程，一體推進創新設施建設、技術研究開發、產品迭代升級，加快新能源、新材料、航空航天、低空經濟等戰略性新興產業集群發展。”[9]《國家航天局推進商業航天高質量安全發展行動計劃（2025-2027年）》，明確五方面22項重點舉措，旨在推進商業航天高質量發展和高水平安全，指出“鼓勵商業航天布局航天產業鏈相應環節”，“重點支持商業航天主體開發新技術、新產品，挖掘應用新場景”，“完善商業航天發展投融資體制機制，設立國家商業航天發展基金”等。[10]近年來，商業航空航天產業逐步從技術驗證期加速邁向規模化商業部署的新階段。而復合材料等相關技術的進步與制造成本的下降等，正是商業航天領域新業態發展的關鍵支持。以低空經濟為例，電動垂直起降飛行器（eVTOL）對結構減重有著嚴苛要求，碳纖維復合材料在其結構中的占比超70%，這一數值大幅超越傳統大型飛機。據行業預測，到2030年，僅電動垂直起降飛行器領域的碳纖維復合材料需求量，將從2024年的約500噸激增至1.17萬噸，實現23.5倍的跨越式增長。這種爆發式增長不僅可為復合材料產業提供新市場，也將推動復合材料研發和制造技術向更高效率、更低成本的方向發展。
太空旅游是商業航天產業的另一新興業態。無論是只短暫進入太空邊緣、隨后返回地面的亞軌道旅游，還是長期在地球軌道上運行的軌道酒店，都需要輕質高強的艙體結構，以盡可能地降低發射和運行成本。美國維珍銀河公司研制的商用亞軌道載人飛行器“團結號”太空船、以及美國藍色起源公司研制的商用亞軌道載人飛行器“新謝潑德”飛船，均大量使用復合材料。中國商業航天企業也在加大力度研發用于航天旅游的飛行器，復合材料是此類飛行器實現商業化的關鍵技術之一。這些新業態的發展，反過來可為復合材料創新提供需求牽引和應用場景。
塑造未來航天技術發展新趨勢。超輕高強復合材料的發展正與其它相關前沿技術交叉融合，共同塑造未來航天技術新趨勢（見表4）。智能制造與復合材料的結合，使復雜構件的定制化生產成為可能。自動鋪絲設備可根據數字模型，將預浸料精準鋪放在復雜曲面上，可一次成型帶加強筋的整體壁板。這種“數字孿生＋智能制造”模式，具備在虛擬環境中提前完成結構設計、工藝仿真和性能驗證，再將結果直接用于實體制造的特點，可大幅縮短復合材料構件的研發周期，并有效降低制造成本。
結構功能一體化是未來航天技術發展的另一重要趨勢。傳統航天器通常將結構、熱控、電源、通信等功能分系統各自獨立研發，再通過集成工藝完成整體裝配。復合材料在航天領域的應用可通過材料設計和工藝控制，將多種功能集成到單一結構中。比如，將相變材料植入復合材料夾層，可在航天器經歷高低溫交變環境時，通過相變吸放熱平抑溫度波動，在不增加額外熱控系統的情況下，實現結構承載與熱管理的一體化；再如，將導電纖維編織入復合材料，可實現結構承載與防雷擊功能的統一。這種一體化設計不僅可減輕航天器重量，還能提高可靠性。
可持續性是復合材料應用于航天領域的新特征。傳統熱固性復合材料存在回收難度大的痛點，大量退役飛機的復合材料部件最終只能以填埋方式處理。新一代熱塑性復合材料與可回收樹脂基復合材料，是兼具高性能與可持續性的新材料。這類新材料，不僅可有效解決這一難題，也清晰指明了復合材料領域的未來發展方向。
優化復合材料創新體系，助力航天強國建設
復合材料技術的迭代升級與應用，已成為推動航空航天領域突破性發展的關鍵支撐，其技術成熟度直接關乎國家航空航天領域的創新高度與產業競爭力。鑒于此，必須著力構建多層次、跨領域的復合材料技術創新體系，強化產學研用協同攻關和支持機制，同時加快專業人才梯隊建設，為航天強國建設與航空航天產業的高質量發展，筑牢材料技術根基。
國家級創新體系構建。超輕高強復合材料的研發具有高投入、長周期和高風險的特點，單純依靠市場機制難以實現重大突破，需要國家級創新體系的系統支撐。發達國家的實踐經驗表明，有效的復合材料創新體系通常需包含多方主體（企業、高校、研究機構）、多重機制（競爭性項目、穩定性支持、后續補助等）和多階段支持（基礎研究、應用研究、工程化開發）。比如，美國通過國防高級研究計劃局、能源部、航空航天局等多部門協同，構建起體系完備的復合材料創新網絡。
我國復合材料創新體系經歷從“分散攻關”到“系統布局”的演變過程。早期，由于資源有限，創新活動主要圍繞特定型號需求展開，呈現“點狀突破”特征。隨著國家對復合材料技術重要性認識的深化，相關創新體系逐步向系統化、制度化方向發展。當前，我國已逐步構建起多層次的復合材料研發支持體系：國家自然科學基金、國家重點研發計劃、科技創新2030重大項目等從基礎研究、技術攻關、長遠布局等層面提供全方位支撐；國家新材料生產應用示范平臺、新材料測試評價平臺等的陸續建成，為技術落地與產業應用筑牢硬件基礎。然而，與建設航天強國的目標相比，我國復合材料領域的創新體系仍待進一步完善：需提升跨部門協同效率，推動創新資源形成研發合力；加強基礎研究突破能力，切實推動核心技術迭代升級、提升自主可控水平；完善以市場化為導向的成果轉化機制，打通“研發—中試—產業化”的關鍵環節。
復合型人才培養與創新文化建設。復合材料領域的創新本質上是人才驅動的創新，亟須加大力度培養兼具理論素養與實踐能力的復合型人才。這類人才需同時具備材料科學、力學理論等基礎學科知識，以及產品設計、工藝制造、性能測試等應用技術能力。但受限于傳統教育體系的專業細分模式，相關領域的人才培養路徑仍相對單一，對跨學科知識融合與實踐能力的訓練仍顯不足，難以滿足復合材料領域的創新發展要求。高校亟須開展新的培養模式探索，加強對學生學科交叉應用與實踐能力的培養，同時需同國內外相關領域的研究機構建立良好的合作與交流機制。面向復合材料領域復合型人才的培養需求，還需推動企業主動承擔協同育人責任，以產學研用合作為紐帶，企業不僅要與高校聯合開展關鍵技術攻關，還需為復合型人才提供接觸產業前沿、參與工程實踐的平臺，實現人才培養與產業需求的精準對接。
良好的創新文化是支撐技術創新體系高效運轉的核心“軟基礎設施”，在一定程度上其重要性不亞于硬件平臺建設與資金投入。復合材料研發具有高投入、高風險、長周期的顯著特征，一款新材料從基礎概念提出到最終產業化應用，往往需要歷經數十乃至上百次的試驗迭代與失敗探索，這就要求行業內必須構建起容忍失敗、鼓勵探索、尊重試錯的創新文化氛圍。而隨著航天領域創新主體的多元化，尤其是民營企業的加入，航空航天復合材料領域的創新文化正變得更加開放、多元，這種文化層面的升級，可為復合材料技術創新注入全新動能。
資金投入機制與知識產權保護。復合材料技術創新離不開持續且大規模的資本投入。以碳纖維產業為例，一條年產能千噸級的碳纖維生產線，建設投資規?？蛇_數十億元，且從技術研發到量產落地的周期長達10～15年。此類產業特性，決定了復合材料創新無法單純依賴企業自有資金，必須構建多層次、多元化的資本支持體系。在我國，政府引導基金、產業投資基金、風險投資等多方資本正加速形成合力。其中，國家制造業轉型升級基金、國家中小企業發展基金等國家級基金均將新材料領域列為重點投資方向；各地方政府亦因地制宜設立專項新材料產業基金，為復合材料技術攻關與產業化發展提供了堅實的資金保障。
知識產權保護是激勵復合材料創新的重要基礎。復合材料技術的創新與突破，往往涉及復雜的工藝訣竅，即那些在長期實踐中積累的知識、難以被精確記錄和模仿的操作經驗與技術細節。這些“隱性知識”難以通過專利制度完全保護，卻對產品性能至關重要。這對知識產權制度的精細化設計提出更高要求：一方面，需依托專利制度對公開的技術方案進行有效保護；另一方面，要通過技術秘密保護體系，對核心工藝細節實施長效保護。近年來，我國復合材料領域知識產權保護意識顯著增強，截至2022年10月，中國碳纖維專利申請量占全球碳纖維專利申請總量的22.35%，位居世界第三。但在知識產權運營、國際專利布局、技術標準制定等方面，與主要碳纖維強國相比仍有一定差距，需進一步完善相關政策和制度建設。
結語
當前，超輕高強復合材料的研發與制造已成為航天強國建設的關鍵支撐與新引擎，其價值延伸至物質技術以外的多元范疇。從研發維度看，其可推動航天研發模式從經驗驅動轉向模型驅動，打破專業壁壘，實現多學科深度融合創新；從產業維度看，其是重塑航空航天產業生態的重要因素，可催生商業航天旅游、飛行器輕量化制造等新業態、新模式與新主體；從國家航天競爭力維度看，關鍵材料與核心技術自主可控是國家航空航天競爭力提升的重要支點，深度影響一國在航空航天領域的核心能力與發展水平。航天強國戰略為復合材料技術創新與產業升級提供了前所未有的機遇；而復合材料領域的技術突破，亦將為航天強國建設筑牢技術根基。以復合材料領域發展助力航天強國建設，亟須突破傳統“單點技術攻關”的思維桎梏，立足創新生態系統建設的高度，統籌推進材料研發、產業培育、制度創新與人才培養等關鍵環節，構建具有中國特色的復合材料創新發展路徑。
展望未來，新材料技術與人工智能、數字孿生、增材制造等前沿技術的深度融合，將推動超輕高強復合材料邁入智能化、多功能化、可持續化發展的新階段。我國需積極前瞻把握這一趨勢，推動核心材料與關鍵工藝的自主可控，在新一輪全球空天科技革命中掌握戰略主動，實現從航天大國向航天強國的歷史性跨越。
注釋
[1]《習近平在首個“中國航天日”之際作出重要指示》，2016年4月24日，https://www.gov.cn/xinwen/2016-04/24/content_5067424.htm。
[2][4][9]《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十五個五年規劃的建議》，2025年10月28日，https://www.gov.cn/zhengce/202510/content_7046050.htm。
[3]《三部門關于印發〈新材料大數據中心總體建設方案〉的通知》，2024年10月30日，https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/tz/art/2024/art_41f158c9854e4daea1a8ff799c2af96a.html。
[5]X. Y. Wei; D. F. Li and J. Xiong, Fabrication and Mechanical Behaviors of an All-Composite Sandwich Structure with a Hexagon Honeycomb Core Based on the Tailor-Folding Approach, Composites Science and Technology, 2019.
[6]Z. B. Li; P. C. Xue and J. Xiong, Fabrication and Mechanical Properties of CFRP Honeycomb Cylinder Based on the Transforming from the Flat Honeycombs, Composites Science and Technology, 2025.
[7]X. Y. Wei; Y. Wang and Y. H. Jiao et al., Bending Behaviors of Carbon Fiber Composite Honeycomb Cores with Various In-Plane Stiffness, Composite Structure, 2024.
[8]熊健、龔程、王文煜、韋興宇，《 一種大尺寸空間點陣結構》，2023年9月15日，https://d.wanfangdata.com.cn/patent/ZL_CN202310136520.4_CN116101511B_20230915。
[10]《關于印發〈國家航天局推進商業航天高質量安全發展行動計劃（2025—2027年）〉的通知》，2025年11月25日，https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758839/c10719382/content.html。
責 編∕包 鈺 美 編∕周群英
Independent Control of Key Materials and the Building of a Space Power
—A Case Study of Ultra-Lightweight, High-Strength Composite Materials
Xiong Jian
Abstract: The developmental trajectory of the Aerospace industry has always been deeply interwoven with the successive advances in materials science. Currently, ultra-lightweight, high-strength composite materials are gradually transcending the traditional applications of structural materials, becoming key factors that determine the upper limits of Aerospace equipment performance, reshape industrial organizational models, and influence the landscape of international aerospace competition, thereby giving rise to a new aerospace development ecosystem characterized by integrated innovation, industrial clustering, and institutional restructuring. In recent years, China has progressively established a comprehensive and robust composite materials industrial system, but challenges remain in achieving autonomy in high-end materials, improving the efficiency of industrial coordination, and fostering an innovation ecosystem. Looking ahead, efforts should focus on building a national innovation system, cultivating interdisciplinary talent and an innovative culture, optimizing funding input mechanisms, and strengthening intellectual property protection in order to accelerate R&D and application of composite technologies to enable generational upgrades in aerospace capability and catalyze emerging aerospace economic formats, thereby providing critical underpinning for accelerated advancement toward building a space power during the 15th Five-Year Plan period.
Keywords: ultra-lightweight high-strength composite materials, space power, industrial ecosystem, innovation system
