作者:池涵 来源:中国科学报 发布时间:2020/7/20 17:10:06
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中国科学院国家空间科学中心研究员吴季:
人类重返月球还有多远

 

为了纪念1969年7月20日人类第一次登月成功,每年的7月20日被定为了“人类月球日”。

近日在浙江省科学技术协会主办的一期月球日主题“科学+”活动中,中国科学院国家空间科学中心研究员吴季以“人类离再次登月还有多远”为题作报告,回顾了人类登月历史,讨论了人类为什么多年没有重返月球,商业太空旅行和月球旅游离我们还有多远等问题。

登月之路

回顾登月之路,人类经历了从齐奥尔科夫斯基论证航天技术可行性,到发射火箭,到把航天员送入太空,再到阿波罗计划实现登月的漫长过程。

在冷战美苏争霸的背景下,在前苏联抢先发射人造卫星和实现载人航天的刺激下,美国总统肯尼迪于1961年5月25日在议会发表演说,宣布了在十年内让宇航员登陆月球并安全返回的“阿波罗”计划。

吴季谈到,在随后的1962年9月12日,肯尼迪总统在美国莱斯大学体育场作了著名的《我们选择登月》的演讲。

“我们为什么要登月?我们为什么要攀登珠峰?我们为什么要飞跃大洋?莱斯大学的足球队为什么非要和德州大学踢比赛?”

肯尼迪说:“我们决定在这十年间登上月球并实现其他梦想,并非它们轻而易举,而正是因为它们困难重重。”

采用了举国体制,阿波罗计划在短期内取得了巨大胜利。不到十年 “阿波罗11号”任务就取得成功,此后又5次成功登月,直至1972年12月19日,“阿波罗17号”最后一次载人登月。

虽然阿波罗计划的直接作用是在政治上取得胜利,此外并没有其他结果,但是该计划间接地激励了美国的高技术发展和技术创新,为空间科学、空间应用打下了技术基础,激励了1-2代青少年,投身科学技术。而且开拓了人类的视野,促进了地球环境保护运动。

然而,这些重要意义都不足以维持载人登月计划的可持续发展,因为载人登月需要的经费过于高昂。

吴季认为,航天科技从诞生开始,其属性就与国防、军工,以及科学探索牢牢地绑在了一起,属于由政府投资的特殊领域。也形成了责任重大要求零失误,因此存在大量冗余设计、大量重复试验,人员趋于老龄化,政府订货形成非市场机制的价格垄断,从而成本高企的怪圈。

吴季总结,之所以在阿波罗计划结束后的数十年间,人类没有重返月球,是因为,首先是没有一个可持续发展的目标和机制,将人类的活动引向太空、月球甚至更远的深空。其次是没有一个基于市场的竞争体制,能够使航天产品同时获得高质量和低成本。

重返月球

2010年后,美国自身出于政治因素,特别是面临中国的崛起,再次将载人登月的政治作用提到很高的位置。

2017年,美国总统特朗普签署授权,启动了重返月球,即送一名女航天员登月的“阿尔忒弥斯”计划,并建设“深空门户”,作为多次往返月球途中的中转站。俄罗斯、欧盟和日本等国际空间站合作国家都表示了愿意参加美国深空门户计划,以此为基地,实现登月。

吴季介绍,中国按照自身的节奏发展,虽然主要精力在建设近地轨道空间站,但是也在论证载人登月计划,实现2033年以后中国人登上月球。

印度也宣布要实现自主的天地载人往返,并于5-7年后部署。

国际空间站运行经费居高不下,设计寿命面临到期。吴季预期,其有可能会转为商用,而政府的载人航天活动有可能会转向月球和深空。

然而,政府投入的载人航天活动始终面临经费问题的困扰,而经费问题是体制和结构性的问题。没有市场机制的激励,就不可能很快就实现成本降低。

另一方面,民用的航天市场开始逐渐成熟。进入21世纪,廉价运载系统和可重复使用开始进入市场,大幅节省了发射费用。美国太空探索技术公司的一级火箭发动机回收技术逐渐成熟,不同于航天飞机,这项技术能够真正降低成本。

同时,太空旅游也将载人航天拓展至民用领域。美国维珍银河公司20万美元/次的太空旅游项目正在发展,预计2-3年内开始运营。NASA近期对国际空间站旅游的报价为5800万美元/次。

那么,商业航天是如何能够获得航天高技术的?

吴季认为,大量使用廉价、商业元器件,大量吸收来自体制内的专业技术人员,购买政府专利,发展自己的创新技术,以及发展政府作为用户以外的新市场,这些都是商业航天以相对低的成本获得航天技术的方式。

太空旅游将使普通人进入太空成为可能,开发出直接面对个人用户的商业模式,伴随进入太空成本的降低,具有可持续发展的特点,可以真正地实现使人类走出地球摇篮的梦想。

虽然想象空间很大,但是商业太空旅游目前还存在诸多问题。天地往返费用依然太高,而且返回需要着陆场,风险较大。太空生保系统技术还未达到完全的再生循环,地面需要提供大量给养,进一步加大成本。

而要去月球旅游的话,更需要解决月地高速通信、月面能源提取、月夜能源以及降低运输成本等技术问题。吴季认为,要降低运输成本,最好的办法就是将尽可能多的设施留在空间,避免天地往返,就可做到最大限度重复使用。

虽然载人航天活动目前还主要是政府项目,但是商业航天正在冲击着政府项目高成本、垄断市场的禁锢。其中,瞄准新的市场机遇的部分,称为“新航天”。载人太空旅游,包括月球旅游,是新航天中最具发展前景的领域,预计近期会在临近空间和近地轨道出现突破,形成巨大的市场规模。

“我本人更关注月球旅游。”吴季说道,“它也可能是未来能够改变人类的最重要的领域,也会对商业航天市场带来革命性的变革。”

人类为什么要进入太空

俄罗斯航天先贤齐奥尔科夫斯基说:“地球是人类的摇篮,但是人不可能永远待在摇篮中。”

人类进入到太空之后,观念也会发生相应的变化,出现三次对思想产生巨大冲击的启示。

飞出大气层的人类看到完整的地球,意识到大气层的脆弱和宇宙的深邃,会出现第一次启示,感悟人类如此伟大,科技可以使人类进入太空飞翔;同时与大自然和宇宙相比,人类又是如此瞄小。

在深空中回眸一望地球,会产生第二次启示。地球是一颗行星,但是她如此美丽,如此特别,人类是太阳系中唯一的智慧生命。生活在地球上的人类是同一个物种,不分国家种族,都是地球航船上的船员和主人。

发现了系外行星,人类产生了第三次启示。宇宙中有无数太阳一样的恒星,它们都拥有自己的行星系统,因此毫无疑问,一定会有像地球一样宜居的行星,那上面就一定会有生命,也许就会有智慧生命,我们在宇宙中就并不是唯一的。

吴季说,阿波罗计划之后50年过去了,我们仍然停留在400公里的近地轨道上。在政治目标驱动之外,载人航天活动开始出现新的局面,商业性质的“新航天”开始崭露头角。重返月球的所有技术储备已经就绪,而且远超60年代阿波罗计划时的能力。发射成本和其他载人航天成本正在逐渐降低,预计在未来10年会达到一般中产阶级可以支付的水平。

吴季说道:“我们距离再次重返月球的日子已经不太远了,特别是在未来10-15年,普通人前往月球旅游的梦想,将会成为现实!”

 
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