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祖国的航天事业还会有怎样的未来
中国航天事业要进一步发展,技术进步是一方面,另一方面就是要大力放开民间力量进入太空。
实际上,航天最开始就是民间搞起来的。美国人戈达德,德国人布劳恩发明了最早的火箭发动机。后者还被德国政府看中,搞出了V1、V2火箭。二战后又被弄到美国,作了一系列火箭。
冷战时期各国政府大力投资航天,搞出不少飞跃性的成果。给人的印象是平民搞不起这个事情。但今天已经不是这样。随着科技的发展,航天成本大大下降。现在发射一艘无人飞船到火星只需要两亿多美元,拍摄《火星救援》电影差不多也花了这么多钱。造一架能飞到卡门线(一百公里高空)的火箭飞机,造价与一辆F1赛车差不多。
这意味着很多民企都可以航天做这个事。所以美国谷歌公司,微软的二老板等等都掏腰包自己搞航天公司。美国私营的“龙飞船”已经能为空间站搞运输了。而美国民营公司开发返回式飞船,说明民企在技术上也可以领先了。
美国政府也比较支持这件事,美国宇航局会主动向民企下订单,雇用民间飞船,还要开放监测系统给民企。发射航天器需要遍布全球的监测网,有不少是在美国海外基地,或者海洋测绘船上,民企无法自己从头搞一套,如果没有宇航局开放自己的监测系统,民企连发射实验都搞不了。
展望将来,航天的主力一定是民间力量,因为只有有利可图,航天才能发展起来。完全由政府来搞,变成纯公益化的事业,动力是不够的。象冷战那样的外部环境以后不大可能存在,纳税人就会质疑把钱花在天上有什么用。美国冷战以后航天经费一直在压缩,原因就是总过不了议会这一关。但是民间的钱自己想怎么花怎么花,把民间资本吸引到航天中来才会有后劲。
中国最早涉及航天产业的是牟其中,二十年前以“私人发射卫星”而闻名,后来据说只是租了别人卫星的通讯频道。二十年间断断续续有人探路中国民间航天产业,多半是搭载什么东西上去。最近百度公司搞过提案,建议国家开放航天市场给民间。总得来说,中国互联网公司和美国互联网公司的体量差不多,中国富翁数量在全球仅次于美国,但在航天这个情怀上差着很大距离。
现在中国热心航天的民间力量多半是爱好者组织,比如科创航天局。其中有些人有专业知识,可以制造火箭发动机。这个东西的结构其实比汽车发动机都简单,并且是一次性使用,不象航空发动机那么讲究耐用性。只是材料成本比较高。
另外,中国搞航天的虽然是国企,但是航天产业是个巨大的链条,涉及很多领域,其中有不少活,比如探空火箭,已经外包给民企。而这些民企已经在给航天国企打工过程中有了技术积累。
防碍民间航天的另一个因素是政府对高空航权是有管制的。火箭发射后卫星会入轨,其它部分要掉下来。所以发射时都要在经过地区作预警,作管制。经常有火箭残体砸坏地面财物的报导,只是还没有砸伤人的事情。这说明了航天发射的危险性。民企随便找个地方发射火箭是不可能的,但是官方现在也没有相应政策法规来规范这件事,导致民企在这方面无所适从。
未来航天技术面临哪些挑战?
航天技术经过四五十年的发展,已进入全面收益阶段。目前,应用卫星在不断完善和扩大应用的范围;军用卫星在不断地更新换代;天文卫星和星际探测器在不断地发回有关宇宙的新信息;载人航天飞行在有条不紊地进行着;航天飞机和宇宙飞船经常性地往来于天地之间;国际“阿尔法”空间站已经建造……在更加遥远的将来,航天技术将朝着哪些方向发展,航天技术的未来将面临哪些挑战呢?
无论进行何种选择,航天技术的发展必须以解决人类面临的问题、造福于人类和增进人类知识财富三大目的为本。当前,人类面临着数不清的问题,工业化的发展使这些问题变得日益严重。航天时代以来,人们提出了种种解决上述问题的途径。有些也许可以作为航天未来发展的方向。
人口、生态和环境是当今世界的热点问题。1969年,美国物理学家奥尼尔提出了太空城和太空移民的设想。他认为,解决上述问题的最好的办法是在太空中建造一个个太空城,逐步把人类移居到地球周围的太空城中。太空城内建有一种适于植物生长的自然环境,上面有百草、树木、河流和湖泊。除了这些人工自然环境外,太空城内还有道路、居住区、娱乐区、商业区、工作区等等。人类移居太空后,让地球长时间按着自然力的作用进行重新改造,恢复过去的生机和良好的生态环境。经过几百年后,地球会在没有人类干预的情况下,轻装上阵,变得更加生机勃勃、动物成群、绿树成荫、风调雨顺、风和日丽、万象更新。如果有必要,人类还可以重返地球。
作为太空移民概念的扩大,20世纪70~80年代出现了大量建立月球基地甚至改造火星的设想。美国宇航局科学家于1991年7月8日就提出了这样一个设想。他们就改造火星的进程制定了大致的时间表:在完成初步探测后,到公元2014年,人类先遣队将率先登上火星。他们先进行考察工作,初步开辟赤道地区。再过15年后,1万名专家将登上火星。他们架起太阳光反射器、开办核化工厂、建立核电站煅烧火星矿石和乱石。这些工作都是为了大量产生二氧化碳,创造人工温室效应,使火星表面气温逐渐升高。
大约到2080年,火星的平均气温将达到-15℃,这时,天空将会出现云层;赤道附近的冻原植物也开始放出氧气;两极地区的冰和干冰开始融化。渐渐地,大气层变得更加浓厚、河流和湖泊慢慢形成,植物生长更加旺盛,氧气量更加充足。这个过程不断向良性方向发展:低等动物和植物越来越多,氧气越来越丰富,温度越来越高,涓涓细流汇成大海。到2130年,火星温度将升至10℃以上;大约到2170年,巨大的植物系统将足以使大气富含氧气。这时,火星上看到的景象是:蓝蓝的天空、碧绿的原野、清清的河流、茂密的森林,一切都是那么生机勃勃。到那时,人类终于把比萨哈拉大沙漠还恶劣百倍的火星改造成了第二个地球。
为解决能源问题,科学家们提出了卫星太阳能电站设想。20世纪70年代美国有多家公司深入研究了卫星电站问题。波音公司在太阳能卫星电站上所做的工作最多,也最细致。该公司设想的电站有两种形式:一是光电转换方案,另一种是勃莱顿热循环方案。每一种方案都以发出电力10GW的电功率为目标。第一种方案又包括使用硅光电池和砷化镓光电池两类。第二种方案同地面上的汽轮发电机很相似,它依靠巨大的空腔式吸热器吸收太阳辐射,吸收的热量使循环器中的液氦气化并达到上千度高温。氦气膨胀时,通过上部的涡轮并驱动其高速旋转。回流经冷却器进入压缩机。涡轮驱动压缩机和发电机,可产生10000伏交流电输出,经变压器升至33万伏后再以微波形式发送回地面。
在美国,还有科学家和有关部门研究在月球表面建设太阳能电站的问题。研究表明,在月球表面可以建造2万个太阳能电站,发电功率在2万GW以上,每年产生收益15万亿美元。这个数字相当于世界总产值的60%。它虽然初期投资很大,但以后运营成本及维护成本都很低,因此具有十分广阔的发展前景。
太空工业化是航天未来发展的又一大主题。太空工业化的含义十分宽泛,可以从太空加工、生产、制药、冶炼等扩展到太空信息产业、太空旅游业和太空能源,更远期的太空工业化还包括月球和行星资源开发。许多专家指出,太空工业化初级阶段完全可能在医药、光学玻璃、电子器件、磁性材料、工业工具、新型材料以及加工工艺等方面导致新的工业革命。
在太空环境中,微重力和超真空提供了制造纯度极高、均匀性极好的大块半导体晶体的可能性;能够大量生产应力均匀、纯度高、性能极好的光导纤维和玻璃材料;可以生产高性能合金、磁性材料以及金属泡沫等新材料。许多科学家十分看好在太空生产生物制品和特种药物。生物制品商业化的三大应用领域是:生物分子结晶、生物分离和培养活细胞。特种药物生产前景也十分广阔,目前许多昂贵、且无法大量生产的特效药可望在太空大量生产,经济和社会效益非常明显。材料、加工和生物医药制品的收益保守的估计可达数千亿美元。如果包括太空信息服务、太空旅游、太空能源在内,未来15年太空工业化的总收益将超过10000亿美元。
从上面的描述可以看出,航天技术的未来发展前景十分广阔,对人类社会的影响也将更加深远,但面临的挑战也将是巨大的。技术上,要解决大量载荷的低成本发射问题,大型空间结构的组装问题,材料、药品和其他产品的工业化生产问题等等。从目前的状况看,太空城、太空移民、月球基地和改造火星所需要的基本技术人类已经具备,太空生产、加工的可行性已经得到实验验证。目前全世界航天年潜在发射能力可达上万吨,大型空间构件的组装已不存在很大困难。因此从技术角度上讲,太空工业化的目标并不遥远。显然,巨额资金需求将制约着未来航天技术的发展进程,但实现太空工业化等目标的最大挑战或许来自于人类的价值观和人类的合作精神。
祖国的航天事业会有怎样的未来?
未来五年,中国航天将推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展,开启全面建设航天强国新征程。推动运载火箭型谱发展,研制发射新一代载人运载火箭和大推力固体运载火箭,加快推动重型运载火箭工程研制。
中国航天推进高质量发展主要聚焦工作
一是发挥新型举国体制优势,提升航天创新体系整体效能。重点是加强协同创新机制建设,推进各类创新资源优化配置,形成上中下游协同、大中小企业融通的创新发展格局,同时突出空间科学和新技术试验任务统筹规划。
建立重大工程产出成果沿途下蛋机制,加速创新技术特别是颠覆性技术的孵化应用。
二是围绕体系效能型建设目标,推动航天工业提质升级,按照数智转型主导、质量保证优先的建设思路,进一步优化体系布局,打造先进航天工业体系,为加快建设航天强国夯实基础。
三是坚持有为政府和有效市场相结合,营造良好政策环境。重点是制定出台商业航天指导意见,进一步扩大政府与社会资本合作,支持商业航天企业参与工程研制,鼓励卫星应用产业发展和航天技术转移转化,做强做优做大航天产业。
四是秉持人类命运共同体的理念,贡献更多中国智慧和中国方案,在继续深化引进来走出去的基础上,针对重大自然灾害应急、全球气候变化、小行星撞击风险应对等方面,进一步共享中国航天发展成果,提出更多有建设性的倡议。
采取更为有力的措施,与国际社会一道,积极应对人类共同面临的风险挑战,国家航天局对地观测与数据中心主任赵坚说,发展航天技术既要推动空间科学、空间技术的跨越发展,又要将科技创新成果转化为推动经济社会发展的现实动力。
未来的航空技术会有哪些方面的、什么方向的变化?论述题
答:从1956年至今,我国依靠自己的力量,航空航天技术取得了令世人瞩目的成就,研制并成功发射了15种类型、近50颗人造地球卫星和3艘试验飞船。在航天运输领域自行研制了包括一次性运载火箭、轨道转移运输飞行器、重复使用天地往返运输系统在内的综合航天运输体系,其中“长征”系列运载火箭已有12种型号,具有发射低地球轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力。截至目前,“长征”系列运载火箭共实施了68次发射;其中对外发射成功22次,将27颗外国制造的卫星送入太空。从1996年10月以来,“长征”系列运载火箭已连续26次发射成功。 我国未来航空航天技术发展趋势将体现出以下几个特点: (1) 现役各系列运载火箭将持续改进,并发展新一代运载火箭 我国航空航天事业中诸多国家重大科技专项工程,相当一部分任务都是由现役的长征系列运载火箭来完成的。在新一代系列运载火箭投入使用之前,现役运载火箭至少还有20 年的服役期,因此应该不断改进现役运载火箭,提高其可靠性及任务适应能力,拓宽任务适应范围,满足国内外近期高密度发射任务的需求。 发展新一代运载火箭将是长征系列运载火箭的升级产品,旨在全面提高中国运载火箭的整体水平和能力,保持我国运载技术在世界航天领域的地位。新一代运载火箭采用无毒、无污染推进剂,采用大直径结构、大推力发动机等先进技术,大幅度提高运载能力,低轨最大运载能力达到20t 级、G T0 最大运载能力达到10t 级;实现型号的“三化”设计,具备低成本、高可靠、测试操作方便的优点。 (2)新概念飞行器有望将得到发展 未来的航天运载技术将更加体现出导弹与运载技术融合、卫星与运载技术融合、航空与航天技术融合发展的趋势。尤其是无人机、空间探测飞行器、载人航天飞行器等,将会在未来20-30年内得到快发展。 (3)载人航天将向民用化方面发展 半个多世纪以来,载人航天发展迅速,目前已经在商业领域开始发展。未来将有可能向民用化方向取得更大的发展,原因在于:一是技术不断成熟,成本将有所下降;二是为航空航天可持续发展提供更大的支持。