空間探測(cè)技術(shù)研究分析

孫福玉 許 昌

（山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590）

在實(shí)現(xiàn)全面復(fù)興的新形勢(shì)發(fā)展下，我國(guó)空間探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展屢獲戰(zhàn)果。近年來(lái)，我國(guó)在空間探測(cè)領(lǐng)域扎實(shí)猛進(jìn)，在空間探測(cè)領(lǐng)域，使中國(guó)一躍成為世界前列。這些成就離不開(kāi)千千萬(wàn)萬(wàn)的中國(guó)科學(xué)家艱苦奮斗，他們?yōu)橹袊?guó)打開(kāi)了一扇大門(mén)，從此中國(guó)便進(jìn)入了一個(gè)新世紀(jì)。我國(guó)為適應(yīng)新形勢(shì)下空間資源的“爭(zhēng)奪”而制定了超前的發(fā)展計(jì)劃，加之國(guó)家政府對(duì)空間科學(xué)基金的大力支持，從而我國(guó)自然災(zāi)害防治、航空器制造、空間農(nóng)業(yè)等等領(lǐng)域得到空前發(fā)展。新的國(guó)際形式下和平發(fā)展是主旋律，使得衛(wèi)星技術(shù)、航空航天等趨于軍事民用相結(jié)合，共發(fā)展的局面?？蒲腥藛T為使我國(guó)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家水準(zhǔn)而兢兢業(yè)業(yè)的辛勤付出才有了今天的格局。

1 衛(wèi)星技術(shù)

截至目前, 基于GPS 技術(shù)下的全球定位系統(tǒng)、由歐盟研發(fā)創(chuàng)建的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的“格洛納斯”導(dǎo)航系統(tǒng)和我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是公認(rèn)的四大衛(wèi)星系統(tǒng)。

目前我國(guó)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)正處于投入應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期。計(jì)劃在2020 年前后正式向全球服務(wù)。目前15 顆北斗二號(hào)和18 顆北斗三號(hào)衛(wèi)星是工程的根基，是系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外確保衛(wèi)星能正常運(yùn)轉(zhuǎn)也需要人為實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)并不斷修正軌跡。有以上兩個(gè)重要條件搭配上導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片便可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

我國(guó)研發(fā)的北斗有著相當(dāng)精確的定位，可以做到對(duì)終端的實(shí)施調(diào)控。此系統(tǒng)有著強(qiáng)大的導(dǎo)航功能，匯報(bào)速度大大提高，這也減少了用戶(hù)位置不準(zhǔn)確造成的生產(chǎn)工作的失誤。此外北斗還支持高分辨率的授時(shí)功能和雙向文字發(fā)送，人們可以通過(guò)北斗進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，這對(duì)于國(guó)家軍事和民用都著至關(guān)重要。

自2000 年起，便是把信息領(lǐng)域推向一個(gè)新的高度。國(guó)與國(guó)之間的軍事較量歸根結(jié)底是信息的比拼，掌握信息技術(shù)就是獲得戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，通訊衛(wèi)星是技術(shù)的關(guān)鍵。通訊衛(wèi)星的研究得益于信息技術(shù)革命，軍用科技的發(fā)展大大促進(jìn)了通訊衛(wèi)星的發(fā)展，遠(yuǎn)程精確打擊和遠(yuǎn)程指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)是戰(zhàn)爭(zhēng)中的有力武器，所以說(shuō)通訊衛(wèi)星是“眼睛”一點(diǎn)都不為過(guò)。只有在通訊衛(wèi)星領(lǐng)域趕超等發(fā)達(dá)國(guó)家水平才能使中華兒女安穩(wěn)屹立于山峰之巔。

在目前的和平年代，空間探測(cè)技術(shù)逐漸趨于民用，衛(wèi)星的軍民界限也越來(lái)越模糊，通過(guò)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害得到推廣。僅2019 年一年因自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)2644.6 億元。提高我國(guó)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)力刻不容緩，通過(guò)氣象預(yù)測(cè)系統(tǒng)與多種遙感系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害，通過(guò)衛(wèi)星的超遠(yuǎn)距離傳輸，結(jié)合文字信息的高速傳輸可大大降低災(zāi)害的損失。目前我國(guó)自主研制的北斗系統(tǒng)已具備此實(shí)力，為我國(guó)乃至全亞洲穩(wěn)定發(fā)展提供有力保障。

2 深空探測(cè)與載人航空

所謂深空探測(cè)是指應(yīng)用人類(lèi)的勘探設(shè)備到達(dá)地球外部空間范圍進(jìn)行勘探。通過(guò)嫦娥探月、火星車(chē)等航空設(shè)備實(shí)現(xiàn)，對(duì)于小行星帶、彗星可以采取環(huán)繞探測(cè)技術(shù)。我國(guó)的深空探測(cè)是以月球?yàn)橹鳎两裎覈?guó)探月工程已實(shí)現(xiàn)“五步走”逐漸掌握并精通繞月探測(cè)的基本技術(shù)，成功拍攝月球高清立體影像，之后可在地球上操控設(shè)備勘探月球，最終實(shí)現(xiàn)了月球軟著陸。

圖2 嫦娥計(jì)劃

深空探測(cè)的另一大方向?yàn)榛鹦强碧?。眾所周知，火星的環(huán)境與地球如出一轍，有生命的源泉，有萬(wàn)物的根基。人類(lèi)猜測(cè)如果太陽(yáng)系里面有其他星球存在生命，那么一定是在火星。所以火星的探測(cè)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱門(mén)，我國(guó)科學(xué)家表示，目前中國(guó)基本上設(shè)計(jì)完成了探測(cè)軌道，在火星車(chē)上配備自主定位移動(dòng)的功能。同時(shí)還掌握了飛行器設(shè)備軟著陸的難題，大大確保了設(shè)備的安全性和實(shí)用性。中國(guó)已經(jīng)為登上火星做足了前期技術(shù)支持，相信在不久的未來(lái)中國(guó)勢(shì)必會(huì)有突破性的成就問(wèn)世。

圖3 好奇號(hào)火星探測(cè)器

20 世紀(jì)60 年代以來(lái)，宇航員從太空飛行到實(shí)現(xiàn)出倉(cāng)作業(yè)，飛行器從交會(huì)試驗(yàn)到精準(zhǔn)自動(dòng)對(duì)接，國(guó)家從建立空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室到開(kāi)展一系列試驗(yàn)。所有人都在目睹中國(guó)的進(jìn)步，中國(guó)的崛起，中國(guó)空間站時(shí)代即將到來(lái)。一位位宇航員艱辛付出、一位位科學(xué)家嘔心瀝血、一位位技術(shù)人員辛勤勞動(dòng)造就了一個(gè)不朽的傳奇。中國(guó)的飛行器操控精準(zhǔn)度超高，深空對(duì)接技術(shù)實(shí)力雄厚。中國(guó)的空間設(shè)備安全系統(tǒng)位于國(guó)際前列，生命系統(tǒng)、探測(cè)設(shè)備等等硬件支持也全部是中國(guó)制造。

目前空間資源是各國(guó)都在爭(zhēng)奪的寶貴潛在財(cái)富?？臻g領(lǐng)域直接和國(guó)家安全掛鉤，完善空間技術(shù)是我國(guó)重要戰(zhàn)略目標(biāo)，是國(guó)防必不可少的一方面內(nèi)容。人才是國(guó)家財(cái)富，科技是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是關(guān)鍵手段。在空間探測(cè)研究上要堅(jiān)持自主研發(fā)，選擇有能力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)穩(wěn)中求進(jìn)，切勿心浮氣躁。利用后起優(yōu)勢(shì)，總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)和成果尋找出失誤原因避免走彎路。加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外合作交流共同發(fā)展切勿閉門(mén)造車(chē)。

圖4 中國(guó)空間站示意圖

3 空間農(nóng)業(yè)

由于地外空間來(lái)自太陽(yáng)的強(qiáng)激波以及其他宇宙輻射的綜合影響可導(dǎo)致農(nóng)作物發(fā)生基因突變，從而改變植物性狀使其表現(xiàn)出不同的形狀、大小、口味等。這是空間農(nóng)業(yè)興起的根本。農(nóng)作物空間育種是目前空間農(nóng)業(yè)的主要方向，人們已經(jīng)利用空間射線引起的基因突變?cè)斐龆喾N同源不同類(lèi)的新型太空作物。

據(jù)有關(guān)科研成果發(fā)現(xiàn)，空間多種原因引起的輻射可導(dǎo)致農(nóng)作物在分子水平上產(chǎn)生突變, 空間環(huán)境下獲得的基因突變型作物與原生型作物在雙螺旋DNA 結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)多部位異常。此外有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)因輻射導(dǎo)致農(nóng)作物發(fā)生的基因突變會(huì)出現(xiàn)自我修復(fù)現(xiàn)象。當(dāng)農(nóng)作物被輻射后他的生存時(shí)間和輻射程度之間有著正比反比交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。此外，低能粒子流也能導(dǎo)致基因發(fā)生改變，甚至是染色體的缺失。由此可見(jiàn)，在空間育種中較低能量的宇宙離子也是主要研究對(duì)象，其在此領(lǐng)域占據(jù)不小的比重。但是由于低能離子很難觀測(cè),研究受限制導(dǎo)致至今關(guān)于低能離子進(jìn)入植物體內(nèi)引起植物變異的原因還不明確。國(guó)內(nèi)外眾多科學(xué)家將其作為科研熱點(diǎn)，并取得不小的成就，相信在不久的將來(lái)一定能給人們一明確的答復(fù)。

發(fā)展至今空間農(nóng)業(yè)給人們帶來(lái)收益的同時(shí)還帶來(lái)了諸多弊端，阻礙了其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大?？臻g農(nóng)業(yè)由于是基因突變導(dǎo)致，基因的種類(lèi)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)，在給人們帶來(lái)應(yīng)用價(jià)值的基因發(fā)生有益變異的同時(shí)是否還會(huì)造成其他有害變異還不能做到嚴(yán)格把關(guān)。導(dǎo)致大多數(shù)優(yōu)良品種得不到人們的認(rèn)可，由于沒(méi)有市場(chǎng)，從而限制了其產(chǎn)量?；蛲蛔冞€存在著篩選率低的問(wèn)題，基因突變的概率非常小，有益的變異就少之又少，培育一種優(yōu)產(chǎn)的農(nóng)作物需要耗費(fèi)巨大的財(cái)力和物力。

4 結(jié)論

空間探測(cè)技術(shù)的發(fā)展代表著綜合國(guó)力的水平，優(yōu)異的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是軍事力量的跨越，同時(shí)也是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。通訊衛(wèi)星的水平直接關(guān)乎國(guó)家軍事水平，是國(guó)家戰(zhàn)略的關(guān)鍵一環(huán)。處于二十一世紀(jì)的信息時(shí)代，信息就是眼睛，衛(wèi)星就是信息的載體。

深空深海深地是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。推進(jìn)深空探測(cè)的研究發(fā)展可以搶先一步了解外行星的結(jié)構(gòu)和組分特點(diǎn)。優(yōu)先研究縮短可到空間資源可利用的時(shí)間。載人航空航天是中華民族的偉大夢(mèng)想，登月在宇宙的發(fā)展中無(wú)足輕重，對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)全是人類(lèi)歷史發(fā)展一個(gè)新紀(jì)元。研究火星就是在研究宇宙就是在研究生命的真諦。

高產(chǎn)玉米，高產(chǎn)大豆，太空辣椒等等有利于生產(chǎn)應(yīng)用的空間培育的農(nóng)作物正悄悄走進(jìn)我們的生活，大大縮短育種年限，提高產(chǎn)量和利用價(jià)值的高質(zhì)量作物勢(shì)必會(huì)改變?nèi)藗兊纳罘绞?。讓我們克服種種困難，實(shí)現(xiàn)生活科技化。