我們的航天夢(mèng)，探索第四環(huán)境

戚發(fā)軔

空間技術(shù)專家，神舟飛船總設(shè)計(jì)師，國(guó)際宇航科學(xué)院院士，中國(guó)工程院院士，中國(guó)空間技術(shù)研究院顧問，北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院名譽(yù)院長(zhǎng)，博士生導(dǎo)師，曾主持研制東方紅一號(hào)、東方紅二號(hào)通信衛(wèi)星、東方紅三號(hào)第二代通信廣播衛(wèi)星，主持神舟號(hào)飛船總體方案，作為總設(shè)計(jì)師在解決衛(wèi)星和飛船研制過程中的重大工程技術(shù)問題上發(fā)揮了指導(dǎo)和決策作用。2019年，戚發(fā)軔院士獲得2019年度國(guó)際宇航聯(lián)合會(huì)“名人堂”獎(jiǎng)項(xiàng)。

從一無所有，到航天大國(guó)

世界各國(guó)都關(guān)注天，天是人類生活的第四環(huán)境，是國(guó)家主權(quán)的第四個(gè)疆域。在人類還沒有對(duì)天進(jìn)行探索時(shí)，只有領(lǐng)土概念，有陸軍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的活動(dòng)擴(kuò)展到海洋，國(guó)家主權(quán)延伸到海洋，所以有領(lǐng)海，有海軍、有航海技術(shù)，人類又進(jìn)步了。在100多年前，人類探索到了大氣層，國(guó)家的主權(quán)也延伸到了大氣層，所以有領(lǐng)空，有空軍、有航空技術(shù)。后來，人類又穿過大氣層，上了天，天就成為人類社會(huì)的第四環(huán)境，也是國(guó)家主權(quán)的第四個(gè)疆域，所以有領(lǐng)天，有“天軍”、有航天技術(shù)。人類的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步、科技的創(chuàng)新，讓人類能離開地球。

俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基曾說，地球是人類的搖籃，但是人類不會(huì)永遠(yuǎn)躺在搖籃里，人類在不斷擴(kuò)大自己的生存空間，首先小心翼翼地穿過大氣層，最終要征服整個(gè)太陽(yáng)系。習(xí)主席說過，探索浩瀚的宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)，是我們不懈追求的航天夢(mèng)。50年前，我們?cè)诤教爝@個(gè)領(lǐng)域一無所有，由于黨的領(lǐng)導(dǎo)、全國(guó)人民的支持、航天人的努力，50年后的今天，我們成為一個(gè)航天大國(guó)。

1970年4月24日，我們用長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭把第一顆衛(wèi)星——東方紅一號(hào)送到了太空，成為世界上第五個(gè)有能力進(jìn)入太空的國(guó)家。從那時(shí)候起，我們不斷發(fā)展，有了長(zhǎng)征一號(hào)、長(zhǎng)征二號(hào)、長(zhǎng)征三號(hào)、長(zhǎng)征四號(hào)，現(xiàn)在有了長(zhǎng)征五號(hào)。第一顆衛(wèi)星重173kg，而我們現(xiàn)在近地軌道運(yùn)載能力是22～25t，這就是我們“航天大國(guó)的標(biāo)志”，我們有能力讓重達(dá)25t的東西克服地球引力到達(dá)太空。雖然當(dāng)年我們是第五個(gè)有能力進(jìn)入太空的國(guó)家，但我們比前4個(gè)國(guó)家的衛(wèi)星運(yùn)載能力大，衛(wèi)星重量也比他們高。第一個(gè)成功發(fā)射衛(wèi)星的是蘇聯(lián)，83kg;第二個(gè)是美國(guó)，8kg多點(diǎn);第三個(gè)是法國(guó)，38kg;第四個(gè)是日本，9kg多點(diǎn)。他們加起來才140kg左右，我們的一個(gè)衛(wèi)星就有173kg。另外，我們的衛(wèi)星是比較先進(jìn)的，能夠唱歌、預(yù)報(bào)、轉(zhuǎn)播，測(cè)控準(zhǔn)確，溫控也非常好。

2020年，“長(zhǎng)五B”的發(fā)射成功是令人激動(dòng)的，因?yàn)橐郧拔覀兊倪\(yùn)載能力只有10t，不能完成空間站的建設(shè)，空間站的建設(shè)需要幾十噸，一次10t的往上送，既不經(jīng)濟(jì)也不可靠。我們有了長(zhǎng)征五號(hào)，從2021年開始把空間站需要的20t核心艙送到太空，就可以建造空間站。

探月工程也是分三步走，我們現(xiàn)在已經(jīng)解決了兩步。第一步嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)解決了，第二步嫦娥三號(hào)、玉兔一號(hào)完成了落月的任務(wù)。更重要的是，中國(guó)人做到了外國(guó)人沒有做到的事情，我們的嫦娥四號(hào)、玉兔二號(hào)落到月球的背面上去了。目前，還沒有人把探測(cè)器落到月球的背面，但中國(guó)做到了。2020年，計(jì)劃完成第三步嫦娥五號(hào)，要從月球上把月壤、巖石拿回來，研究月球上有多少水、是什么狀態(tài)、有沒有氦-3以及其他物質(zhì)。另外，2020年還要實(shí)施天問一號(hào)工程，開展我國(guó)首次火星探測(cè)。

現(xiàn)在我國(guó)在天上有200多顆衛(wèi)星（數(shù)量世界排名第二）、有空間站、有航天員，國(guó)家主權(quán)不可侵犯，我們要有保衛(wèi)太空的能力。中國(guó)之所以是大國(guó)，我們有進(jìn)入太空的能力、利用太空的能力，也要有保衛(wèi)太空的能力。

同時(shí)，我們也面臨著挑戰(zhàn)，我們和世界最先進(jìn)的國(guó)家還有一定的差距，所以要繼續(xù)努力。要想成為航天強(qiáng)國(guó)，不管情況有什么變化，都要自力更生、艱苦奮斗，我們當(dāng)年一無所有、一窮二白，現(xiàn)在條件好了，年輕人更需要繼續(xù)發(fā)揚(yáng)這種鍥而不舍的精神。

總體來講，50年來我們有了進(jìn)入太空的能力，但進(jìn)入太空還不夠，還要利用太空的資源。胡錦濤同志說過，無垠的太空是全人類的財(cái)富，探索太空是全人類的追求，中華民族有權(quán)利用、也有義務(wù)去研究探索。

天上有哪些資源可以利用

天上有軌道資源、環(huán)境資源、物質(zhì)資源，我們要充分利用?，F(xiàn)在世界各國(guó)都在關(guān)注天，大國(guó)博弈的熱點(diǎn)就在天。

第一，軌道資源?？臻g飛行器進(jìn)入太空，就變成了天體，按照天體力學(xué)的規(guī)律運(yùn)行，必須按軌道行駛，所以，軌道是很珍貴的資源。比如，在赤道上空約3.6萬km的地方有一條軌道，叫“地球靜止軌道”，該軌道上的衛(wèi)星相對(duì)地球是靜止的，而且該軌道只有一條?，F(xiàn)在的通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星，都是利用這個(gè)軌道，來實(shí)現(xiàn)照相、發(fā)信號(hào)、導(dǎo)航。還有太陽(yáng)同步軌道，氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星一般采用這種軌道。此外，還有極地軌道，該軌道通過地球兩極上空，該軌道上的衛(wèi)星可以在一定時(shí)間內(nèi)把地球普查一遍，氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星通常采用此軌道。

第二，環(huán)境資源。太空環(huán)境和地面環(huán)境不一樣。脫離地球引力進(jìn)入太空后，沒有重力，人、生物、物質(zhì)、材料，存在的規(guī)律是什么？如果沒有航天技術(shù)，要研究這個(gè)問題會(huì)很困難，當(dāng)年科學(xué)家為了研究微重力環(huán)境，搭建了很高的塔，從塔上把東西扔下來，去研究瞬間失重，但時(shí)間太短了，研究不透。現(xiàn)在在天上了，每時(shí)每刻都沒有重力，利用這個(gè)環(huán)境可以很好地去研究，這是個(gè)重大的資源。

太空的微重力環(huán)境和太空輻照，給農(nóng)作物育種也帶來了新的嘗試。作物種子在天上運(yùn)行一段時(shí)間再回到地面，發(fā)生基因突變，經(jīng)過選育、栽培，能在地面環(huán)境中培育出更加優(yōu)良的品種，產(chǎn)量大、質(zhì)量好，這形成了太空育種產(chǎn)業(yè)。另外，還有輻照，在地面有輻照，但衰減得厲害，但距離地面100km的大氣層，輻照是很高的。如何利用輻照有利的方面，來為人創(chuàng)造財(cái)富，這也是很重要的方向。

另外，還有太陽(yáng)能，現(xiàn)在人類面臨能源危機(jī)，太陽(yáng)能是一種無污染的能源。在地面利用太陽(yáng)能，陽(yáng)光首先要穿過100km的大氣層，太陽(yáng)能衰減得很厲害，利用效率會(huì)很低。而大氣層之外，太陽(yáng)能沒有衰減，絕大部分航天器，如衛(wèi)星、空間站、飛船，都有兩個(gè)“大翅膀”，用于吸收太陽(yáng)能。一些科學(xué)家和工程師，正設(shè)想在軌道上建立一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能送到地球上為人類服務(wù)。

第三，物質(zhì)資源。人口越來越多，地球上的資源逐步枯竭，科學(xué)家預(yù)計(jì)，50年后，石油和天然氣要用完了，100年后，煤炭也用完了，怎么辦？這是值得深思的事情。要解決這個(gè)問題有三條路：上天、入地、下海。深海里有石油、天然氣、可燃冰，這也是深探地球和上天的目的。

太陽(yáng)系有八大行星，每個(gè)行星不僅有它自己的衛(wèi)星，還有相當(dāng)數(shù)量的其他行星，在那里有沒有地球稀缺的物質(zhì)和資源呢？我們應(yīng)該一探究竟。人們到了月球，首先關(guān)注月球有沒有水，假如月球有水，人類就可以居住。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士通過他的研究認(rèn)為月球上存在氦-3，地球上的氦-3只有幾百噸，非常稀缺。但在月球上估計(jì)有幾百萬噸，假如用它進(jìn)行發(fā)電，能夠供地球上的人類使用上萬年。有的小行星就是一個(gè)礦，要是能把小衛(wèi)星、小行星拿回來，就不用采礦了，能解決資源枯竭問題。

如何解決載人航天的諸多問題

中國(guó)載人航天于1992年立項(xiàng)，分三步走戰(zhàn)略，最終要在2022—2024年建成空間站。第一步是載人飛船階段，保證人上去在天上運(yùn)行一段時(shí)間后能夠回到地球預(yù)定的地點(diǎn)，2003年的神舟五號(hào)飛船就完成了這個(gè)任務(wù)。從1992年開始，花了11年的時(shí)間把楊利偉同志送上天，完成了第一步的任務(wù)。第二步空間實(shí)驗(yàn)室階段，要解決建立空間站和出艙活動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)問題。首先是能夠出艙，其次是能完成交會(huì)對(duì)接，第三是能夠補(bǔ)給，第四是能夠長(zhǎng)期在軌道上生活、駐留，同時(shí)要建立再生式生命保障系統(tǒng)。

舉個(gè)例子，人在太空要吃要喝，但是水很珍貴，水帶上去喝了之后，排泄了，要收集起來，為什么呢？因?yàn)橐俸取８匾氖且阉娊獬裳鯕?，人在太空生活，氧氣也要靠地面來送，如果靠高壓氣瓶送氧氣，長(zhǎng)久下來也是送不起的。所以只能靠收集水電解成氧氣。另外，人還要吃東西，需要食物來生活，提供營(yíng)養(yǎng)，這就需要建立一個(gè)應(yīng)用循環(huán)環(huán)境。在第二步天宮二號(hào)的時(shí)候，有兩位航天員在天上生活了一個(gè)月，驗(yàn)證了這些技術(shù)。在空間實(shí)驗(yàn)室階段，我們解決了出艙技術(shù)，解決了補(bǔ)給技術(shù)，解決了交會(huì)對(duì)接技術(shù)，解決了人的長(zhǎng)駐技術(shù)等問題。

鑄就偉大航天事業(yè)的航天精神

在從無到有的過程中，中國(guó)發(fā)展成為航天大國(guó)，離不開航天精神的支持。第一是航天傳統(tǒng)精神：自力更生、艱苦奮斗、大力協(xié)同、無私奉獻(xiàn)、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、勇于攀登。中國(guó)人要想發(fā)展，要想變強(qiáng)大，只能靠自己，靠不了別人。第二是“兩彈一星”精神：熱愛祖國(guó)、無私奉獻(xiàn)、自力更生、艱苦奮斗、大力協(xié)同、勇于登攀。從字面上看，這與航天傳統(tǒng)精神大部分是相同的，但多了一個(gè)非常重要的“熱愛祖國(guó)”。確立航天日就是為了銘記歷史、傳承精神，要提倡熱愛祖國(guó)，“兩彈一星”精神也是愛。一個(gè)人沒有愛就沒有動(dòng)力，是不可能奉獻(xiàn)的，最大的愛就是愛自己的國(guó)家，愛自己的事業(yè)，愛自己的團(tuán)隊(duì)，愛自己的崗位。第三是航天人要特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗，特別能攻關(guān)，特別能奉獻(xiàn)。

在信息社會(huì)，衛(wèi)星有什么用處

第一，信息傳輸。我們今天能實(shí)時(shí)掌握世界各地發(fā)生的事情，依靠的就是通信衛(wèi)星傳輸信息。1984年4月8日，中國(guó)用長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭把第一顆通信衛(wèi)星東方紅二號(hào)送到赤道上空3.6萬km的地方，定點(diǎn)在東經(jīng)125°，相當(dāng)于把中央電視臺(tái)的天線搬到那里去了，只要發(fā)射信號(hào)，地球1/3的面積都能收到。中國(guó)的通信衛(wèi)星東方紅二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)、五號(hào)，不僅中國(guó)在使用，世界若干個(gè)國(guó)家都在使用。此外，通信衛(wèi)星中的中繼衛(wèi)星，能夠保證航天員在地球的背面也能跟家里通訊，這是了不起的事情，效益也很高。

第二，信息獲取。我們?cè)谌N軌道上都有遙感衛(wèi)星，可見光、紅外、雷達(dá)、微波，可以把地球上所有的物體，了解得很清楚。

第三，導(dǎo)航定位。可以讓所有中國(guó)地面的目標(biāo)在世界任何地方都可以確定自己的位置和方向。