輕舟向遠：太空資源開發(fā)利用背景下的中國空間站

空間資源既是潛在的寶庫，又是人類太空探索的前沿。作為我國最大的裁人航天器，中國空間站在開發(fā)利用空間資源的過程中發(fā)揮了什么樣的作用？

我國建造和運營載人空間站的目的，是使中國成為能夠獨立掌握近地空間長期載人飛行技術、具備持續(xù)開展近地空間有人參與科學技術實驗能力，并能綜合開發(fā)利用太空資源的國家。

天宮空間站的建成和運行，標志著我國在邁向這一目標的征程中取得了重要的階段性成果。自天和核心艙發(fā)射入軌已逾千日，天宮空間站如常運營。作為我國最大的載人航天器，它在開發(fā)利用空間資源的過程中發(fā)揮了什么樣的作用？未來的載人月球探測又將怎樣延續(xù)這一使命？

太空資源在那里

盡管航行得最遠的探測器已經飛抵太陽系邊緣，但人類對宇宙的認知仍是初步，開發(fā)利用其資源的嘗試也如萌芽初綻。

與山川河流、土地礦藏等我們熟悉的地球資源相比，太空資源具有其獨特性；它就在那里，誰能抵達，誰就可以利用；但它帶不回來，如果去不了，就用不了。太空中比較典型的已知資源包括：

——高度資源。俗話說，站得高，看得遠。通信衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星通過占據一定高度，可以獲得對地位置優(yōu)勢，能夠連接地面通信盲區(qū)，拍攝地面上看不到的場景。

——觀天條件。太空中沒有地球大氣對光線的干擾，也沒有地球磁場對宇宙射線的影響。通過合理的軌道設計，還可以避免極微小因素對觀測裝置的干擾。例如韋布望遠鏡選擇日一地引力平衡的拉格朗日L2點作為工作地點，距離地球約150萬千米，從而避開了地球熱輻射和“灰塵”（逃逸的空氣分子和星際塵埃）的影響。而這些條件是無法在地面實現的。

——宇宙環(huán)境。身處地球大氣祀磁場保護層之外的太空，我們可以直接獲取真實的宇宙環(huán)境數據。在宇宙中研究宇宙，正如在海洋中研究海洋。

——長期、持續(xù)的微重力。軌道飛行天然具備長期微重力環(huán)境，而地面實驗如落塔試驗或拋物線飛行只能提供數秒到幾分鐘的微重力。

——可供開采利用的資源與能源。太空近處有不受大氣損耗影響的太陽能，遠處則有月球、小行星以及人類未來可抵達的星體上豐富的“礦藏資源”。

這些空間資源本質上是開放式的，理應由全人類所其享。但事實上，只有具備進入太空的能力，才能實際利用這些資源。而共享的往往只是資源加工、改造后的成果，而非資源本身。即便是那些理論上可以帶回來的少量資源，例如遙遠的外星礦藏或空間太陽能，“帶回來”的成本目前仍難以接受。因此，就地取材、原位利用則顯得更為現實。

空間資源既是潛在的寶庫，又是人類太空探索的前沿。盡管想象空間廣闊，但要真正開發(fā)利用這些資源，不具備進入和常駐太空的能力，一切都是空談。

航天構建資源利用工具

開發(fā)利用空間資源的高門檻并未讓人類望而卻步。因為，我們有能力創(chuàng)造并不斷升級通往空間資源的工具。

千萬年來，對工具的使用提升了人類的生產力，人類由此積累了知識和技術，推動了社會結構的變遷，拓展了自身的認知邊界。從“立竿見影”觀測太陽的小木桿，到在地面捕捉天體信息的天文望遠鏡，再到飛出大氣層的航天器，工具的不斷進化讓人類最終擁有了古老傳說中的“順風耳”“千里眼”。

基于利用外層空間的有利條件解決不同問題的這一前提，目前的航天器工具大體上可以分為以下幾類。

第一類，用來解決地球上的問題。這類工具以通信、導航、遙感系列人造地球衛(wèi)星為代表，被廣泛應用于日常生活。

第二類，用來探索地球之外的世界。這類工具包括各種行星探測器、小行星探測器、暗物質探測裝置等，它們能夠將人類的視線延伸至距離觀測目標更近的地方。例如哈勃和韋布望遠鏡，將人類的觀測視野拓展到百億光年之遙，讓我們得以一窺宇宙的亙古歷史。

第三類，讓人置身太空現場進行研究與體驗。這是載人航天器的基礎任務，其獨特之處在于航天員既是研究的主體，也是研究的客體。

對地、對天、對人，這是航天器的三大功能所在。尤其是載人航天器，因其擁有足夠空間和體量，通?？梢约骖欉@些功能。例如，國際空間站搭載了研究物質的阿爾法磁譜儀（AMS）等觀天儀器。

中國空間站同樣是一種多功能工具。與無人飛行器相比，它將使用工具的主體從地球移至太空，將不得已而為之的遠程控制變?yōu)楦苯?、高效的現場操作。與執(zhí)行短期任務的載人飛船相比，它通過長期繞地飛行支持人員常駐，進一步彰顯了人在現場的價值，強化了人與工具的緊密聯系，促進了人與工具之間的互動與協同。

有了空間站，我們就有了開發(fā)利用空間資源的基礎平臺。正如人類對火的使用催生了地球上的農業(yè)、畜牧業(yè)，空間站的運行也將見證人類探索太空的全新突破，揭示更多未知的奧秘。

空間站開啟近地資源利用

支持航天員在近地空間進行現場探索和資源開發(fā)，是天宮空間站的重要使命。作為國家太空實驗室的核心平臺，空間站上開展的科學和技術探索研究項目，都是基于近地資源的特征，并與應用技術需求緊密契合的精心選擇。

根據2023年8月載人航天工程辦公室在空間應用與發(fā)展情況介紹會上公布的信息，我國空間站已在軌開展多個研究項目，并取得了階段性應用成果。這些成果充分利用了空間站在近地軌道上獲得的獨特資源。

在空間生命科學領域，開展了水稻全生命周期空間培養(yǎng)實驗，研究其在太空微重力及輻射環(huán)境下功能基因的調控機制。

在航天醫(yī)學實驗領域，開展了長期航天飛行條件下失重、輻射等復合因素對航天員健康、行為與能力的影響機理探索。在人體心血管、骨骼等方面獲得了新發(fā)現，同時發(fā)展了航天員健康維護的新方法和新技術。

在空間科學領域，利用微重力環(huán)境開展了空間材料科學實驗，流體物理及燃燒等基礎科學的研究。

特別值得一提的是，這些研究項目通過載人飛船下行帶回了近300個實驗樣品。這充分體現了載人航天的獨特優(yōu)勢：空間站上的載荷專家能直接實施實驗，地面眾多專業(yè)研究人員則可利用更復雜、更豐富的專業(yè)設備對帶回的樣品進行深入分析。由此，位于空間資源開發(fā)與利用前沿的航天員，與地面團隊形成高效協同，研究成果的惠及面也因此顯著擴大。

天宮空間站譜寫了中國航天的新篇章。在空間資源開發(fā)領域，我們雖然是后來者，但敢于在來知中勇往直前，在探索中不斷嘗試?？臻g站，就是奇跡生長的原點。

應用效益源自航天器設計

有的放矢地“利其器”，才能更好地“善其事”。近地空間資源并非唾手可得，其開發(fā)和利用的方式與效果都依賴于航天器的設計。

作為長期載人飛行的平臺，天宮空間站配置了多種實驗裝置，為各類研究項目的順利開展以及人在現場作用的充分發(fā)揮提供了保障。比如從艙內到艙外，天宮空間站為實驗載荷配備了各種通用和專用裝置，以提供機、電、熱、信息、氣路等保障。

人機協同模式有助于航天員完成難度更大、內容更復雜的工作。在人機協同中，機械臂的應用成效顯著，極大提升了航天員在艙外的活動能力和安全性，并且能輔助航天員完成大型載荷的安裝和維護等任務。航天員不再需要耗費寶貴的體力和時間進行身體控制，可以集中精力進行需要人類完成的精準操作。為了進—步支持航天員主觀能動性的有效發(fā)揮、更廣泛探索高效的人機協同模式，未來還可以研發(fā)空間智能機器人來配合和輔助航天員開展艙內外作業(yè)。

仿人機器人及“化身+學習”工作模式也值得注意。仿人機器人并非僅僅是外形像人，它們具備良好的學習能力。在經過多個專家的專業(yè)操作訓練后，機器人可以實現超過任何專家的自主操作，從而使得人機協同接近于人與人之間的合作。這種在不同環(huán)境和現場的分工合作（如人類在站內、機器在站外）將實現更高效、更安全的工作方式。

高效、合理開發(fā)利用空間資源的目標貫穿于天宮空間站的設備設施配置與人機協作設計中。事實上，在更高層級的系統級設計中，我國載人航天的宏觀規(guī)劃同樣服務于空間資源的主題。例如，常態(tài)化載人飛行任務確保了貨船與載人飛船的定期往返，同時也為載荷裝置、實驗樣品、備品備件的運輸提供了支持，從而保證了科學實驗的持續(xù)推進和相關設備的升級換代與維修維護。另一個特別的應用是太空授課和青少年在軌實驗設計，這大大拓寬了公眾參與空間資源應用的途徑。

作為另一項系統級設計，天宮空間站被設計為長期運行且始終有人駐守的太空母港，為?？科渖系耐鈦盹w行器提供維護保障。未來發(fā)射的巡天空間望遠鏡將在大部分時間內獨立飛行進行天文觀測，但也會定期或根據需要?？刻鞂m空間站，進行推進劑補充，以及設備的維護、升級與維修。未來，更多航天器將采取這種與天宮空間站共軌飛行的方式，接受在軌服務。

借助有人參與的優(yōu)勢，天宮空間站還能在軌進行大型航天器的組裝與建造，例如空間天線和空間望遠鏡，從而解決其展開機構復雜、在軌部署困難的問題。在機械臂與航天員的精準配合下，空間站將承擔起在軌制造新工具和飛行器的任務。

自石器時代以來，人類工具的進化一直在不斷推進，而空間站或將成為工具進化歷史中的又一里程碑。

下一站工具，月球

從地球文明邁向太空文明，無論是飛天重器還是字宙天體，都如同人類的輿馬與舟楫。月球，作為距離我們最近的天體，正是一個典型的例證。

月球蘊藏著地球上稀缺甚至未曾發(fā)現的資源，其地質特征和所在空間具有地外星球與深空的典型屬性。同時，月球與地球的距離使其成為現有科技條件下，人類可以觸及并利用的目標。從更廣義的視角看，月球不僅是一個地外天體，更是人類理解深空、試驗新技術、開發(fā)星際“移民”能力的演習場，是我們邁向更深遠宇宙的工具。

借助現代科技，尤其是在新一代AI技術的幫助下，用無人探測器和機器人開展月球探索活動具有經濟性和安全性。無人探測活動不涉及人的生命安全，所需運載能力、軌道轉移和月面運動能力也相對較小，這就決定了無人探測器和機器人可以比人更早、更多地被送上月球工作。

那么，人類是否仍需登月？答案是肯定的。正如空間站為人類利用近地空間資源搭建了平臺，載人登月同樣是人類獲取深空資源的重要前提。

盡管載人登月的技術復雜、經濟成本高昂，但人的臨場判斷、分析和應變能力是無人設備難以取代的。從技術角度看，載人探測的核心價值在于，通過技術研發(fā)和提供保障成本，換取設備的更簡化和探測效率的顯著提升。

以月面采樣為例。1969年至1972年，6艘阿波羅飛船的航天員在月球上其停留了近280小時，帶回巖石樣品約385千克。1972年12月的阿波羅17號任務，兩名航天員在三次總計時間僅22小時的月面活動中，乘月球車行駛了34千米，在陶拉斯-利特羅山谷發(fā)現了橘紅色的泥土，收集了111千克的月球巖石標本，并在月球表面部署了—整套科學儀器……假如沒有人的參與，即使放到今天，這些成果依靠智能和自動化設備也難以完全實現。這充分體現了人在現場的獨特優(yōu)勢。

科研探測與資源開發(fā)的能力無法簡單用載荷或設備重量來衡量。月球探測邁向載人階段后，技術路徑發(fā)生了革命性變化，人在現場作業(yè)的更深遠價值得以體現。

——“大腦”前移。在月球部署探測設備和開發(fā)工具，等同于將人類的四肢和感官延伸至工作現場；而航天員的直接駐扎，則意味著指揮中樞的“大腦”前移，極大地提升了對設備的管理效率和人機協作能力。這種模式遠比從地球遠程控制更高效。

——保障大規(guī)?？碧介_發(fā)的可靠性。隨著設備數量的增加，各類故障與異常的發(fā)生概率也隨之增大。這就需要通過設備冗余，自動化處理等方式，確保隨時具備檢查和維修的能力。換言之，隨著月球活動規(guī)模的增長，人的現場參與成為保障龐大系統可靠運行的必要條件，也是合理的選擇。正如人與空間站形成了相輔相成的關系，人在月球探測系統中的作用也將與系統本身互為支撐，推動雙方的共同發(fā)展與優(yōu)化。

——月球上將造出新的工具。工具的發(fā)展逐步取代了人類的部分勞動，而被解放出來的人力與資源可以投入到其他尚待探索的領域，同時利用新發(fā)現的資源開發(fā)出更強大、更適應新環(huán)境與新需求的工具。比如，在月球上相當于地球1/6的重力和無大氣的環(huán)境中，設計、建造并使用電磁質量加速器這類不同于傳統火箭的星際飛行工具，或許可以從理論構想變?yōu)楝F實。

人的存在讓一切有意義

探索和開發(fā)空間資源以滿足人類生存與發(fā)展的需要，是我們開展航天活動的初心。工具讓這一切成為可能，人的存在則賦予工具以意義。

在浩瀚無垠、蘊藏無限資源的宇宙星海中，距離地球僅400千米的載人空間站，就如一葉剛剛駛離海岸的小舟。人類在這艘小舟上開始了解“大海”，學習“航?！?，并嘗試著將。大?！敝械呢S富資源化為己用。而月球，是人類在這片廣闊海域中遇到的第一座“島嶼”。我們將在那里登陸、駐留、探索、研究，并全力打造出更大、更能遠航的“船”，駛向更遙遠的未知深處。

英國博物學家赫胥黎百年前的箴言仿佛在耳邊回響：“已知的事物是有限的，未知的事物是無窮的。無邊無際、神秘莫測的海洋中，我們站在了一座小島上。繼續(xù)開拓是我們每一代人的職責?！?/p>