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艾瑞:50年漫漫航天路,我们的目标是星辰大海

时间:2020-04-26 23:53 来源: 作者:木木

导语:1970年4月24日,中国第1颗人造地球卫星东方红一号发射成功,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。

50年漫漫航天路

1970年4月24日,中国第1颗人造地球卫星东方红一号发射成功,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。时至2020年,东方红一号发射成功已经过去了50周年。在这50年间,中国航天在外部环境非常艰难的情况下,实现了卫星发射及应用,载人航天,探月等多项位列世界绝对先进水平的技术突破。为中国航天科技的领先,人民幸福生活奠定了坚实的基础。如今,中国航天已经是全球空间技术、前沿科技、以及对宇宙奥秘的探索领域不可或缺的一股力量。

进入新时期,商业航天的发展给全球航天产业的发展带来了新的动力,一系列商业活动的成功,一方面宣布了旧有航天产业发展的模式发生了变化,另一方面也为再一次扩大了航天在商业层面的想象力。总而言之,航天作为一个承载人类崇高理想的高尚行业将会有更美好的前景。

星辰大海的召唤

之所以说航天是一个承载了人类崇高理想的行业,不仅因为它对宇宙的探索,从哲学层面上就直接影响我们对自身生存意义的思索。在现实层面上,航天对人类生存空间和生存资源的获取,对物种的延续起着至关重要的作用。

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在地球上,重金属元素矿藏的储量是有限的,在循环利用技术达到完美状态之前,任何一个行星的矿产资源都终将枯竭。从目前探明的储量和消耗量来看,金、锌和铅这三种重金属的储产比不足20。也就是说在20年内,除非循环利用,否则地球上就没这三类资源可以开采了。而诸如镍、铜、锰等工业生产主要使用的金属,在未来50年内,也将面临资源枯竭的状态。

当下世界各国对全球资源的竞争很多时候都没有被大众广泛认知到,这主要是因为资源与利       用之间的矛盾并不是社会主要矛盾。而近年来世界格局的变化,则让石油、稀土等资源的争夺情况深入人心。更不用说自2008年起,全球金、铅、锌等重要矿种品位的明显下降,到2018年平均降幅高达15%。可以预见本世纪内,资源问题会逐渐成为最重要的问题。

值得欣喜的是,商业航天在全球范围内的爆发,让普通民众对航天产业和资源问题的关注得到了一定的提升。

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“修,探,移”的三步走

不过,合理、和平、可持续的利用太空资源达到理想状态是一个非常漫长的过程。在这之前,全球航天产业会经历三个重要时期。分别是以太空资产运维和续航为主的第一阶段“修”;以地外和太空环境探索的第二阶段“探”;以及以星际旅行和移民为主的最终阶段“移”。

第一阶段:修

卫星和其它种类的航天器是目前人类在太空环境中存在的主要载体,其制造和发射成本本就高昂,并且航天器需要大量无人操控,可以说卫星与航天器是人类最前沿技术的结晶。通常一颗民用小卫星的造价在500万人民币左右,大型的通信卫星等造价在数亿人民币左右。而一些特殊用途的技术含量更高的卫星,造价甚至高达数十亿人民币。根据美国忧思科学家联盟的统计数据,目前全球在轨卫星数量大概有2200颗左右。未来还会以每年300颗左右的速度增加。也就是说,全球各国的太空资产总额至少有2000亿以上,加之地面运维、发射和保障等方面的投入,这个数字会大到难以想象。

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一颗卫星的平均寿命在10-15年不等,近期,美国诺格创新系统公司宣部,MEV-1延寿卫星为国际通信卫星组织的901卫星完成燃料补充后,重新返回地球同步轨道。后续MEV-1将继续为国际通信卫星组织的其它类似退役卫星提供“续命”服务。此举也成为全球航天产业进入宇宙开发第一阶段的标志性事件,未来各国将针对太空资产的维护进行更深入的探索。

第二阶段:探

民众对太空资源开采的期待并非没有道理,我们选取了最具经济价值的10颗小行星,其经济价值总量已经超过了1000万亿美元。并且由于太空的特殊环境,不仅地球上认为是矿产资源的元素十分重要,连最基础的氢、氧和水都是不可或缺的资源。只有身处太空,才能感受到爱因斯坦相对论的现实意义。最基础的层面上看,在太空中做出任何运动,都不可避免的需要消耗能量。以目前航天的技术水平来看,在宇宙中,航天器需要向相反的方向推出一定质量的物质,才能获得在目标方向动力。所以抛开矿产的经济意义不谈,连单纯具备质量的东西,在太空中都是极为重要的资源。因此,未来太空资源开采的意义非常重大。

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除此之外,在“探”这个阶段,除了地外资源以外,对物理、化学、生物等底层学科的实验也是必不可少的部分,借助宇宙独特的自然环境,微重力、超低温和宇宙辐射等条件,实现在地球上无法突破的科学瓶颈,是第二阶段成功向第三阶段升级过度的重要保障。在这个阶段中,太空站或宇宙实验室等太空基础设施将成为比较重要的设施,而这些基础设施都可以在现阶段航天产业的发展中,找到事实引证。

第三阶段:移

到这个阶段,基本解决了行星资源受限的问题。但这个阶段本身也有初级目标和终极目标之分。目前人类已经找到了数个类地行星,作为太空移民的对象,只是想要到达那里很难。所以太空移民,星际旅行甚至行星改造,是这个阶段的终极目标。

在初期,对能够实现在天基居住和天基制造,对目前航天产业的意义就已经非常巨大了。根据美国航天局的测算,在太空每制造1千克质量的设备,相当于在地面制造7.5千克。这样可以极大降低火箭推力的压力。目前全球,运载能力最强的火箭SpaceX的猎鹰重型载荷能力也不过60多吨,而排名前五的火箭载荷能力普遍在25吨左右。如果能实现天基制造,就将会有更多不得不在地面制造的功能型原件被送往太空。

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从经济效益上讲,前阶段中国航天科工集团基于直播的方式,以4000万人民币的价格售出了一枚快舟火箭,根据快舟火箭运载能力计算,这相当于在太空中,1KG的载荷实际价值约为10万元人民币。以美国最便宜的电子号火箭来计算,电子号火箭发射价格600万美元,运载能力在150-200KG,平均每千克25万人民币。这样也就是说,天基制造每1KG质量的原件,价值至少25万人民币,未来前景可观。

综上所述,商业航天的大幕已经拉开,未来人类探索宇宙的进程将进一步加速,中国航天产业也将在这股浪潮中受益。我们尊重也感恩中国老一辈航天前辈无私的奉献。相信未来50年,中国航天必然会再创辉煌,让东方红的乐曲永恒的回荡在宇宙之中。50年漫漫航天路,我们的目标是星辰大海!

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