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载人航天与月球探测

1998-05-18 来源:光明日报 本报记者 刘欣伟 我有话说

本报4月29日二版头条发表的《我国何时飞向月球开拓天疆》一文引起读者的广泛兴趣,同时,近来一些媒体报道了有关我国正在从事宇宙飞船的研制和试验工作,并将为庆祝建国50周年而进行首次发射也引起了读者的注意。但他们对国内外的载人航天活动和人类对月球的探测开发这两个问题之间的区别和联系不是十分清楚。就此,记者再次采访了航天工业总公司五院北京卫星信息工程研究所研究员姜昌主任,请他谈了一些个人看法。

姜昌说,80年代后半期,世界各国都在为21世纪的科学技术发展探索方向。以美国为首的西方国家,联合欧洲空间局(ESA)、日本和加拿大等国,计划继苏联之后联合研制永久性载人空间站——“自由号”;1987年,美国航天委员会向里根总统提出了用50年的准备时间重返月球和建立火星前哨站的高边疆战略倡议;90年代初,以欧空局为首又掀起一股探测开发月球的热潮,这些活动基本上描绘了下一世纪国际航天技术的主要动向。

首先,在谈到载人航天活动继俄罗斯之后又在各国重新热起来的原因,姜昌介绍说,主要有两个方面:一是想利用高空惯性轨道上的微重力资源在航天器上生产出在地球上生产不出来的新物质,如制造地面因重力存在而无法熔合在一起的新合金、制备大面积的单晶硅、制备长距离无缺陷的光导纤维以及对药物进行提纯等;又如利用空间的强辐射环境对生物种子和菌种产生变异得出地面得不到的新品种。此外,航天器上有了人类的参与之后,除上面说的将空间站当作一个特殊环境实验室进行各种地面开展不了的微重力、强辐射、超净、超真空实验外,还可对地球进行有选择、有目的性的成像观测,这与使用对地观测卫星相比,将极大地提高观测效率。

其二,有人空间站建成之后,空间站得以维修,从而大大延长了其寿命,可达30年以上。并由此可大力发展空间在轨技术,即将永久性载人空间站当作一个空间维修基地,利用有动力的轨道机动飞行器和轨道转移飞行器将相同轨道上损坏了的微重力生产卫星、生物卫星、天文观测卫星和极地轨道上损坏了的对地观测卫星抓回空间站进行检修、原料补充和仪器更换,然后再发射出去,这将大大提高卫星的寿命及效益。而现在,一颗卫星一旦损坏,哪怕只是一点小故障,人们也束手无策,只好由地面重新研制一颗再用火箭发射入轨换替。

因而,载人航天技术的出现将是除利用卫星所处的空间高远位置资源从事通信、广播、对地观测、定位、导航之外,另开辟的一个广阔应用领域,对工农业生产和航天技术本身都将带来巨大利益。但是,载人航天是一个庞大的工程,除空间站本体外,还需许多配套工程的支撑才能全面发挥作用。如向空间站运送人员物资的交通工具,天地间往返的运输器,美国在这方面采取的措施是发展有动力的可重复使用的航天飞机,而俄罗斯发展的是无动力的一次性使用的飞船。同时,还要有能保持空间站、运输器和地球之间24小时连续通信、控制、指挥,能多目标同时工作的跟踪与数据中继卫星系统(目前仅美国有此系统),及前面提到的空—空运输系统、轨道机动飞行器和轨道转移飞行器等,投资非常巨大,连美国这样在经济和技术上实力雄厚的国家都感到力量不足,除同欧洲空间局、日本、加拿大合作外,最后还不得不同俄罗斯进行合作,拟将“自由号”空间站和俄国的“和平号”空间站合并,组成一个400吨的庞然大物,改称为“国际空间站”。建造这样巨大的空间永久设施,要靠航天飞机和俄罗斯的“联盟号”和“进步号”飞船多次运送物资,同时空间组装要克服的困难也不少。此外,现在设想的国际空间站,为避免高空强辐射对设备和人员的伤害,目前只打算在距地面400公里左右的轨道上运行。

但是,探测、开发月球的目的和载人航天是有所不同的,是瞄准利用月球上的物质资源为目标的探测,它的通信距离要比载人航天远4000倍,姜昌讲道,开发月球也有两方面的起因:一是1969年美国阿波罗计划登月时,航天员由月球表面带回地球270多公斤岩石和月壤,经过多年分析研究,发现月球上含有丰富的硅、铁、铝、钛、氧等物质,尤其在月球土壤中存在丰富的氦—3可作为核聚变的燃料,解决人类的能源危机。另外,月壤中的氢加上氧提炼出来可作为火箭的动力燃料。这些材料开发冶炼出来后利用月球重力只有地球的1/6的有利条件,很容易运出月球,例如:氦—3可以运回地球作能源资料;其他材料可运到地球近地轨道用来建造太阳能发电星(利用太阳能发电的卫星),及建造比目前空间站规模更大的转运站以支援火星开发和建造空间城,这样比由地球运送材料去建造这些大型空间设施要经济的多。

而探测、开发月球的另一个更深层次的原因,则可追溯到70年代罗马俱乐部“增涨的极限”的论断:地球上的资源是有限的,只能养活有限的人口,最终还得向空间求生存、向空间移民。月球是距地球最近的星体,人们当然选择月球作为近期开发利用的目标。美国和俄罗斯除继续发展大推力运载火箭和更复杂的智能化航天器外,还在开展生物圈的研究,即利用最小容量的土壤、水、空气及动物、植物在密封的小容积空间内,仅靠太阳光的输入构成良性循环以维持少数人的长期生存,这些研究都是在为人类登上月球长期生存作准备。

最后,姜昌说:“载人航天和月球探测与开发又是有着密切的联系的。载人航天所要解决的人类能安全脱离地球,又安全返回地球;在微重力条件下能长期生存和从事科研工作,如俄国人在其和平号空间站上最长曾工作了260多天,这些都是为定居开发月球作必要的前期准备,而技术与设备上的准备更是有继承性的。”

航天技术,在其短短半个世纪的发展历程,不但用通信导航、定位、对地观测、对天观测的优势给人类生活带来巨大变化,深空探测器已将人类的感觉延伸到了太阳系边缘。21世纪它将成为帮助人类脱离它诞生的摇篮——地球,向空间求生存、求发展的主要技术手段,同时它又是一种全球性质的新兴生产力,有着极强的国际合作性,它将迫使人们打破国与国的狭隘界限,走向合作以共同开发利用地外星体资源。

而对于我国目前进行的宇宙飞船研究工作来说,仅仅是地外探测活动的最初阶段,离开展太阳望远镜观测太阳系的活动、发射“近地双卫星”以及发射小型月球探测器等还存在着很大的差距,还需要国家的大力投入和科学家们的不懈努力。

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