“太空村庄”建设提速

第一节 “太空村庄”建设提速

随着航天器技术以前所未有的速度发展,人类建设“太空村庄”,大规模探索和开发利用太空资源的步伐将越来越快,呈现出以下趋势。

制定发展战略,加快行动步伐。纵观世界航天大国,纷纷启动了建设月球基地、火星基地等多个“太空村庄”建设方案,人们完全有理由期待着人类在外层空间上演的连台好戏。通过多个航天国家太空资源开发战略的分析,我们可以看到,各航天国家走向太空“矿场”的道路是不一样的。美国和俄罗斯是全面展开,研究内容涉及微重力实验的各个领域。以美国为例,据不完全统计,美国航空航天局在微重力科学试验研究投资上,以平均每年50%的速度递增。中国、西欧和日本更侧重于材料科学、生命科学及生物技术的研究,其他国家则是零星搭载试验,多属材料加工范畴。在这方面,美国和俄罗斯走在前面, 目前已处于发展阶段,很快就会实现空间材料加工生产的产业化。西欧、日本虽然起步较晚,但势头很猛,预计将成为继美、俄后的空间产业化国家。

发展航天技术,增加经费投入。当今世界的发达国家都将航天器技术作为促进经济和社会发展、全面提升军事实力的重要支柱,纷纷加大对航天器技术的投入,一些发展中国家也加快了涉足航天器技术的步伐。纵观近十年来世界各主要航天国家空间技术投资的走向,我们可以发现,发展的方向和投资大都集中在应用卫星、载人航天和深空探测三个领域,其中,载人航天和深空探测领域约各占15%。

应用领域扩展,应用效益深化。未来,载人航天技术必将继续扩大其影响力和渗透力,其应用将进一步拓展和深化,将更为广泛地渗透社会生活的方方面面,社会和公众对载人航天所产生成果的依赖程度将大大增强。同时,随着太空科学研究的深入,太空资源的直接利用步伐将大大加快,太空制药、太空材料生产、太空旅游等新兴产业将大量涌现。

突破新的技术,实现高度综合。随着新技术、新材料的应用,未来“太空村庄”的建设速度更快,传统的航天器发射时质量的大部分都用于携带用于航天器运行姿态保持的肼燃料上。经过几十年的研究,电推进技术已用于对卫星轨道控制,使载人航天器的研制实现高性能、低成本。可以预见,随着推进技术的发展和推进剂的改进,不仅空间站的在轨运行寿命将大大延长,而且运载火箭的运载能力也将大大增强。预计21世纪空间站上,将可以只携带很少的肼燃料。空间站的平台将采用高度模块化、集成化和系列化技术,先进的推进系统、能源系统和新材料、新工艺的运用,将使卫星研制技术更加完美。

多个国家联合,实现优势互补。航天国家在突破和掌握关键技术的同时,在空间资源的开发利用技术领域,特别是在深空探测领域,将更多地出现诸如国际空间站那样多国联合研制的局面,将出现广泛的大规模的国家合作。

在这里,特别值得一提的是,在未来一段时间内,人类进入太空的主要工具仍然是飞船。据预测,未来的飞船将向四个方向发展。1.功能多,造价低,可以用作商业旅游。2.落点精确,安全性好。3.可以重复使用,以降低成本。4.开发可以用作星际飞行的飞船。

任何一次工业革命无不以科学技术的重大发现为先导,科学家预测,新的工业革命将发生在太空,大规模开发空间宝贵的资源,让太空资源造福人类,将成为世界上各航天国家航天活动的主旋律。

1.太空工业终将出现

空间科学研究的丰硕成果,太空资源开发利用的强劲走势吸引了许多发达国家的目光,壮心不已的人类要在太空这片富饶的矿场上奋力开拓。随着载人航天技术的发展,大型空间站的建立,人类有望在开发和利用太空资源上取得突破性进展。一场开发利用太空资源的竞赛正在广阔无垠的太空展开,将形成一个潜力巨大的太空产业。

纵观今日的世界,增加基础投资,尽快形成经济和应用效益,已成为各航天大国不容忽视的动向。据报道,美国已经设立了计划发展太空采矿业的机构,进行太空采矿的前期勘探工程。美国新成立的太空发展组织曾表示,该机构计划个人投资发射一艘名为近地球行星勘察号的无人驾驶探测器,在环绕太阳运行的某一颗小行星上着陆,在最接近地球的小行星上遥控勘探矿藏,并通过仪器将探测到的照片和其他资料传回到地面控制中心,科学家们将利用这些资料分析小行星上的贵重稀有金属的分布情况,为大规模开采提供依据。

人类航天史上最雄伟的杰作——国际空间站,是迄今最大的“太空村庄”,也是最大、最为先进的太空科学研究和实验的平台,由美国、日本、欧洲和俄罗斯等国提供的6个实验舱所组成的实验室,运用了当代最先进的科学技术和工具,将为观察地球及进行科学研究,提供一个前所未有的场地,预计到21世纪20年代,这里开展的一系列生物、化学、物理及其他相关学科的研究,将为生物、医药和工业的进步,改善地球人的生活条件和未来地外旅行开辟新的途径。同时,这里取得的一系列科学实验成果,将帮助人类在通往遥远深空的道路上走得更远,步伐更为矫健。

随着航天技术的发展,利用空间进行商业化活动,是人类文明发展的必然趋势。美国航天界曾预言,在不久的将来,人们将到其他星球去采矿,并在那里建立太空工厂,将在太空中采集的矿,就地冶炼成地球上需要的各种材料,再运回地球,为人类所用。到那个时候,利用太空资源的新型企业将大量涌现。空间商业化的前景不仅是人类的向往,而且是人类征服空间、利用空间为其服务的必然选择。

2.在希望的田野上耕耘

地球养育着人类,千百年来,人类都是在地球上种田,也许你未曾料到,在未来,人类也许将到太空中去“种田”。

在和平号空间站里,科学家们已成功地种植了卷心菜、土豆等蔬菜。同时,航天员们在空间站还种植了只有40厘米高的小麦,在地球上,小麦从播种到收割需要120天左右,而在太空中种植的这种小麦只要60天,这是因为空间站里的小麦24小时都有电灯照明,小麦无法睡觉,只能不停地昼夜生长;另外,这种转基因小麦的产量是地球上普通小麦的3倍。

长时间在空间站里工作或进行星际飞行,航天员的食品是个大问题。现在,在空间站上航天员吃的食品都是由地面定期送上去的。这就出现一个矛盾:一次性从地面带得太多,将增加运载火箭的起飞重量,而带得少,维持不了多长时间,就又要发射飞船,加大了成本,这是一个困扰长期载人航天的大问题。现在,科学试验表明,这个问题有望在太空中解决。未来,长时间进行太空飞行的航天员可以在宇宙飞船或空间站中就地取材,采用太空种植蔬菜、粮食等食品。这样,航天员在进行星际航行的时候,将可以吃上名副其实的太空粮、太空菜了。

到太空中采矿

长期以来,人们为解决吃饭问题,在改善农作物品种上进行了大量的工作。培育一个良种,往往要耗费一个农业科学家毕生的精力,有时即使是竭尽全力也很难获得,因为种子的培育,对地面条件要求极高。研究发现,农作物种子经过太空“修炼”后,可以取得奇特的抗病高产的效果,航天技术将给农作物良种的培育带来曙光。

中国已有10多年进行太空育种实验的历史,所获得的良种早已在中国四面八方安家落户,尽管如此,能吃到太空椒、太空西红柿的人毕竟是极少数,目前,有关部门正在加紧太空种子的选育、推广步伐,为使更多的人吃到太空青椒、太空番茄、太空黄瓜等太空蔬菜和太空粮食而忙碌着。

3.太空太阳能发电站紧锣密鼓

在人类发展面临能源和环境问题日益严峻的今天,探索发展可再生能源技术,是实现可持续发展的重大问题,航天技术经过50多年的发展,为建设空间太阳能发电站提供了较好的技术基础,于是,世界上一大批科学家把探询的目光投向了广袤的太空。

人类发展呼唤可再生能源。能源与环境问题正在成为全世界面临的挑战。在加快发展的同时,保护生态和环境,提倡和实行低碳生活的意义正在被认识,可再生能源成为未来必然的选择,非化石能源取代化石能源成为各国的共识。

现实生活中,传统可再生能源将无法满足人类对长期稳定能源的需求:比如水能资源分布不均,资源有限,发电不稳定,会造成生态环境影响;风能发电不稳定,大面积风力发电会破坏大气环境的平衡;核能核原料资源有限,核废料难以处理,存在一定的安全风险;生物质能资源较小;地热、潮汐能等技术还不成熟,大规模开发困难。因此,毫无疑问,人类长远发展最可依赖的能源方式为太阳能和核聚变。

据有关资料显示,世界在核聚变技术领域的投入已经超过200亿美元,但目前依然没有取得突破性进展;传统的地面太阳能发电不稳定,需要大量的储能设备,不适合作为基本负载电源。而在空间利用太阳能,将提供一种不受季节、昼夜变化影响、能够向地球表面连续提供能量的重要方式;同时,空间太阳能资源储量远大于地面太阳能资源储量;空间太阳能发电站可以连续地提供稳定的大功率电能,不需要巨大的储能设施,适合于作为主供电系统。

综上所述,在人类未来的发展中,传统能源体系正在面临着变革。以矿物能源为主的能源利用体系导致了人类与气候环境互动灾难。欲改变这种情况,就要建造以可再生能源为基础的能源生产和消费方式。国际能源署(IEA)正在拟定新的能源利用计划,即至2050年全球能源消费50%来自可再生能源,25%来自核能,另外25%来自矿物能源的清洁利用。