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中科院专家:中国航天事业进步大但还需迎头追赶

2017-04-20 16:21:46 来源: 观察者网(上海)
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(原标题:张伟:中国航天事业还需迎头追赶)

【尚未出征就被捧为史上最牛“快递小哥”的“天舟一号”将于今晚19时41分从文昌航天发射场“上天”。作为我国首个自主研制的货运飞船,“天舟一号”担负为空间实验室运送消耗物品、推进剂、维修设备、维修器材及试验载荷设备等物资的使命。不少国人庆呼,“天舟一号”若成功“送货”,意味着中国向建成空间站又迈出一大步。

中国的航天技术已发展到什么水平?与其他航天大国相比,又能落于哪一段位?此文系中国科学院空间应用工程与技术中心战略规划室主任张伟的演讲,可供各位读者参考。

大家知道我们刚过去的一年是非常让我们航天人振奋的一年,今年四月我们发射了实践十号卫星,八月我们发射了量子卫星,十月我们发射了天宫二号,十一月我们又将发射长征五号火箭——起飞重量一千吨。

中科院专家:中国航天事业进步大但还需迎头追赶

大家可以想象这非常激动人心的一刻,但是有一个记者曾问我,我们的航天技术水平是不是已经到了国际领先水平,我们是不是能够引领未来国际航天事业的发展?我的回答是这个我还不敢说。

我们可以回顾一下国际载人航天的发展历史来可以审视一下我们自己的差距,比如说从20世纪50年代开始,美苏就基于冷战的思维就开始了他们的太空竞赛你追我赶的一种状态;1961年苏联的航天员加加林第一个踏入了太空,这个对美国震动非常大,美国就开始它的载人登月计划,所以在1969年美国阿波罗顺利地登上了月球,当时阿姆斯特朗登上月球以后说了第一句话是:这是我个人的一小步,我们人类的一大步。

中科院专家:中国航天事业进步大但还需迎头追赶

所以当时美国这个事情非常鼓舞人心,他们当时做的很多技术都衍生到了我们后续的应用当中,当时有三千多种技术获得了应用,投入产出比近期他们估算是1:14,也就是我们投入一块钱将要产出十四块钱的效益。

比如说我们最常见的例子,我们婴儿经常用的那个尿不湿,这不是单纯想到了来开发的,而是当时为了解决航天员待在那儿等的时间太长会尿急的问题才开发出了我们这个尿不湿。

另外还有我们的CT,包括我们的后面好多医学设备也是为了航天员的生命保障开发出来的技术,甚至我们小朋友特喜欢吃的方便面,里面的脱水蔬菜也是为了航天员补充维生素开发出来的一种食品,现在都大量的应用在我们的生活当中。

苏联当时也开始搞载人登月计划,它发射了好多次火箭,有好多次都爆炸了,以失败告终。这样前苏联就开始走另外一条路子,它说我们要占领近地空间,在地球周围要建立一个长期的空间站,所以1971年到1982年前苏联近地空间就发射了七个礼炮号空间站,这个空间站比如从1号开始就已经实现了交会对接。

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我们天宫二号刚刚交会对接,而他们很早就实现了。航天员在那儿能连续生活23天,礼炮7号规模比较大。在轨就3000多天,开展了大量实验,三名宇航员在上面就待了237天,所以当时他们能力已经很可观了。

比如礼炮3号还进行了一些军事侦察的实验,比如说它看海上还有空中这个合作目标,他们要进行定位,也起了很大的作用,拍摄了很多地球遥感的图片来绘制专用的地形图。

这样美国就不甘落后,在1973年美国说我也发一个吧,他就发了一个天空实验室,这是一个试验性的空间站,上面主要是在验证人在太空当中能不能发挥足够的作用。

航天员在外面舱外活动有五十多次,充分验证了人在太空是非常有必要存在的,他们又拍摄了大量的太阳活动的照片,在这当中就发现了日冕的结构特性,发现了太阳耀斑的一些形态特征,所以这些都是非常有用的一些成果。

前苏联后来就基于礼炮号空间站说你搞一个,我搞一个更大的,他就做了一个在当时来说是规模最大的能力最强的一个空间站,就是这个和平号空间站。

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“和平”号空间站

这个空间站了不得,相当于它在轨就做了15年,开展一万六千多次实验,所以他们的成果非常丰富,包括生命科学——它开展蛋白质晶体生长来制药品;还有对于材料,它做了六百多种材料的实验,新研制出了35种新材料;还做了一些比如对地球的观测,非常震撼的一些成果。

和平号空间站当中因为当时冷战基本上已经结束了,所以美国的与和平号也进行了对接,他们相互还串门,相互一块儿在那里面工作了很多年。

和平号空间站也是一个国际合作的空间站,因为它总共有12个国家的135位航天员都进到和平号空间站工作了很长时间。它创造了一个记录,有一个航天员在太空当中连续生活了438天,时间非常长。

因为我们知道航天员在太空当中要忍受各种微重力的影响包括他的骨丢失,他的骨头每个月要损失1.5%,他待了一年多所以对他来说可能是很大的一个考验。

美国为了降低航天的成本开始开发了航天飞机,从1981年到2011年实际上开发了五架航天飞机,总共飞了一百多次往返飞行,相当于运送了很多东西。

每次运都可以运三十多吨东西上去,其中就运了五十多颗卫星,它把它运上去再发射出去,甚至发射了很多深空的探测器包括金星的探测器, 还有非常有名的哈勃望远镜。

当时发射了望远镜以后,望远镜经常坏,隔一段时间坏了,航天飞机又上去五次专门对它进行维修,所以航天飞机的作用非常大,但是它的风险太高,当时挑战者号和哥伦比亚号航天飞机都发生了爆炸,每个航天飞机上都有7名航天员,就相当于14名航天员为此都献出了生命。

另外一个它太费钱了,它本来是为了降低成本想着是五千万美元就发一次。结果每发一次都得四亿五千万美元,这个就太贵了;另外它维护费更贵,它每年发射带维护就需要四五十亿美元,基本上难以承受,所以后面在2011年它慢慢就退役了。

实际上前苏联也开始想搞这个航天飞机,但是它资金就没那么多,没那么多钱来搞这个航天飞机所以就没有搞成。后来苏联也解体了,大家都是好哥们了,他们就开始做国际空间站,联合起来了。

美国联合欧空局、欧洲、俄罗斯、日本、加拿大16个国家一块来建造这个国际空间站,这个空间站非常大,其体量非常大。展开以后基本上是两个足球场那么大,里面的空间也很大,大大小小加起来有两个波音747那么大,所以能开展相当数量的科学研究。

当时美国、俄罗斯、日本分别做一些舱对接起来,一块拼起来的这么一个空间站。但是这个16个国家当中没有中国,当时美国拒绝中国参与他们国际空间站的计划,在2011年美国国会专门出了一个法案禁止美国NASA和中国开展任何形式的双边合作,把我们排除在外了,但是今年又稍微有点缓和了,今年我们有一个中国科学家参与了国际空间站的一个生命实验,也就是说现在是95个国家参与他们的实验,把我们中国也算进去了。

在载人火星规划当中可以考虑和中国来开展合作,因为中国有钱,现在国际空间站有很多成果已经应用到了我们地面,包括这个靶向药物输送技术,刚才牛北方博士也提到了,相当于一个药物输送定向的进行治疗,用在了乳腺癌的治疗当中。

同时还有空间机械臂的技术用在了地面开展脑手术、脑肿瘤,在核磁共振仪当中机械手伸进去对脑肿瘤进行切除,医生是不可能把手伸到这个核磁共振仪当中的,所以这个成果已经给地球上人类有很大的造福作用了,有非常广阔的应用前景。

所以我们从前面的一个历史回顾就可以看出来,我们国内和国外的差距还是有的。从时间轴上来看,其他国家从1961年就开始做载人登月,比如1969年就实现了载人登月,而我们载人登月计划可能还得再往后,比如在2030年或者三几年,此外他们在1971年就可以做空间站了,我们的空间站现在规划在2018到2022年开始实施,所以这个时间跨度上是有的。

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演讲现场

载人航天器上至少有这么多差距,有一些具体的指标,比如能力上来说,近地空间运载能力,也就是把我们的东西要运到太空当中,运到空间站那个高度,就是二百到四百公里,美国土星五号火箭可以实现139吨,俄罗斯也可以做到130吨,但是我们现在马上要发射的长征5号火箭预计能达到25吨,我们在大推力火箭发动机这个技术方面还有大直径的箭体结构技术方面还需要做关键技术攻关。

航天员太空长期生存的能力。我们要进行保障,美国最长达到340天,俄罗斯是438天,但我国现在在天宫2号我们想尝试能生存30天,当时天宫二号为什么上了两名航天员?因为如果我们上三名只能待20天,两名的话可以待30天,我们的保障措施能够支持60人天的驻留,所以这个我们也需要进一步研究。

包括空间应用能力,他们基于空间站还有别的设施进行了近两千项的研究,我们现在包括神舟系列飞船、天宫一号、天宫二号总共可能就是五十多项研究,成果还不够突出。

这是载人航天的比较,还有无人探测。无人深空探测的比较我这儿没有讲,但是可以给一个数字,2013年美国的旅行者一号已经走出了太阳系,就相当于我们嫦娥二号和嫦娥三号刚刚能进行月球探测,它们已经出了太阳系,所以这个差距还是很大的。

美国对于火星已经成功发射了15个探测器进行深入的探测。这个原因何在呢?当然这表示我个人的理解,第一个原因就是我们确实起步比较晚,我们知道二战德国战败以后,美国和苏联都去德国抢人才,美国就把冯·布劳恩纳入了美国的麾下,冯·布劳恩是什么人呢?

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韦纳·冯·布劳恩

他是在德国时候帮助德国开发了V2火箭,这个V2火箭当时德国利用它对英国进行了大规模的空袭,当时震惊了世界,所以美国当时把他挖过来让他负责探月计划当中的土星5号火箭的研制,所以这个人非常了不得,他帮助美国实现了这个目标。

而当时四几年我们刚刚把日本赶出去,还在建国,科技、经济都有待发展,所以就没有能力来实施这样的计划。

另外一个原因就是西方对我们一直有一个技术封锁,高精尖的技术、最尖端的芯片、高精尖的机床设备、先进的材料是不会给我们的。所以1998年我们和以色列谈好了要把预警机进口几台,相当于来发展我们的相关装备,但是美国给以色列施加压力,在2001年的时候以色列就把合同就撕毁了,这样对我们的装备建设有很大的影响。

我们要自力更生来发展自己的东西,技术封锁,我们没有办法得到国外的技术,只能自己发展。

第三个原因就是我们的原创性不够,我们对科学技术的原创性还是不够,主要处于跟踪还有仿制式发展,有一点我们改进的成分更多,就是我们拿了以后改进的很多。

我觉得教育理念可能和国外有一定的区别,比如我在英国做访问学者的时候,我儿子进了英国读一年小学,我每天看他书包也不背也没什么作业,说这天天都不学东西吗,我就去学校看,我一看发现学生都围着老师坐,老师在那儿讲一讲,学生需要写字了跑到桌子上写一写,一会儿又围过来又坐成一圈,感觉非常轻松愉快地在学习。

教育的形式也多种多样,比如他要教你地理,他拿一个涂色的东西让你在这儿涂色了解英国地理,所以这些方面给我一个感触就是我们的孩子都是接受标准化教育,是不是会束缚了他的创造力,是不是影响了他的想象力,所以这个我们觉得值得进一步思考。

另外我们航天任务主要是研究为主,研究载荷为主,研究太空实验这些有经费支持,但是缺乏对航天整个事业的长期而稳定的投入。美国每年大概有150亿美元要投在航天上,它有个全方位的支持,我们主要支持以任务导向为主对地面的研究,还有样品返回以后地面后期的处理支持还是不太足,所以这方面也希望我们国家更多地投入。

在研究上面正因为我们有以上这么大的差距,所以我们必须大步追赶,比如天宫二号上安排了14项国际前沿的实验,如研究冷原子钟,这是国际上第一台能在轨运行的冷原子钟,它的误差能实现三千万年误差一秒,比我们的表要准得多,可以有效地提高我们导航授时的精度。

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另外它做的伽玛暴偏振探测是中欧合作的,这是国际上首次开展宇宙伽玛射线的偏振探测,所以又开辟了一个天文观测新窗口有利于发现新的一些伽玛暴的机理。

这个伴随卫星很好玩,它就是要在天宫二号释放出来,跟着天宫二号一直伴随着对天宫二号进行拍照,未来也是想做一些卫星编队的一些试验,同时开展一些相关的研究,所以这个也是非常创新的一些想法。

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另外我们不断地在发射新的科学卫星,比如2015年我们发射暗物质卫星,期望能更早地发现暗物质存在的证据,这样就能获得非常重大的发现,领先的国际前沿,实践十号我们开展了大量的燃烧实验。还有小老鼠在太空的胚胎培养,这相关的研究量子卫星是为了实现我们量子通信就相当于为未来绝对安全的一个量子通信打基础。

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同时我们未来的空间站,这个体量是大概60吨,当然赶不上和平号空间站,但是在这么有限的空间内想支持更多的研究,我们规划了大量的研究,它有可能是2024年以后全国也是全球唯一的空间站,所以现在美国、俄罗斯包括欧空局都来和我们谈希望能加入到我们的空间站队伍当中一块儿来做。

因为我们对载人月球探测也有个设想,想在攻克这个新一代载人飞船,重型火箭的基础上在2035年看能不能登上月球,在2045年能不能建一个大型的科考站进行大量的天文观测、地球观测这些研究。

同时我们还规划了十几颗空间科学卫星,探月工程和深空探测工程也在稳步推进。2017年我们要去月球采样返回2018年,我们要去月球的背面首次进行探测,2020年我们火星探测器要落到火星上进行一个探测,所以这些都是非常鼓舞人心的一些期待。

但是我们前期空间技术发展的比较多,空间科学和空间应用相对少一些。我们要有利于地面的生活还要开展大量的研究。所以习总书记在全国科技创新大会上提出必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。总归我们利用国家这次机会大力发展我们的航天,推动我们由航天大国向航天强国的一个迈进。

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这个任务任重而道远,需要我们一代一代人的一个努力,所以我们希望更多的年轻人特别是下一代加入到我们的航天队伍中,加入到我们的科技队伍中有利于我们强国梦的实现,谢谢大家!

侯维铖 本文来源:观察者网 责任编辑:侯维铖_NT4124
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