向太空扩生存空间 从月球取不尽能源 航天技术帮助人类活下去

中国空间技术研究院高级工程师 庞之浩

未来的月球农业基地 　　在21世纪，航天技术将更加受到人类的青睐。有人说，人类在新世纪对航天能力的依赖就像19世纪和20世纪对电和石油的依赖一样。目前，人类有三大全球性问题亟待解决，即资源枯竭、环境恶化、人口剧增，从当今技术水平和可以预见的未来来看，航天技术将是一种不可替代的重要解决手段。开发空间太阳能和月球上的氦—3，可使能源危机大大缓解；建立全球卫星观测系统，能真正认识全球环境变化的规律，从而找到切实可行的对策；地球能容纳的人口是有限的（80亿—110亿），因此人类迟早会提出向太空扩展生存空间的议题。     航天运输挑战低成本     在航天运输领域，21世纪初仍将以提高运载能力和可靠性、简化操作程序和降低发射成本为目标，进一步改进现有的一次性运载火箭。最典型的就是美国现正研制的“改进型一次运载火箭”（EELV）。该系列火箭的运载能力为1.1吨—2.1吨，发射成本比现有火箭低50％。如能按计划研制成功，则将于2001年后开始陆续投入使用（中型先发射，重型2005年发射），届时EELV可取代美国“大力神”、“宇宙神”和“德尔他”等多个系列火箭。     美国还在研制可重复使用的运载器，旨在降低天地往返成本。在众多方案中，最有名的当属X—33／冒险星，该计划已在实施，定于2003年开始试验。它采用“线性气塞式发动机”、全复合材料、防热金属瓦等新技术，因而可以单级入轨，从而能大大降低发射费用的成本，其发射费用仅为目前的1／10。“线性气塞式发动机”的优点是可自动适应飞行过程中不断变化的大气压力，所以效率极高。不过其研制风险也极大，是名副其实的“冒险星”。若能获得成功，将成为新一代航天飞机。     目前，美国旋转火箭公司正研制一种名叫“罗坦”的全重复使用单级入轨火箭。据说它可载两人，也能把近地轨道有效载荷的发射价格降至现在的1／10，并定于2002年开始发射。“罗坦”火箭设计十分独特，它垂直起飞，在把有效载荷送入近地轨道后，调头返回，并打开直升机式的螺旋桨叶减速着陆。     小卫星构建信息高速路     21世纪的人造地球卫星将向越来越大和越来越小两个方面发展，即一方面研制综合型高功率大型卫星平台，最终演变成一种新型航天器———空间平台；另一方面研制小卫星（500千克—1000千克，造价2000万—5000万美元）、超小型卫星（100千克—500千克，造价500万美元）、微型卫星（10千克—100千克，造价100万—400万美元），甚至纳米卫星（小于10千克，造价不到100万美元）。     空间平台与人造地球卫星的不同点是有人照料，可定期在轨维修和更换仪器、加注燃料和补给品，具有寿命长、设备新、用途广的优点。换句话讲，它是一种介于人造卫星和空间站之间的大型综合系统。     现代小型卫星的优点是研制周期短、体积小、性能好、可靠性高、发射灵活和不易被摧毁等，尤其是由小卫星组成的星座，其功能使不少大型卫星也甘拜下风。发展高频段的高速率宽带的低高轨道星座系统，构筑太空信息高速公路，定将成为21世纪的热点，因为它比光纤通信成本低，建造容易，是信息时代的主力军。     特别要指出的是，在21世纪，卫星应用的商业化和军事化趋势会进一步加强。比如，军事航天的任务将由目前的空间支援（发射和部署航天器）、力量增强（侦察、通信、导航等），转为空间控制（保护己方航天系统，破坏敌方航天系统）和力量运用（从空中攻击地球），使空间从支援地球上陆、海、空部队作战的辅助战场，变成由地球上陆、海、空部队支援的主战场。21世纪初，美国将部署可预警战略和战术导弹的SBIRS导弹预警卫星、8X侦察卫星、EHF通信卫星等一系列新型军用卫星。有报告认为，到2025年，大部分战争可能不是攻占领土，甚至不发生在地球表面，而是发生在太空或信息空间。到那时，谁能控制太空或信息，谁就能取得优势。     载人航天四步走     未来的载人航天分四步走。第一步就是在2005—2006年建造成“阿尔法”国际空间站，使7名宇航员在上面长期工作。此后第二代国际空间站“贝塔”计划将起动，它建成后将作为更长期的宇宙飞行的中转站。     第二步是建立空间基地，即在空间站的基础上发展和扩大。除具有空间站的全部功能外，空间基地还能对其它航天器进行加注燃料、维修更换仪器等在轨服务。空间基地上还可建空间工厂，生产特殊材料和药品等，使载人航天进入真正的应用阶段。     第三步是建立月球基地。月球上蕴藏着丰富的资源，尤其是有地球上没有的核燃料氦—3，如用它取代核聚变中的氘，不仅能解决能源危机，还可使核污染减少到现在的几十分之一。据分析，月球上氦—3的蕴藏量达100万吨，其总能量相当于地球上有史以来开发的所有矿物燃料的10倍。仅数十吨氦—3核聚变所产生的能量就可以满足21世纪地球的全部电能需求。     由于月球引力只有地球的1／6，又没有大气，因此将月球作为未来行星际航天的基地十分理想。从月面起飞，比地面起飞容易得多，而且可从月球的许多氧化物中提取氧作为火箭助燃剂。将来载人火星飞行便可以以月球基地作为中转站和燃料生产基地，这样可以大大减少载人登火星的费用。月球也是理想的天文观测站，在月球上可轻而易举地做到真正的全波段观测（没有大气扰动和吸收），其分辨率比地球上高1000倍。     在月球上建造太阳能发电站能充分利用太阳能，发电效率极高，从而可解决地球和空间站的能源不足。日本已提出把月球发电作为21世纪的新产业，并设想用微波技术把电送回地球。     理想中的月球基地需要有宽敞的密闭环境，保持其内部有与地面上一样的温度、压力和空气成分。在密闭环境内，人类和动物、植物共生在一起，氧气、水和食物互相循环转换，不需外界补给。在地球出现人口过多时，可向月球移民。     现在，美国、日本、欧空局、俄罗斯等都制定了有关的长远计划。     第四步是载人火星飞行。火星是与地球最近似且距地球最近的一颗行星，研究它对认识地球本身和整个太阳系都有重要意义，尤其是对揭开生命的起源和演化很有帮助。21世纪还有可能建立火星城市，向火星移民。现在，已有一些国家正在为载人火星飞行的计划做准备。载人火星飞行的关键是要掌握载人火星飞船生命保障系统的再生循环技术，此外还要搞清在飞往火星的漫长旅途中（一年半）长期失重以及寂寞孤独对人体生理和心理的影响。       《环球时报》 (2001年03月02日第十四版)

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