中国航天的可能任务

　　在我们庆祝中国的第一个航天日的时候，往日的中国航天成就会一幕一幕地涌上心头。奋勇向前的航天人为我们带来了太多喜悦和自豪。不过，我们始终相信，未来的中国航天会给祖国乃至全人类带来更多的荣耀和惊喜。但是，这一切都需要有更先进的技术和更缜密的策划才能够得以实现。在向更加深远的太空进发的时候，航天还需要掌握哪些新技能，拥有哪些新装备呢？ 　　祝融之神力 　　中国新一代自主研发的大推力重型火箭“长征”5号即将踏上她的征程，为中国航天的近地轨道探索提供25吨的运载能力，同时也能够为深空探测带来更多的可能。这款与欧空局的“阿丽亚娜”火箭处在同一级别的重型火箭将开启中国航天的大推力时代。未来，数字化的、高效环保的“长征”5号和“长征”7号等火箭将逐步替代“长征”2号和“长征”3号火箭，执行大量的载人和货运任务。不过，在新一代火箭和老一代功勋火箭并存的这段时间里，我们当然不能停留在已经取得的成就上而停下奔跑的脚步。 　　放眼望去，更大型的运载火箭已经在美国和俄罗斯这样的航天强国中得到了立项。美国推出了“空间发射系统”（SpaceLaunch System，简称“SLS”火箭）的设计概念。这是一种从航天飞机系统中演变而来的运载火箭，由美国国家航空航天局（NASA）设计，主要是为了取代已遭取消的星座计划，并取代已经退役的航天飞机。在美国2010年的授权法案后，NASA计划将战神一号与战神五号合并为一个既可载人也可载物的运载火箭：之后再陆续发展为更大酬载量的版本。整体而言，SLS火箭与“土星”5号火箭比较相近。SLS火箭的发展分为两个阶段。第一阶段以载重量70吨的“星座计划”载人任务为主，发射时将产生3810吨的推力：第二阶段则会发展出载重量130吨的货运型火箭，发射推力约合4173吨，其高度和总重量将分别为117米和2948吨。初步预计第一阶段的SLS火箭将会在2017年年底之前�M行绕月载荷发射测试。今后，这款火箭将具备将人类送上火星的能力。苏联解体后，俄罗斯开发了的一个全新的火箭系列，使用新一代的RD-170发动机替代了“质子”火箭的RD-275发动机和“联盟”火箭的RD-107发动机。按照重型火箭的新的命名方式，该系列火箭以西伯利亚东南部的安加拉河为名。这款由国营联合火箭航天集团公司研发的火箭采用模块化设计，可借由捆绑多个通用火箭模组随任务需要组合出不同推力的火箭，将巨型货物运送到近地轨道。“安加拉”火箭不但将成为俄罗斯未来重型火箭的主力，也会被其他一些国际客户所重视。 　　按照中国古代的传说，燧人氏了发明钻木取火，但有了火种不会保留和使用，后由祝融发明了使用火和保留火种的方法。黄帝于是封祝融为主管火的正火官。祝融拥有驾驭和使用天火的神力。希望祝融能够用这种神力庇佑在问天之路上求索的航天人，用更大推力的火箭突破近地轨道25吨的限制，早日让中国的运载火箭的运载能力达到100吨以上。这样，载人登月、载人探火的计划就可以更为顺利地推进下去。 　　鲁班之神技 　　随着中国载人空间站计划的稳步推进，在不久的将来，我们就能看到一个由多个舱段组合而成的中国长期有人照料的空间站运行在太空中。不过，随着空间站的任务越来越复杂，舱段越来越多，我们需要有一款功能强大且可靠耐用的太空机械臂。 　　1969年，加拿大受NASA的邀请，参与了航天飞机计划。1975年，NASA和加拿大国家研究理事会签署了一个合作谅解备忘录，加拿大开始为航天飞机研制遥控机械手系统，也就是经常被提到的“加拿大臂”。升级版的加拿大臂能够在太空中抓取和运送3 293千克的物体。这种有6个关节，450千克重，15.2米长，直径为38厘米的机械臂在航天飞机和国际空间站上都得到了大量应用。在释放和捕获卫星、维护保养哈勃望远镜、搭建国际空间站等任务中表现出色。 　　据说中国的锯子、墨斗、钩强、曲尺、古代大门扇上用来装饰及敲门的铺首都是鲁班发明的。但愿善于发明工具的鲁班之精神能够被航天人所传承，在今后中国制造的太空机械臂上发挥出精巧和精密的特点，为中国空间站的装配和大型航天器的抓取和释放提供条件。 　　老君之神丹 　　随着空间站技术和其他相关的太空技术的飞速发展。把人送入太空并长期生活早已不再是空间站存在的唯一意义。太空育种和太空制药将会成为人类航天探索的重要成果。实际上，早在上世纪60年代，人类就已经对在太空环境中的种子和胚胎进行了相关论证。如今，水稻、小麦、玉米、高粱、棉花、西瓜、辣椒等数十几类作物近500个品种进行了与太空育种有关的研究。经过太空育种和地面选种之后的作物，其生长周期、营养物质含量和产量等方面的指标都可以变得非常优秀。而太空制药更是把航天器对人类的贡献提升到了一个新的高度。 　　在微重力环境中，试管中的细胞不会沉降到容器底部，这些悠然悬浮在培养液中的细胞能够比地球上的细胞保持更加旺盛的生命力。由它们生产出来的生物制剂就会有更大的产量。从药品质量的角度来看，太空制药有着难以被地球上的任何一家药品研制单位企及的独特优势。在制药环节中，分离和提纯是两个常用的工艺。借助太空的微重力环境，电泳分离的方法制药的效率会得到大幅提升。早在上世纪70年代，美国和苏联联合进行的人类历史上第一次由两个国家的航天器配合完成的空间试验任务中，太空制药的优势就已经表现了出来。当时，在美苏两国宇航员的配合下，他们从5%的肾细胞中分离出了尿激素。虽然这个数据看起来感觉效率不高，但实际上这样的分离效率是地面实验室分离效率的将近10倍（微重力环境中，小颗粒不会像在地面上那样受重力影响而产生明显的沉淀现象，从而能够大幅提高电泳效率）。尿激素是一种用于能够溶解血栓的抗凝血特效药。以往因为其分离效率低从而极其昂贵，而当太空电泳制药能够大规模运作的时候，尿激素的产量会变得足够大，且成本会大幅下降。根据当时科学家的初步估计，仅抗凝血特效药这一种产品，仅在美国这一个国家，每年就足以拯救5万人的生命。 　　在中国古代神话中，炼制长生不老神丹的太上老君将他的八卦炉设在了天庭上的“离恨天兜率宫”中。我们不妨将其看做是一种隐喻，或许在不久的将来，中国人也能够在天上的宫阙中拥有一个和八卦炉有着同样神奇的能力的太空制药设备，为保护全人类幸福健康谋福利。 　　干将之神工 　　载人空间站在实现了成功运营之后，就不再是一个需要借助科研经费和政策扶持才能够坚持下去的大型空间科研设备，而是一个能够为大工业提供有力支持的生产工具。回顾1990年6月11日，在“和平”号空间站上，一个硕大的机械臂帮助“晶体”号舱段与“量子”2号舱段实现了对接。“晶体”号由两个密封舱组成：仪器载荷舱和仪表对接舱。作为“和平”号空间站的第二个径向舱，“晶体”号肩负将空间站由科研设备向工业生产设备转型的重要使命。利用太空的微重力和高洁净度等有利条件，“晶体”号在结构材料、电子器件、生物制剂和植物栽培工艺上都有良好的表现。这个舱段从科学研究的角度来看增强了“和平”号空间站的地球资源勘察和天体物理实验的能力，从航天员生活的角度来说，增大了空间站的空间，为长期载人飞行带来了更加有利的条件。但是，从更长远的角度来看，“晶体”号舱段里面的4个半导体炉在7个月内生产了价值1000万美元的空间材料具有更大的意义。 　　高温涡轮叶片、高纯度巨型单晶、高性能轴承中浑圆的滚珠、高性能光纤、高透明度的玻璃等都需要在微重力和高洁净度环境中来进行生产。另外，太空金属冶炼技术能够创造在地球上难以出现的新合金。工业纯铝的比重为2.71，铅的比重是11.34，铋的比重是9.78，当在地面上的人们试图将这三种金属合成合金的时候，会发现融化的铝液会漂浮在铋铅层的上方。因为铝的比重和这两种金属的差别实在太大，在地球表面的重力作用下，很难相互融合成为合金。而在太空的微重力环境中，比重的差别不会对金属的受力情况带来太多的影响，于是，这三种金属便有了形成合金的可能。借助美国的航天飞机，日本科学家已经制成了铝铅铋合金。这种在太空熔炉中以1300%加热半小时形成的合金在极低温度环境中会呈现出“超导”特性。今后，随着超导技术的发展，类似铝铅铋合金的这种生产方法将会得到大量应用。 　　传说中的干将莫邪善于打造宝剑，而在空间站中打造的新型材料和部件会为科学探索和工业生产提供强有力的支持，为人类文明的进步披荆斩棘。 　　诸葛之神策 　　毫无疑问，中国航天取得了能够引全世界为之瞩目的成就，也拥有凝聚民族意志、激励民族探索精神的重大意义。在探索人类未知和前沿科学的同时，航天的商业化也逐渐开始被人们广泛关注。全球航天产业的经济总量已经超过了3300亿美元，其中，商业航天占比达76%。通信、导航和遥感成为商业航天中的3个重要组成部分。对于已经进入航天技术发展第一梯队的中国航天而言，技术上的蓬勃发展与商业中的巨大成功的结合有着更为深远的意义。美国曾经有一段时间因为限制商业航天的发展而让欧空局的“阿丽亚娜”系列火箭取得了令人羡慕的商业成功。如今，美国已经通过了相关法律，在卫星通信、遥感和航天发射领域对私营企业开放。该政策使得SpaceX、轨道科学、蓝色起源等公司逐渐崛起。美国开放的0.25米分辨率的遥感图像对卫星遥感数据的商业化起到了非常大的推动作用，带动了相关产业的兴起和发展。技术转移和政府采购的政策使得美国私人航天的发展有着良好的势头。 　　未来，中国航天的商业化将会采用怎样的方式来进行，这有赖于政策制定和市场推动等多方面因素的影响。遥想蜀汉，诸葛亮在双流华阳居住的时候，植桑八百，鼓励民众发展蚕桑蜀锦生产，形成了“家家置织机，户户出蜀锦”情形。在东晋左思的《蜀都赋》中有“技巧之家，百室离房，机杼相和”的描绘。另外，诸葛亮还鼓励人们开荒拓地，积极从事生产活动。我们的先民有着调动全民积极性的智慧，如今的中��航天事业也正需要有梦想和情怀的人们投入进来，共同谋求更大的发展。 　　责任编辑：邢强