中国科技2020|北京谋太空宏图 五星红旗插上月球掀探月巨变

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2020年年终的中共中央经济工作会议上,中国政府为2021年发展重点部署八大任务。这场中共高层官员的工作会议,不仅将“强化国家战略科技力量”列为下一年经济发展首要任务,且坦言要通过举国体制优势发展高科技,“尽快解决一批‘卡脖子’问题”。显然,在高科技领域的全球竞争中,中国要提高自己的话语权。回看2020年,中国在探月工程、火星探测、卫星导航、载人深潜、量子研究、数据库技术替代、核聚变技术国际参与以及中微子实验和芯片制造等领域,均有亮眼表现或国家战略部署。这些领域的科技研究,对应着怎样的现实意义?中国的竞争优势和现实挑战格局如何?下一步的发展方向又在哪里?

对中国来说,其面向太空的志向已很明显。50年前,中共在建政21年之后,成功发射了首颗人造地球卫星“东方红一号”。作为太空竞赛的后来者,2020年被视为中国航天发射“超级模式年”,宇航年度发射次数首次超过40次。

实际上,2020年全球七大激动人心的太空任务中,由中国进行的就有两项。7月23日,中国已成功将其首次火星探测任务“天问一号”探测器送入预定轨道,迈出了中国行星探测第一步,彼次发射任务也成为中国航天走向深空的重要里程碑。而11月24日在海南文昌航天发射场用长征五号遥五运载火箭成功发射的嫦娥五号任务则是中国迄今为止最为大胆、最具挑战的月球探测任务。

中国嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆(点击查看高清大图)🔑🔑:

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中国探月工程嫦娥五号于12月17日携带月球样品返回地球后,北京官宣嫦娥五号完成了一次对接、六次分离,两种方式采样、五次样品转移,经历了11个重大阶段和关键步骤,嫦娥五号任务创造了五项中国首次。嫦娥五号带回的月壤新样本预计可以给中国科学家提供理解月球地质、早期历史的信息,而上一次人类将月球样本带回地球还是40多年前的美国和苏联探月计划。

全球七大探月计划风起云涌

作为富饶的“矿场”、理想的“太空补给站”,月球对人类有着天然的吸引力。中国的探月计划引来全球关注,人们再度聚焦中国太空项目发展的同时,实际上多国正纷纷展开着一揽子探月项目,具体来说还有另外六大探月计划。

12月16日,美国商务部长罗斯(Wilbur Ross)在《太空新闻》杂志上撰文称,“西方国家与中国的太空竞赛正在加剧,美国必须保持自己的太空优势”。

美国上一次大规模登月计划在上世纪六七十年代进行,时以古希腊光明神(罗马太阳神)阿波罗(Apollo)命名,在古希腊神话中,阿耳忒弥斯(Artemis)和阿波罗是孪生姊弟,系掌管狩猎和生育的月亮女神。2019年7月,美国航天局公布了“阿尔忒弥斯”计划,提出2024年以前再度实现载人登月,且计划让女航天员完成登月,并最终在月球表面建立长期生存基地,以后还将以月球为跳板为最终载人登上火星创造条件。

“阿耳忒弥斯”计划落点位于月球南极,其原因是月球两极或存储约4.5亿吨的冰,该推测一旦成真,将成为建立月球基地之后解决人类饮水和能源问题的突破点。

2020年7月,俄罗斯航天局(Roscosmos)提出2021年开启探月计划,“月球25”探测器预期在2021年3月完成,并计划在同年10月1日左右发射。2024年、2025年,“月球26”和“月球27”将在欧洲导航系统引导下在月球着陆,并对月球土壤、表面的岩石和尘埃开展采样研究。

另外,俄罗斯还准备继续发射“月球28”和“月球29”,并运送月球车着陆以及采集更多月面标本。有报道显示俄斯拟在2027年到2028年间向月球发射载人航天飞船。

不甘寂寞的欧洲空间局(ESA)也出台了“月球采矿”计划。ESA的探月计划既包含独立自主研发部分,也有与多国、特别是美国合作的部分,脱欧之后的英国也会在具体项目层面继续参与到欧洲和美国的太空计划中去。

欧洲已参与到美国新型大推力火箭的研发制造项目中,并将参与美国的载人登月计划。与此同时,欧洲也在开发自己的月球登陆器,为最终在月球建立基地并进而探索火星做准备。另外,ESA近期发声明称,已与欧洲火箭制造商达成合作协议,将在2025年前开始登月,并谋求最终建立月球基地。ESA计划开采月球表面的风化层,以期从中提取水和氧气,就地生产燃料,进而把月球基地当做深空探索的中转站。

与欧洲类似,日本太空计划也是基于与各盟国合作和自主开发双轨式推进。日本与美国已签署协议,正式加入了美国主导的“阿耳忒弥斯”计划,并希望最终能送日本“太空人”登月。实际上,日本人野口聪一早前已经成功参与美国宇航计划,并业已进入国际太空站。

作为双轨式推进的另一轨,日本宇航研究开发机构(JAXA)也计划在2022年送无人探测机登月观测。

印度的“月船”计划也在进行之中,印度空间研究组织主席西旺2020年1月曾表示,“月船3号”(Chandrayaan-3)探测器登月项目已启动,各项工作“平稳运行”。从公开报道来看,“月船3号”将在“月船2号”基础上展开,预计2020年底或2021年发射升空。

同期,印度首个载人航天飞行计划——“加甘扬”计划在2022年完成,届时会将3名印度宇航员送入近地轨道,并在太空停留大约7天。当下,印度空军已挑选4名男子送往俄罗斯接受训练。

以色列科技部也已向外界表示,拟于2024年之前发射“创世纪2”(Beresheet 2)登月。这是继2019年2月以色列首个月球探测器“创世纪”号搭乘美国“猎鹰9”型火箭升空奔月之后(在准备登月数分钟前,探测器与地面失联,撞向月表),以色列所发射的第二个月球探测器。

嫦娥五号“揽月归来”掀国际探月巨变

中国当代探索外太空较之西方晚了数十年,但现在,中国在2003年实现了第一次载人航天飞行,已是全球第三个实现载人航天的国家;在国际空间站面临“退役阴影”之际,中国空间站建设正稳步推进,出于多种原因,未来太空将极有可能唯有中国空间站……在此次中国探月工程嫦娥五号任务诸多看点中,此番实现的5个首次是中国太空探索的重大突破。

12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球样品,采用半弹道跳跃方式再入返回,在中国内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。( 新华社)

首次在月球表面自动采样,在引力只有地球六分之一的月球环境下,中国的着陆器挑战了如何钻孔、铲挖,再顺利将月球样本封装进上升器;

首次从月面起飞,不同于以往从地面固定发射,嫦娥五号将在月面以着陆器为平台发射上升器,挑战了导流、散热、控制等新问题;

首次在38万公里外的月球轨道进行无人交会对接,上升器发射到月球轨道,与轨道器、返回器组成的组合体交会对接,把采集样品转移到返回器后分离,挑战了高精准度;

首次以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)带着月壤返回地球,以往的返回舱都是以第一宇宙速度(7.9公里/秒)返回,此次返回速度更高、摩擦更大,对嫦娥五号返回器的气动外形、防热材料、姿态控制都是巨大的挑战;

首次建立了中国月球样品的存储、分析和研究系统。

探月工程是中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》明确的国家级科技重大专项标志性工程,分为“探”、“登”、“驻”三大步,简单的三个汉字实际上却是无人探测、载人登月、短期驻扎(建立月球基地)的简称,高科技含量极高。

“探”、“登”、“驻”也是实现月球探测最宏观层面的“三步走”,从世界范围来看,美国已走完前两步,苏联/俄罗斯已走完第一步,中国和其他有探月实力的国家正在走第一步。

中国探月工程自2004年1月立项并正式启动以来,已连续成功实施嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、再入返回飞行试验和嫦娥四号五次任务。前文所提及“三步走”第一大步的“探”又可分出“绕”、“落”、“回”三小步,其中“绕”,即实现环绕月球探测,已由嫦娥一号实现;“落”,即实现月面软着陆和自动巡视勘察,业已由嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号完成;“回”,即实现无人采样返回,则将由嫦娥五号、嫦娥六号来实现。

嫦娥五号的发射之所以特别引人关注,在于其标志着中国探月工程“绕”、“落”、“回”三小步的最后一步即将完成,“探”、“登”、“驻”三大步的第一阶段开始收官,而且它此番实现的中国航天史上的5个“首次”,对中国航天人而言是一次大考。

美苏之间的联合太空任务始于1975年,基于戒心,白宫长期以来刻意要求其航天部门与中国方面保持距离,除了将中国挡在国际空间站之外,美国国会在2011年还出台了沃尔夫条款,禁止美国国家航空航天局(NASA)与任何中国实体合作,甚至禁止中国游客进入NASA设施,中国发射的任何卫星上也不被允许含有任何美国部件。

但多年过去后,美国外交家(The Diplomat)网站12月16日发表文章称,“美国并没能把中国束缚在地球上”。从官方发布的消息来看,以嫦娥五号任务成功为起点,中国探月工程四期和行星探测工程将接续实施。《纽约时报》在嫦娥五号的相关新闻中称,“嫦娥五号的成功凸显了中国太空计划的进步,为未来几十年新一轮太空竞赛奠定了基础。这一次将是对月球资源的争夺,可能还会推动更深层次的太空探索。”

“从人造卫星,到月球和火星,中国在这些领域中正迅速变成太空超级大国”,美国《时代杂志》报道引述美国宇航局(NASA)的前高级顾问凯西•劳里尼(Kathy Laurini)的话说,“他们(中国人)设立战略性,长期性的目标,而且为达到这些目标进行专注的,系统性的努力。”

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