1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林乘東方號(hào)（Vostok）飛船實(shí)現(xiàn)了人類第一次環(huán)繞地球的低軌道飛行，揭開(kāi)了世界載人航天活動(dòng)的序幕。1992年9月21日，我國(guó)載人航天工程正式立項(xiàng)。筆者在《科技導(dǎo)報(bào)》1993年7期發(fā)表了《發(fā)展載人航天的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)》一文。文章指出32年的載人航天活動(dòng)，既有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有深刻的教訓(xùn)?？偨Y(jié)這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，無(wú)疑對(duì)今后的載人航天活動(dòng)有十分重要的意義。文章總結(jié)了已取得較多共識(shí)的6條經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：①人與自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合是開(kāi)發(fā)空間資源的必由之路。②發(fā)展載人航天既要考慮提高國(guó)家的威望，又要有明確的科學(xué)試驗(yàn)、技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的目的。③必須高度重視載人航天系統(tǒng)的可靠性和安全性。④降低空間運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸費(fèi)用和提高其使用性能，已成為有效開(kāi)發(fā)空間資源的重要前提。⑤國(guó)際合作已成為發(fā)展載人航天的必然趨勢(shì)。⑥必須不斷發(fā)展先進(jìn)的大型工程的管理技術(shù)。

　　在這之后，筆者將自己撰寫的有關(guān)空天飛機(jī)的幾篇論文寄給了錢學(xué)森先生，錢老在回信中首先說(shuō)：“7月20日的信和大作9篇都收到，十分感謝！昨在《科技導(dǎo)報(bào)》1993年7期又見(jiàn)您的《發(fā)展載人航天的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)》，所談6點(diǎn)我都同意。我認(rèn)為人們尤其應(yīng)該重視遙現(xiàn)技術(shù)和遙操作技術(shù)，以免付出人長(zhǎng)期在天上‘受罪’的巨大代價(jià)。我希望我國(guó)的航天事業(yè)能后來(lái)居上，勝人一籌！”錢老的回信，大大鼓勵(lì)了筆者繼續(xù)跟蹤世界載人航天的進(jìn)展并進(jìn)行研究。近30年來(lái)，世界載人航天進(jìn)展很快，也產(chǎn)生了許多變化。雖然30年前我們總結(jié)的載人航天的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)仍然正確，但是載人航天中的許多新的進(jìn)展仍然引發(fā)我們?cè)偎伎肌?/p>

　　月球、火星是未來(lái)載人航天的目的地

　　未來(lái)30年，人類將從地球軌道飛向月球和火星。首先，人類將重返月球。2019年5月23日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)布了《飛向月球：NASA月球探索戰(zhàn)略計(jì)劃》。美國(guó)重返月球計(jì)劃取名為“阿耳忒彌斯”（Artemis），它將分兩階段實(shí)施。第一個(gè)階段的目標(biāo)是要執(zhí)行“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）與“獵戶座”（Orion）飛船集成的無(wú)人飛行測(cè)試（阿耳忒彌斯-1任務(wù)），再執(zhí)行“獵戶座”飛船載人繞月飛行測(cè)試（阿耳忒彌斯-2任務(wù)），然后執(zhí)行載人登月（阿耳忒彌斯-3任務(wù)）。在此期間，NASA還將與美國(guó)工業(yè)界合作，為快速重返“月球開(kāi)發(fā)月球軌道門戶”（Gateway）部件、無(wú)人商業(yè)月球著陸器和載人月球著陸系統(tǒng)，并為其提供商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)射服務(wù)。第二個(gè)階段的目標(biāo)是具備在月球軌道及其表面的持續(xù)探索能力，為完成載人火星任務(wù)打下基礎(chǔ)。“門戶”將作為深空前哨站和繞月燃料補(bǔ)給站，并作為未來(lái)前往火星的中轉(zhuǎn)站。

　　2015年10月8日，NASA公布了《火星之旅：開(kāi)拓太空探索新篇章》。載人火星探測(cè)有重要的科學(xué)意義，它將為人類揭示宇宙起源、地球的起源和生命的起源提供重要依據(jù)，除此以外，許多無(wú)人探測(cè)火星的結(jié)果表明，火星是太陽(yáng)系內(nèi)各方面條件最接近于地球的一顆行星，也是人類唯一在現(xiàn)有能力下可以達(dá)到的、備用的棲息地。最后，在人類探索火星的過(guò)程當(dāng)中，開(kāi)發(fā)的一系列技術(shù)也必將用于改造地球上的沙漠的荒涼地帶，為地球上的人類造福。

　　2016年9月28日，在墨西哥舉辦的第67屆國(guó)際宇航大會(huì)上，美國(guó)太空探索技術(shù)（SpaceX公司）創(chuàng)始人埃隆·馬斯克作了“讓人類變成多星球物種”的主題演講，并推出了用于人類殖民火星的“星際運(yùn)輸系統(tǒng)”（ITS）,最后定名為“星艦”（StarShip）計(jì)劃，提出了最早要在2025建年實(shí)現(xiàn)載人登陸火星，更長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)人類向火星移民。目前，埃隆·馬斯克正在加緊研制“星艦”系統(tǒng)。

　　由此可見(jiàn)，人類有望在21世紀(jì)30年代登陸火星。但是他提出的建立火星城市的設(shè)想估計(jì)要有一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

　　空間站是載人航天的基礎(chǔ)設(shè)施

　　世界載人航天發(fā)展出現(xiàn)了新的目的地，必將影響到目前載人空間站的任務(wù)。無(wú)疑，低地球軌道（LEO）的空間站最初是作為低軌道太空微重力科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)在仍然擔(dān)負(fù)著這項(xiàng)任務(wù)，但它必定也是要研究人在未來(lái)的月球、火星環(huán)境下人的適應(yīng)性的。目前的航天運(yùn)輸系統(tǒng)將人類送至火星的時(shí)間至少要半年以上，為此，空間站是研究人類長(zhǎng)期在太空環(huán)境中生存能力的最好的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　與此同時(shí)，在原有的低地球軌道空間站的基礎(chǔ)上，人類逐步認(rèn)識(shí)到建設(shè)月球軌道空間站和火星軌道空間站的必要性。

　　由美國(guó)、俄羅斯、日本、加拿大和歐洲等在1998年開(kāi)始共同建造“國(guó)際空間站”（ISS），到2011年2月組裝工作全部結(jié)束。ISS的組成部分主要有：美國(guó)的長(zhǎng)達(dá)108.6m的主桁架、居住艙、實(shí)驗(yàn)艙和太陽(yáng)能電池陣，日本的實(shí)驗(yàn)艙，歐洲航天局（ESA）的哥倫布軌道設(shè)施，加拿大的移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng),俄羅斯的功能艙、服務(wù)艙、研究艙和太陽(yáng)能電池陣等。ISS原定的任務(wù)是進(jìn)行在低地球軌道的有人照料的太空科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)。過(guò)去的20年，ISS獲得了豐富的科研成果，包括太空技術(shù)開(kāi)發(fā)、物理學(xué)與生物學(xué)的微重力研究、人體生理學(xué)研究、地球科學(xué)與教育等。其中最引人注目的成果是：證明了普通細(xì)菌在太空飛行期間會(huì)增強(qiáng)致病的能力，但改變細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境可以控制其毒性；演示了將藥物輸入人體內(nèi)目標(biāo)部位的新方法。然而，由于ISS耗資巨大，加上建設(shè)周期太長(zhǎng)，維修任務(wù)因部件老化而更加繁重，從而使其建成之時(shí)就面臨窘境。

　　ISS做的最多的研究是測(cè)試惡劣的太空環(huán)境對(duì)人體、生物和材料的影響，這對(duì)今后的載人深空探索具有重要價(jià)值。首先，ISS是完成載人火星任務(wù)而必須的試驗(yàn)基地。人去火星需要半年以上的時(shí)間，因此可以利用ISS試驗(yàn)航天員在太空的長(zhǎng)期生活和工作能力。其次，ISS可以試驗(yàn)未來(lái)載人訪問(wèn)月球、火星與建設(shè)基地必須掌握的技術(shù)，包括太空3D打印技術(shù)和天基太陽(yáng)能技術(shù)等。

　　2022年，中國(guó)空間站即將建成，與ISS相比，中國(guó)空間站起步較晚，但具有后發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)建造空間站的目標(biāo), 中國(guó)空間站在構(gòu)型布局上進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，以保證空間站具備更強(qiáng)大的科學(xué)和應(yīng)用能力。中國(guó)空間站還采用了許多創(chuàng)新技術(shù)，如：30%以上的光電轉(zhuǎn)化效率的太陽(yáng)能技術(shù)、高比沖電推進(jìn)技術(shù)、高閉合度環(huán)控生保技術(shù)等?？梢哉f(shuō)，中國(guó)空間站的能力處于國(guó)際前列。中國(guó)空間站可以進(jìn)行廣泛的太空技術(shù)試驗(yàn)和微動(dòng)力環(huán)境下的多種科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)，此外還提供了對(duì)地觀測(cè)和天文觀測(cè)的能力。中國(guó)空間站還有變重力的設(shè)施，以模擬月球和火星的重力環(huán)境。因此，中國(guó)空間站是一種多用途載人航天基礎(chǔ)設(shè)施。

　　商業(yè)化是發(fā)展載人航天的必經(jīng)之路

　　早期，大國(guó)都把載人航天作為國(guó)家的頭等大事。美國(guó)和俄羅斯發(fā)展載人航天，也是由太空競(jìng)賽所啟動(dòng)。因此，這兩個(gè)國(guó)家都采用了由政府領(lǐng)導(dǎo)的舉國(guó)體制。以美國(guó)為例，“阿波羅”（Apollo）計(jì)劃每年花費(fèi)了美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值將近4.5%的資金，雖然贏得了載人登月的勝利，但從1973年以來(lái)，美國(guó)人再也沒(méi)有重返月球。此后，由政府主導(dǎo)的航天飛機(jī)計(jì)劃也遠(yuǎn)未達(dá)到降低運(yùn)輸費(fèi)用的目的。

　　1986年，“挑戰(zhàn)者”和2003年“哥倫比亞”航天飛機(jī)的爆炸解體，都有7名航天員罹難，讓美國(guó)載人航天承受巨大的挫折。

　　NASA早在2008年就啟動(dòng)了“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)（COTS）”項(xiàng)目，旨在為ISS發(fā)展商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)，這種模式又很快推進(jìn)到載人運(yùn)輸領(lǐng)域。

　　在承擔(dān)NASA合同的幾家公司中，表現(xiàn)最突出的是由埃隆·馬斯克在2002年創(chuàng)建SpaceX公司。公司研制的獵鷹-9（Falcon-9）可回收式中型運(yùn)載火箭進(jìn)展順利，既可靠又便宜。2012年5月22日，公司向ISS發(fā)射了史上第一艘用于商業(yè)運(yùn)貨的“龍”（Dragon）飛船。2020年5月30日，公司使用獵鷹-9火箭把載有兩名航天員的“載人龍”（Crew Dragon）飛船成功送入ISS。這次發(fā)射是在美國(guó)航天飛機(jī)退役后，首次利用美國(guó)自己的飛船實(shí)施的載人發(fā)射,目前已完成了多次載人任務(wù)和商業(yè)太空旅游。

　　美國(guó)載人航天的商業(yè)化正在從航天運(yùn)輸系統(tǒng)擴(kuò)展到空間站和重返月球等領(lǐng)域。2019年6 月7日，NASA發(fā)布了ISS商業(yè)化計(jì)劃，商業(yè)化的首要途徑是太空旅游。NASA將允許每年讓兩名私人航天員造訪空間站，每人駐站時(shí)間不超過(guò)30天。其次就是提出ISS貨物往返運(yùn)輸和站上服務(wù)的定價(jià)方案。增加商業(yè)化的試驗(yàn)項(xiàng)目，不僅可以增加收入，還可孕育一批具有產(chǎn)業(yè)前景的項(xiàng)目，讓其在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中脫穎而出。最后，NASA還鼓勵(lì)商業(yè)公司自己建設(shè)商業(yè)空間站。NASA認(rèn)為，ISS商業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)必將有助于未來(lái)載人深空探測(cè)和太空資源的開(kāi)發(fā)。

　　載人航天技術(shù)的突破取決于顛覆式創(chuàng)新

　　60年來(lái)，世界載人航天取得了許多成就，但與人們的期望還有一定的差距。載人航天技術(shù)與其他領(lǐng)域的前沿技術(shù)相比，發(fā)展速度并不快。現(xiàn)如今，摩爾定律在芯片領(lǐng)域仍然有效，而載人航天技術(shù)依賴的航天運(yùn)輸系統(tǒng)主要取決于火箭技術(shù)。60年來(lái)，火箭的比沖只提高10%。目前，載人航天技術(shù)的瓶頸仍然是航天運(yùn)輸系統(tǒng)的能力不足和效費(fèi)比低。航空航天界十分期待使用組合式發(fā)動(dòng)機(jī)的空天飛機(jī)，近年來(lái)，雖然高超聲速吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)獲得重大突破，但是距離低成本的航班化運(yùn)行還有很遠(yuǎn)。另一方面，使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直起飛、垂直降落的重復(fù)使用的航天運(yùn)輸系統(tǒng)卻取得了很大的進(jìn)展。目前，SpaceX公司研制的“星艦”可能是一種性能最高、費(fèi)用最低的航天運(yùn)輸系統(tǒng)。

　　SpaceX公司在航天領(lǐng)域取得的重大進(jìn)展，改變了世界航天的“游戲規(guī)則”，開(kāi)創(chuàng)了一種顛覆性創(chuàng)新模式。它本身具有硅谷精神和“互聯(lián)網(wǎng)基因”，通過(guò)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的快速迭代思維，讓傳統(tǒng)的航天系統(tǒng)工程注入新活力。傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程主張?jiān)谇捌谘兄浦幸┞侗M可能多的風(fēng)險(xiǎn)，以降低試錯(cuò)成本，因此，在前期研制上往往耗費(fèi)很多時(shí)間和精力。SpaceX公司更強(qiáng)調(diào)每一次完整迭代之后產(chǎn)生的“經(jīng)驗(yàn)”，包括基于更先進(jìn)的工具和更優(yōu)化的供應(yīng)鏈協(xié)作關(guān)系，這種走完多次“設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試”流程所需要的成本已經(jīng)大大低于20世紀(jì)的；而每一次經(jīng)歷之后產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際上都降低了項(xiàng)目的整體成本。

　　對(duì)于未來(lái)的載人火星探測(cè)任務(wù)，運(yùn)送人和貨物到火星的時(shí)間仍然在半年以上，從而增加了許多不可預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。為此，我們必須開(kāi)發(fā)利用化學(xué)能以外的能量，包括核能和其他能量的航天運(yùn)輸系統(tǒng)，在這方面的突破取決于航天界的顛覆式創(chuàng)新的能力，這種能力來(lái)自于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展和先進(jìn)的教育制度。

　　載人航天必須加強(qiáng)太空交通管理

　　為了保證載人航天活動(dòng)的安全，必須加強(qiáng)太空的交通管理。目前，地球軌道上已經(jīng)有了大量的太空碎片，一些反衛(wèi)星試驗(yàn)也增加了太空碎片的數(shù)量，特別是隨著低地球軌道寬帶星座的發(fā)展，低地球軌道的交通更加擁擠。近年來(lái),已經(jīng)發(fā)生了多次“星鏈”（Starlink）星座衛(wèi)星十分接近ISS和中國(guó)空間站的情景，從而敲響了空間站安全的警鐘。

　　為了保障載人航天治動(dòng)的安全，要在聯(lián)合國(guó)框架下加太空環(huán)境治理體系建設(shè)。加強(qiáng)太空交通管理，建設(shè)完善太空碎片監(jiān)測(cè)設(shè)施體系、編目數(shù)據(jù)庫(kù)和預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)，統(tǒng)籌做好航天器在軌維護(hù)、碰撞規(guī)避控制、太空碎片減緩等工作，確保太空載人系統(tǒng)安全穩(wěn)定有序運(yùn)行，以及太空活動(dòng)、資產(chǎn)和利益的安全。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　毫無(wú)疑問(wèn)，人類必將迎來(lái)一個(gè)大航天時(shí)代，將使人類的社會(huì)更加繁榮和昌盛，但人類的美麗家園也正在面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，人類要進(jìn)入一個(gè)地球以外可以生存的星球。這里應(yīng)該說(shuō)明，人類進(jìn)入太空也是為了更好地造福與保護(hù)地球。人類向地球以外的移民也可能只是很少的一部分人，因此，保護(hù)和造福我們的家園，同樣是載人航天的重要使命。

　　中國(guó)載人航天的發(fā)展已改變了世界載人航天的格局。中國(guó)載人航天基本上從世界載人航天第二個(gè)30 年起步。從中央決策實(shí)施載人航天工程并確定“三步走”戰(zhàn)略至今，已有30年，我國(guó)首先研制成功了載人飛船，在突破了交會(huì)對(duì)接出艙活動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)以后，在2022年全面建成中國(guó)自己的空間站，世界載人航天進(jìn)入了“雙空間站”時(shí)代。

　　中國(guó)空間站在運(yùn)行過(guò)程中，如何保證其穩(wěn)定安全并達(dá)到預(yù)期的成果，還有許多挑戰(zhàn)。進(jìn)一步，中國(guó)航天還會(huì)向載人登月和載人火星探測(cè)前進(jìn)，因此，我們需要將未來(lái)的載人航天的發(fā)展和現(xiàn)在的空間站任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃。

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