原標(biāo)題:探秘地月空間的無(wú)盡“礦藏”
我們所有人就像一艘船上的乘客,乘著地球在太空中穿行。而許多人除了自己所在的船艙之外,可能極少關(guān)心過(guò)這艘大船的其他部分。
在這個(gè)層林盡染、秋風(fēng)瑟瑟的周末,想跟大家“務(wù)虛”地聊一聊,在地球這艘船的前方——廣袤的宇宙空間中,有哪些待探索的可能性。
抵達(dá)的最近一個(gè)站點(diǎn),自然就是月球。
開(kāi)發(fā)地月空間能干嘛?反正肯定不是去月球挖礦
前不久一則消息傳出,中國(guó)要建設(shè)“地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)”,許多yxh(營(yíng)銷(xiāo)號(hào))又嗨了起來(lái),一時(shí)間去月球上挖礦的、到空間站種巨型蔬菜等等信息撲面而來(lái),充滿(mǎn)了“東宮娘娘……,西宮娘娘卷大蔥”的樸實(shí)想象。
中國(guó),乃至美俄歐日都虎視眈眈的地月空間到底有什么寶藏?其實(shí)早在2016年,中國(guó)載人航天工程原副總指揮張育林就已經(jīng)言簡(jiǎn)意賅的說(shuō)清楚了(劃重點(diǎn)啦,考試要考)——中國(guó)的載人航天規(guī)劃,既非簡(jiǎn)單地登月,也不會(huì)是載人火星探測(cè),而是從搶占未來(lái)發(fā)展先機(jī)的角度,通過(guò)持續(xù)的技術(shù)突破和積累,穩(wěn)步開(kāi)發(fā)利用地月空間。
是不是看完依舊一頭霧水。我們嘗試和大家一起尋找答案:
首先,為什么不是簡(jiǎn)單的載人登月?
學(xué)過(guò)中學(xué)歷史的恐怕都知道,自從1972年之后,人類(lèi)再也沒(méi)有親自登上過(guò)月球了,也就是時(shí)不時(shí)送一些探測(cè)車(chē)上去拍拍照片。50年前都能做到的事,以今天中美俄TOP3隊(duì)伍的航天實(shí)力,真的不可能復(fù)現(xiàn)嗎?答案當(dāng)然是否定的。
主要原因在于,載人登月真的很貴。美國(guó)阿波羅項(xiàng)目將12個(gè)宇航員送上了月球,前后共耗費(fèi)了2000億美元的高昂資金,蘇聯(lián)更是因?yàn)樘崭?jìng)賽被拖垮解體。而此前登月收集到的資料顯示,月球資源并沒(méi)有非常大的開(kāi)采價(jià)值。即使是大家最耳熟能詳?shù)摹昂?” ,開(kāi)發(fā)難度也大到完全沒(méi)有必要跑到月球上搞?;ㄙM(fèi)國(guó)家巨量財(cái)富只為了讓真人上月亮上打個(gè)卡,在和平思想主導(dǎo)的非冷戰(zhàn)期,恐怕誰(shuí)都過(guò)不了自家老百姓這一關(guān)。
其次,搶占了哪些先機(jī)?
既然月球去不去意義不大,為什么說(shuō)地月空間開(kāi)發(fā)是“搶占未來(lái)先機(jī)”呢?
最重要的考量就是——安全與發(fā)展。
對(duì)地面來(lái)說(shuō),近地軌道到月球軌道之間的區(qū)域,在情報(bào)收集、軍事武器部署、衛(wèi)星通訊、空間站活動(dòng)等方面,所帶來(lái)的國(guó)家安全戰(zhàn)略?xún)r(jià)值是難以估量的。
美蘇太空爭(zhēng)霸的核心后來(lái)就從登月轉(zhuǎn)為了近地空間,據(jù)報(bào)道,美國(guó)國(guó)防部在corona衛(wèi)星返回后聲稱(chēng),這一顆衛(wèi)星收集到的情報(bào)超過(guò)了以往對(duì)東歐、蘇聯(lián)和中國(guó)所有U-2偵察機(jī)獲得情報(bào)的總結(jié)。而就在最近,美國(guó)一架運(yùn)輸機(jī)剛剛依靠spacex的“星鏈”實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)高于軍用通信衛(wèi)星速度的網(wǎng)絡(luò)通信。對(duì)于未來(lái)國(guó)家的信息化保障來(lái)說(shuō),地月空間部署顯然是不可或缺的一環(huán)。
(圍繞地球的衛(wèi)星數(shù)量)
而另一方面,如果未來(lái)人類(lèi)必然將向載人火星或更遠(yuǎn)的深空區(qū)域探索,地月空間必然成為該類(lèi)任務(wù)執(zhí)行的前哨站與基地。
根據(jù)國(guó)際宇航科學(xué)院測(cè)算,預(yù)計(jì)到2045年人類(lèi)所有太空任務(wù)的總重量將達(dá)到17萬(wàn)噸,其中97%集中在地月空間。
依據(jù)目前全球的地緣化趨勢(shì)(美國(guó)在國(guó)際宇航大會(huì)期間延遲給中方代表團(tuán)發(fā)放簽證),如果不愿掣肘于人,啟動(dòng)地月空間的自主開(kāi)發(fā),或許就如同15世紀(jì)的“大航海運(yùn)動(dòng)”,具有決不能掉隊(duì)的重要經(jīng)濟(jì)、政治戰(zhàn)略意義。
說(shuō)到這里,肯定有同學(xué)會(huì)質(zhì)疑——不對(duì)啊,既然你說(shuō)登月沒(méi)意義,那為什么美國(guó)還要“不惜一切手段”重啟登月計(jì)劃呢?
答案其實(shí)前面專(zhuān)家也告訴我們了,為了“持續(xù)的技術(shù)突破和積累”。
換句話(huà)說(shuō)就是,上一次人類(lèi)登月的“技術(shù)紅利”已經(jīng)吃的差不多了,這時(shí)就面臨兩個(gè)問(wèn)題,一個(gè)是繼續(xù)向天頂技術(shù)發(fā)起沖擊,一個(gè)是將成熟的航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。而這兩點(diǎn)的基礎(chǔ)則都是對(duì)地月空間的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用,也就是“登月2.0版”了。
比如2017年的國(guó)際宇航大會(huì)上,美國(guó)和俄羅斯就宣布將聯(lián)手在月球軌道上建立一個(gè)叫做“深空之門(mén)”(Deep space gateway)的月球空間站。這個(gè)空間站是用來(lái)干嘛的呢?未來(lái)將作為探索太陽(yáng)系乃至人類(lèi)登陸火星的基地。而就在前不久,NASA副局長(zhǎng)也將開(kāi)展地月空間作為抵達(dá)火星的重要一步。
(Spacex BFR火箭的月球基地想象圖)
而在商業(yè)化上,私營(yíng)企業(yè)就接棒“美國(guó)國(guó)家隊(duì)”成為了登月計(jì)劃的主力軍。不過(guò),而他們的賺錢(qián)空間,其實(shí)還是在地月之間。比如馬斯克的SpaceX,將自己的使命設(shè)定為“讓人類(lèi)成為一個(gè)跨行星物種”,說(shuō)白了就是帶人去火星啦。但它征服星辰大海的第一步,也是從地月空間起步的,包括不斷推動(dòng)可回收重型火箭、可回收貨運(yùn)飛船、星鏈通信網(wǎng)絡(luò)等等……
莎士比亞曾在詩(shī)歌中描繪到——月亮走錯(cuò)了軌道,比平常更近地球,所以人們都發(fā)起瘋來(lái)了。
不過(guò),今天的人類(lèi)早已不僅僅想知道月亮與潮汐的關(guān)系,更想像起航的艦隊(duì)一樣,投入它的臂彎。
當(dāng)我們走進(jìn)地月空間,我們能做些什么?
說(shuō)了這么多人類(lèi)和國(guó)家大義,開(kāi)發(fā)地月空間到底有哪些具體動(dòng)作?我們不妨通過(guò)一些項(xiàng)目來(lái)具象化地想象一下:
1. 常態(tài)化、航班化的天地往返運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。
航天活動(dòng)的首要目標(biāo),肯定就是更加了解地球、反哺地球。換句話(huà)說(shuō),近地空間的深度開(kāi)發(fā)始終都是航天事業(yè)的重中之重。而地月往返運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),是一切地月空間經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的前提。
比如GPS導(dǎo)航、紅外預(yù)警衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星等等,這些硬件的技術(shù)迭代都會(huì)給地面帶來(lái)不可估量的信息與服務(wù)。這些都需要高穩(wěn)定性、推力大、低運(yùn)維成本的重型火箭來(lái)實(shí)現(xiàn),其中重復(fù)使用與可回收更是攻克的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
目前,貝索斯的Blue Origin就成功完成了五次火箭 New Shepard 的發(fā)射與回收任務(wù),終極目標(biāo)是在 2025 年左右運(yùn)輸送各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備、貨物上月球。這位掌門(mén)人是要把亞馬遜全球履行中心搬上月球的架勢(shì)啊,波音與洛克希德馬丁公司聯(lián)合組建的聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟 (United Launch Alliance) 也正在制定圍繞月球的交通網(wǎng)絡(luò)。
而這樣的地月“物流中心”也正是我們所必不可少的,還等待著研究人員們從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始一點(diǎn)點(diǎn)去攻克。
2. 地月經(jīng)濟(jì)活動(dòng)圈的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
被稱(chēng)為“基建狂魔”的中國(guó)可能最懂一個(gè)道理——要想富,先修路。路修好之后,在地月空間中如果想要開(kāi)展經(jīng)濟(jì)活動(dòng),人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、貨物等都要有地方存放才行。
比如太空站公司 Bigelow Aerospace就打算在2020 年左右在月球軌道上建立空間站,可用于存放物資、醫(yī)藥設(shè)備甚至供人類(lèi)居住。馬斯克的SpaceX也跟NASA簽訂了貨運(yùn)補(bǔ)給合同,并已經(jīng)完成了一次任務(wù)。
而目前為止,中國(guó)還沒(méi)有自己的國(guó)際空間站。不過(guò),伴隨著天宮一號(hào)、二號(hào),以及天舟一號(hào)的陸續(xù)上天,中國(guó)距離擁有自己的“太空站”也越來(lái)越近了,成功后必然會(huì)迎來(lái)加快推進(jìn)的增長(zhǎng)期,在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),地月經(jīng)濟(jì)圈的“太空城”建設(shè)也將成為另一個(gè)等待“基建狂魔”征服的廣袤空間。
3.娛樂(lè)化商業(yè)太空活動(dòng)服務(wù)。
國(guó)家航空走向火星和深空,近地航天逐步商業(yè)化之后,也使得許多有意思的娛樂(lè)服務(wù)能夠?yàn)椋ㄓ绣X(qián)的)“普通人”所用。
比如2018年,俄羅斯能源火箭航天公司就打算開(kāi)通太空旅游業(yè)務(wù),讓付費(fèi)游客在國(guó)際空間站上出艙行走,費(fèi)用盛惠一億美元(流下了貧窮的淚水)。這邊還在籌備,那邊馬斯克spacex已經(jīng)搞定了客戶(hù),準(zhǔn)備在2023年讓一位日本企業(yè)家及他的好友們一同搭乘獵鷹火箭繞月飛行……
中國(guó)也有公司(I-Space)計(jì)劃推出太空旅游服務(wù),據(jù)說(shuō)他們剛剛完成了中國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)首次成功的地球軌道發(fā)射,未來(lái)一旦技術(shù)趕上來(lái),價(jià)格將會(huì)遠(yuǎn)低于歐美對(duì)手(還是shzy好)。
此外,利用商業(yè)衛(wèi)星組成logo標(biāo)識(shí)在太空中打廣告,在月球上插上廣告牌,都已經(jīng)在航天初創(chuàng)公司們的新聞稿里出現(xiàn)了。
而這些商業(yè)化力量的加入,也有機(jī)會(huì)為地月空間探索搭建起良性循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。目前我國(guó)的航天事業(yè)還是以“國(guó)家隊(duì)”主導(dǎo)為主,需要現(xiàn)在基礎(chǔ)領(lǐng)域補(bǔ)齊作業(yè)。不過(guò),近些年強(qiáng)大的航天工業(yè)體系也積累了許多人才、技術(shù)和制造實(shí)力,未來(lái)風(fēng)口一旦打開(kāi),中國(guó)的商業(yè)航空力量也有更多機(jī)會(huì)和可能,讓地月空間的發(fā)展成果惠及普通大眾。別的不說(shuō),至少海上WiFi的費(fèi)率能降下去點(diǎn)兒吧???
AI與robot:飛上天和人類(lèi)肩并肩
中國(guó)的地月探索,是孤獨(dú)的。太空站,是獨(dú)立打怪;動(dòng)力系統(tǒng),要自主研發(fā)……總之一切有美國(guó)航天參與的項(xiàng)目,都將中國(guó)排除在外。
人工智能與機(jī)器人,就像是時(shí)代送來(lái)的禮包,正在成為載人月球探測(cè)上的好伙伴,與中國(guó)一起征戰(zhàn)太空。
目前來(lái)看,伴隨著航天運(yùn)載系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大,任務(wù)的復(fù)雜性也在提高,此時(shí)就很有必要建立一個(gè)智能的監(jiān)控系統(tǒng),通過(guò)算法來(lái)對(duì)空間站內(nèi)的運(yùn)作系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)控制,來(lái)避免系統(tǒng)誤差導(dǎo)致災(zāi)難性故障,美國(guó)宇航局在第二代空間站上就大量應(yīng)用了AI技術(shù)。
目前,中國(guó)還在大力推進(jìn)“星光中國(guó)芯工程”,就是利用智能控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)航天器的自主制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制,以及數(shù)據(jù)處理、故障判斷和部分重構(gòu)與維修等工作,從而大大減少對(duì)于地面測(cè)控、通信等支持系統(tǒng)的依賴(lài)。
前不久實(shí)現(xiàn)了月球軟著陸的嫦娥三號(hào),也搭載著AI技術(shù)。在降落途中遇到月表石塊,靠地面通信判斷是完全來(lái)不及的,依靠全自助的快速機(jī)器視覺(jué)識(shí)別與判斷,才最終選定了一個(gè)安全區(qū)域?qū)崿F(xiàn)著陸。
當(dāng)然,要建立外太空基地,智能機(jī)器人也是必不可少的。許多不適宜人類(lèi)操作的外部環(huán)境,機(jī)器人需要替代人類(lèi)完成材料收集、建筑制造、加工修復(fù)等重要工作。中國(guó)航天科工等企業(yè)都紛紛開(kāi)展我此類(lèi)工業(yè)機(jī)器人的研究,著手開(kāi)發(fā)面向機(jī)械臂手眼系統(tǒng)的三維視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)、智能室外巡邏機(jī)器人等等。
而在地面領(lǐng)域,從火箭發(fā)射過(guò)程中的天氣預(yù)警、智能發(fā)射系統(tǒng),以及基于大數(shù)據(jù)和機(jī)械自動(dòng)化的智能制造,都在不斷推進(jìn)中國(guó)航天的升級(jí)。
無(wú)論是地面操作,還是在軌服務(wù),亦或是載人登月和空間基地,人工智能和機(jī)器人正在成為人類(lèi)走向太空不可或缺的一部分,讓中國(guó)乃至整個(gè)人類(lèi)的宇宙之旅不再孤獨(dú)。
工業(yè)文明星火之時(shí),我們?cè)苑夂B罚谑菬o(wú)數(shù)瑰寶和土地相繼毀于“海洋霸主”們手中。此后憑借著一手爛牌,重新走上天頂技術(shù)的牌桌,恐怕沒(méi)有人比我們自己更懂百年來(lái)的篳路藍(lán)縷,也更懂失去太空的焦慮。
而這趟征程的最大意義,或許是在我們說(shuō)出“open the doors”(打開(kāi)艙門(mén))的時(shí)候,不會(huì)聽(tīng)到一句“I'm afraid I can't do that”。無(wú)論那聲拒絕是來(lái)自人類(lèi),還是AI。
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