2015年，國(guó)家發(fā)改委等部門聯(lián)合發(fā)布《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》,被很多人稱為“中國(guó)商業(yè)航天元年”。10年間，我國(guó)商業(yè)航天蓬勃發(fā)展，商業(yè)航天技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，使越來(lái)越多更加貼近生活的航天需求日益涌現(xiàn)。在工業(yè)領(lǐng)域，商業(yè)航天借助衛(wèi)星遙感與通信技術(shù)，為礦產(chǎn)勘探提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐；智慧農(nóng)業(yè)中，“空天地海”衛(wèi)星組網(wǎng)提供的海量數(shù)據(jù)，能夠助力農(nóng)業(yè)精細(xì)化管理；在防災(zāi)減災(zāi)中，商業(yè)航天通過(guò)快速調(diào)度衛(wèi)星拍攝、回傳并處理圖像，為救援決策提供有力依據(jù)，最大程度減少災(zāi)害損失。而商業(yè)航天，也為大眾參與航天開(kāi)辟了新天地。本期，我們邀請(qǐng)商業(yè)航天領(lǐng)域的專家學(xué)者，一起探討——
商業(yè)航天涵蓋衛(wèi)星制造、火箭制造、衛(wèi)星應(yīng)用等領(lǐng)域，已成為大國(guó)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)與博弈的主陣地和主戰(zhàn)場(chǎng)，穩(wěn)居世界航天經(jīng)濟(jì)的核心地位。
目前，商業(yè)航天探索可分為三類：一是將國(guó)際空間站上的技術(shù)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品；二是在空間站上設(shè)立商業(yè)模塊，生產(chǎn)在地面無(wú)法生產(chǎn)的各類產(chǎn)品；三是為開(kāi)展太空旅游做準(zhǔn)備。
國(guó)際空間站上已經(jīng)開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)。例如，凈化水的技術(shù)——空間站上的水是ag九游會(huì)官方網(wǎng)站再生式的，需要體積小、效率高的凈化水設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)也可以用在地面上。實(shí)際上，為空間站研制的各類小、強(qiáng)、精度高的設(shè)備，商業(yè)價(jià)值都非常高。例如，下一代小型醫(yī)療掃描技術(shù)、微重力高級(jí)診斷超聲設(shè)備等，未來(lái)或許能夠解決偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療設(shè)備不足的問(wèn)題。再比如，航天員在微重力情況下會(huì)肌肉萎縮和骨質(zhì)流失，這也是衰老的典型癥狀。如果能找到治療方法，商業(yè)價(jià)值非常大。
目前，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都在計(jì)劃開(kāi)展更多太空實(shí)驗(yàn)。比如，美國(guó)計(jì)劃在空間站開(kāi)展用于探索快速發(fā)展的生物技術(shù)。其中三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)值得我們關(guān)注：一項(xiàng)研究是在空間站上嘗試種植植物；另一項(xiàng)研究要探討為什么微生物在微重力下產(chǎn)生的抗生素會(huì)增加；第三項(xiàng)是測(cè)試一種新設(shè)備，用于結(jié)晶1000多種生物樣本。
太空旅游也是商業(yè)航天發(fā)展的一個(gè)方向，美國(guó)的藍(lán)源公司開(kāi)發(fā)了以火箭為動(dòng)力的垂直起飛和著陸工具，開(kāi)展亞軌道旅游。維珍銀河公司嘗試亞軌道飛機(jī)，即用火箭發(fā)射到太空，再乘坐航天飛機(jī)。還有公司提出在月球建立可充氣結(jié)構(gòu)空間站，用以開(kāi)展旅游。
截至2023年，我國(guó)已有商業(yè)航天企業(yè)300多家。其中，總資產(chǎn)超過(guò)10億元人民幣的企業(yè)，有100多家。這100多個(gè)企業(yè)中的69%，從事衛(wèi)星制造與應(yīng)用以及火箭制造行業(yè)。
我國(guó)未來(lái)商業(yè)航天的發(fā)展，分為技術(shù)領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域。技術(shù)領(lǐng)域可以發(fā)展重型運(yùn)載火箭，將更重的設(shè)備送上太空，還可以開(kāi)展在軌衛(wèi)星維修與維護(hù)業(yè)務(wù)，延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命。
飛機(jī)最初并非為大眾服務(wù)，然而經(jīng)歷了商業(yè)化運(yùn)行，今天的飛機(jī)已成為大眾交通工具。
商業(yè)航天與政府主導(dǎo)的航天工程最大的區(qū)別，在于強(qiáng)調(diào)商業(yè)邏輯。這意味著其科技發(fā)展以商業(yè)回報(bào)為主要目的，強(qiáng)調(diào)的是經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)性。
商業(yè)航天如何降成本？筆者認(rèn)為，它更多是對(duì)于資源使用模式的改變，而不是一系列全新的技術(shù)突破。
以可回收火箭為例，過(guò)去人們?cè)紤]給火箭裝上翅膀，讓它像飛機(jī)一樣著陸。這一方案必須增加新的控制系統(tǒng)和巨大的機(jī)翼，給火箭增加了不必要的重量?，F(xiàn)在的微電子技術(shù)和工程控制技術(shù)，足以支撐火箭姿態(tài)的調(diào)整；再加上其它已經(jīng)成熟的新技術(shù)，足以完成火箭的“回歸”，發(fā)射成本就能顯著降低。
成本能降到什么程度？過(guò)去發(fā)射1公斤載荷進(jìn)入地球軌道的成本是數(shù)萬(wàn)美元，如今商業(yè)航天企業(yè)第一次把發(fā)射成本壓到了每公斤5000美元以下。未來(lái)可能更低——有些企業(yè)設(shè)定的目標(biāo)是把太空發(fā)射成本降到每公斤百美元量級(jí)。
這意味著很多原來(lái)掏不起錢、買不起“船票”的“乘客”，現(xiàn)在也可以享受太空“服務(wù)”了。例如低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，它讓低軌道太空資源能夠與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合到一起，要發(fā)射數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)的低軌衛(wèi)星。如果不是可回收火箭，這項(xiàng)工程的成本是不可想象的。
而一旦能夠低成本進(jìn)入低軌，哪怕是地球亞軌道，甚至只到地球大氣層上緣看一看滿天的星空，都可能列入人們的夢(mèng)想清單——太空旅游會(huì)是非常繁盛的市場(chǎng)。
總體來(lái)看，商業(yè)航天有前途、有挑戰(zhàn)，關(guān)鍵在提升硬實(shí)力和降低成本。商業(yè)航天是航天探索最新的變化，將為航天探索和技術(shù)應(yīng)用提供更充沛的動(dòng)力和更多的可能。
光學(xué)衛(wèi)星應(yīng)用非常廣泛，不過(guò)其使用需要很好的光學(xué)條件，如果一個(gè)地區(qū)有云、霧、雨，或者到了黑夜，就沒(méi)辦法進(jìn)行很好的觀測(cè)。雷達(dá)衛(wèi)星是由雷達(dá)主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，通過(guò)信號(hào)的回波處理得到結(jié)果，并可視化展現(xiàn)出來(lái)，以獲得理想的衛(wèi)星效果圖。
那么，利用雷達(dá)衛(wèi)星能做什么呢？可以做路網(wǎng)或道路分析，或者分析某個(gè)地區(qū)的建筑形態(tài)、植被狀況等。特別是在防災(zāi)減災(zāi)中，天氣情況不好的時(shí)候，常規(guī)的光學(xué)衛(wèi)星很難得到滿意的結(jié)果，但雷達(dá)衛(wèi)星卻可以得到相對(duì)準(zhǔn)確的地面情況。
雷達(dá)衛(wèi)星就像太空中銳利的“眼睛”，在國(guó)土測(cè)繪、洪澇災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、氣象災(zāi)害、礦山監(jiān)測(cè)、海洋檢測(cè)等特殊領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
由于雷達(dá)衛(wèi)星目前還比較少，數(shù)據(jù)資源稀缺性非常明顯，因此也成為商業(yè)航天的重要賽道。
在這方面，歐洲空客公司的TerraSAR衛(wèi)星做得比較成熟，因?yàn)槠湎∪毙?，在?guó)內(nèi)曾報(bào)價(jià)很貴，動(dòng)輒幾萬(wàn)元一景——通常買到的還不是原始數(shù)據(jù)，而是分析處理后的數(shù)據(jù)，這也就意味著它只能做有限應(yīng)用，如果有其他需求還要重新花錢。
在這方面，我國(guó)應(yīng)抓住機(jī)遇。現(xiàn)在商業(yè)航天更多基于低軌開(kāi)展，隨著發(fā)射成本的下降，像雷達(dá)衛(wèi)星這樣軌道低、體積小、重量輕的衛(wèi)星，可以通過(guò)星座群實(shí)現(xiàn)快速重訪，相比較高軌位上的大型衛(wèi)星有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。
《三體》中這樣寫(xiě)道：“人類還得繼續(xù)改進(jìn)航天器時(shí)代的石斧和棍棒，那就是化學(xué)推進(jìn)火箭?！?/p>
目前火箭大多是化學(xué)推進(jìn)，但明顯已無(wú)法滿足需求——進(jìn)入21世紀(jì)，衛(wèi)星等航天器需要維軌、爬軌、深空探測(cè)等，要求我們提供高比沖（編者注：衡量發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵指標(biāo)，指單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量或推力）、更省油的推進(jìn)方式。
電推進(jìn)應(yīng)運(yùn)而生。電推進(jìn)是把中性的氣體通過(guò)電離產(chǎn)生等離子體，再借助電場(chǎng)加速噴出離子，從而獲得推力，其主要應(yīng)用場(chǎng)景在深空探測(cè)、軌道爬升、軌道機(jī)動(dòng)等。電推進(jìn)最典型的應(yīng)用是組網(wǎng)星座，例如一箭60星的SpaceX“星鏈”，就使用了霍爾電推進(jìn)。
當(dāng)前，太空組網(wǎng)成了新基建。我國(guó)的兩大星座計(jì)劃——G60千帆星座和國(guó)網(wǎng)星座的發(fā)射數(shù)量，預(yù)計(jì)未來(lái)10年將達(dá)到上萬(wàn)顆。它們都使用了電推進(jìn)技術(shù)。
除了近地軌道組網(wǎng)，地月深空探測(cè)也需要這項(xiàng)技術(shù)。2023年，美國(guó)航空航天局使用4臺(tái)4.5千瓦霍爾推力器為主推力器，深空探測(cè)攔截小行星，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)控制。此前，還有“黎明”星探測(cè)器，這是第一顆環(huán)繞兩顆地外天體運(yùn)行的航天器，使用的也是離子發(fā)動(dòng)機(jī)。
電推進(jìn)技術(shù)可能應(yīng)用的場(chǎng)景還有很多。例如，空間軌道上衛(wèi)星和碎片總數(shù)超過(guò)1億，增加了衛(wèi)星碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)展清理碎片的空間軌道服務(wù)，需要電推進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確位置控制。再比如，可以利用電推進(jìn)技術(shù)建造“太空擺渡車”，先將有效載荷放入某個(gè)轉(zhuǎn)移軌道，再通過(guò)獨(dú)立自主的電推進(jìn)飛行器，進(jìn)入預(yù)定的軌道。
電推進(jìn)并不是發(fā)展的終點(diǎn)。展望未來(lái)，人類要飛出太陽(yáng)系、實(shí)現(xiàn)星際移民計(jì)劃，必將有更先進(jìn)的推進(jìn)方式。我們拭目以待！
問(wèn)：總說(shuō)航天成果惠及百姓。那么，我們身邊有哪些東西是從航天需求發(fā)展而來(lái)的呢？
王亞男：生活中，很多產(chǎn)品的技術(shù)最早都來(lái)自航天工程。例如，眾多高質(zhì)量的聚合材料原本都是航空航天使用的，比如現(xiàn)在使用非常廣泛的高性能便攜水壺、嬰兒奶瓶，又輕又耐高溫，環(huán)保健康。這類材料最初就是為航空航天需求研發(fā)的。再比如，B超過(guò)去是航天醫(yī)學(xué)研究用的設(shè)備，CT、微波爐原本都是在航天實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)醫(yī)學(xué)用的，還有一些食品保鮮技術(shù)也源于航空食品的保鮮需求。
任凌：據(jù)說(shuō)我們現(xiàn)在能夠觀測(cè)到的太空人造衛(wèi)星，約有1萬(wàn)個(gè)；直徑大于10厘米的太空垃圾超過(guò)4萬(wàn)個(gè)。這么大的數(shù)量，在太空中肯定有相撞的概率。例如2021年7月和12月，中國(guó)國(guó)家空間站為了預(yù)防性規(guī)避“星鏈”衛(wèi)星接近，分別進(jìn)行了兩次軌道機(jī)動(dòng)，這對(duì)空間站本身有很大的風(fēng)險(xiǎn)。為了避免碰撞，要做很多工作，比如衛(wèi)星上的太空態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，就能讓我們主動(dòng)規(guī)避或提前做出預(yù)防設(shè)施。太空垃圾無(wú)疑增加了碰撞風(fēng)險(xiǎn)。去年，我們將一顆報(bào)廢的北斗衛(wèi)星拖到更高的軌道——太空衛(wèi)星墳場(chǎng)，以免妨礙其他衛(wèi)星。這是一種清理的方式。當(dāng)然，這還不夠，我們還在不斷嘗試其他方式，以解決太空垃圾問(wèn)題。