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    探秘地月空间的无尽“矿藏”

    信息发布者:金冠蒙
    2019-11-20 09:44:58    浏览:1    回复:0    点赞:0


    我们所有人就像一艘船上的乘客,乘着地球在太空中穿行。而许多人除了自己所在的船舱之外,可能极少关心过这艘大船的其他部分。

    在这个层林尽染、秋风瑟瑟的周末,想跟大家“务虚”地聊一聊,在地球这艘船的前方——广袤的宇宙空间中,有哪些待探索的可能性。

    抵达的最近一个站点,自然就是月球。

    开发地月空间能干嘛?反正肯定不是去月球挖矿

    前不久一则消息传出,中国要建设“地月空间经济区”,许多yxh(营销号)又嗨了起来,一时间去月球上挖矿的、到空间站种巨型蔬菜等等信息扑面而来,充满了“东宫娘娘……,西宫娘娘卷大葱”的朴实想象。

    中国,乃至美俄欧日都虎视眈眈的地月空间到底有什么宝藏?其实早在2016年,中国载人航天工程原副总指挥张育林就已经言简意赅的说清楚了(划重点啦,考试要考)——中国的载人航天规划,既非简单地登月,也不会是载人火星探测,而是从抢占未来发展先机的角度,通过持续的技术突破和积累,稳步开发利用地月空间。

    是不是看完依旧一头雾水。我们尝试和大家一起寻找答案:

    首先,为什么不是简单的载人登月?

    学过中学历史的恐怕都知道,自从1972年之后,人类再也没有亲自登上过月球了,也就是时不时送一些探测车上去拍拍照片。50年前都能做到的事,以今天中美俄TOP3队伍的航天实力,真的不可能复现吗?答案当然是否定的。

    主要原因在于,载人登月真的很贵。美国阿波罗项目将12个宇航员送上了月球,前后共耗费了2000亿美元的高昂资金,苏联更是因为太空竞赛被拖垮解体。而此前登月收集到的资料显示,月球资源并没有非常大的开采价值。即使是大家最耳熟能详的“氦3”,开发难度也大到完全没有必要跑到月球上搞。花费国家巨量财富只为了让真人上月亮上打个卡,在和平思想主导的非冷战期,恐怕谁都过不了自家老百姓这一关。

    其次,抢占了哪些先机?

    既然月球去不去意义不大,为什么说地月空间开发是“抢占未来先机”呢?

    最重要的考量就是——安全与发展。

    对地面来说,近地轨道到月球轨道之间的区域,在情报收集、军事武器部署、卫星通讯、空间站活动等方面,所带来的国家安全战略价值是难以估量的。

    美苏太空争霸的核心后来就从登月转为了近地空间,据报道,美国国防部在corona卫星返回后声称,这一颗卫星收集到的情报超过了以往对东欧、苏联和中国所有U-2侦察机获得情报的总结。而就在最近,美国一架运输机刚刚依靠spacex的“星链”实现了远高于军用通信卫星速度的网络通信。对于未来国家的信息化保障来说,地月空间部署显然是不可或缺的一环。



    (围绕地球的卫星数量)

    而另一方面,如果未来人类必然将向载人火星或更远的深空区域探索,地月空间必然成为该类任务执行的前哨站与基地。

    根据国际宇航科学院测算,预计到2045年人类所有太空任务的总重量将达到17万吨,其中97%集中在地月空间。

    依据目前全球的地缘化趋势(美国在国际宇航大会期间延迟给中方代表团发放签证),如果不愿掣肘于人,启动地月空间的自主开发,或许就如同15世纪的“大航海运动”,具有决不能掉队的重要经济、政治战略意义。

    说到这里,肯定有同学会质疑——不对啊,既然你说登月没意义,那为什么美国还要“不惜一切手段”重启登月计划呢?

    答案其实前面专家也告诉我们了,为了“持续的技术突破和积累”。

    换句话说就是,上一次人类登月的“技术红利”已经吃的差不多了,这时就面临两个问题,一个是继续向天顶技术发起冲击,一个是将成熟的航天技术实现商业化。而这两点的基础则都是对地月空间的进一步开发利用,也就是“登月2.0版”了。

    比如2017年的国际宇航大会上,美国和俄罗斯就宣布将联手在月球轨道上建立一个叫做“深空之门”(Deepspacegateway)的月球空间站。这个空间站是用来干嘛的呢?未来将作为探索太阳系乃至人类登陆火星的基地。而就在前不久,NASA副局长也将开展地月空间作为抵达火星的重要一步。



    (SpacexBFR火箭的月球基地想象图)

    而在商业化上,私营企业就接棒“美国国家队”成为了登月计划的主力军。不过,而他们的赚钱空间,其实还是在地月之间。比如马斯克的SpaceX,将自己的使命设定为“让人类成为一个跨行星物种”,说白了就是带人去火星啦。但它征服星辰大海的第一步,也是从地月空间起步的,包括不断推动可回收重型火箭、可回收货运飞船、星链通信网络等等……

    莎士比亚曾在诗歌中描绘到——月亮走错了轨道,比平常更近地球,所以人们都发起疯来了。

    不过,今天的人类早已不仅仅想知道月亮与潮汐的关系,更想像起航的舰队一样,投入它的臂弯。

    当我们走进地月空间,我们能做些什么?

    说了这么多人类和国家大义,开发地月空间到底有哪些具体动作?我们不妨通过一些项目来具象化地想象一下:

    1.常态化、航班化的天地往返运输网络。

    航天活动的首要目标,肯定就是更加了解地球、反哺地球。换句话说,近地空间的深度开发始终都是航天事业的重中之重。而地月往返运输网络,是一切地月空间经济活动的前提。

    比如GPS导航、红外预警卫星、通讯卫星等等,这些硬件的技术迭代都会给地面带来不可估量的信息与服务。这些都需要高稳定性、推力大、低运维成本的重型火箭来实现,其中重复使用与可回收更是攻克的重点和难点。

    目前,贝索斯的BlueOrigin就成功完成了五次火箭NewShepard的发射与回收任务,终极目标是在2025年左右运输送各种实验设备、货物上月球。这位掌门人是要把亚马逊全球履行中心搬上月球的架势啊,波音与洛克希德马丁公司联合组建的联合发射联盟(UnitedLaunchAlliance)也正在制定围绕月球的交通网络。

    而这样的地月“物流中心”也正是我们所必不可少的,还等待着研究人员们从火箭发动机开始一点点去攻克。

    2.地月经济活动圈的基础设施建设。

    被称为“基建狂魔”的中国可能最懂一个道理——要想富,先修路。路修好之后,在地月空间中如果想要开展经济活动,人员、实验设备、货物等都要有地方存放才行。

    比如太空站公司BigelowAerospace就打算在2020年左右在月球轨道上建立空间站,可用于存放物资、医药设备甚至供人类居住。马斯克的SpaceX也跟NASA签订了货运补给合同,并已经完成了一次任务。

    而目前为止,中国还没有自己的国际空间站。不过,伴随着天宫一号、二号,以及天舟一号的陆续上天,中国距离拥有自己的“太空站”也越来越近了,成功后必然会迎来加快推进的增长期,在未来的很长一段时期内,地月经济圈的“太空城”建设也将成为另一个等待“基建狂魔”征服的广袤空间。

    3.娱乐化商业太空活动服务。

    国家航空走向火星和深空,近地航天逐步商业化之后,也使得许多有意思的娱乐服务能够为(有钱的)“普通人”所用。

    比如2018年,俄罗斯能源火箭航天公司就打算开通太空旅游业务,让付费游客在国际空间站上出舱行走,费用盛惠一亿美元(流下了贫穷的泪水)。这边还在筹备,那边马斯克spacex已经搞定了客户,准备在2023年让一位日本企业家及他的好友们一同搭乘猎鹰火箭绕月飞行……

    中国也有公司(I-Space)计划推出太空旅游服务,据说他们刚刚完成了中国商业航天产业首次成功的地球轨道发射,未来一旦技术赶上来,价格将会远低于欧美对手(还是shzy好)。

    此外,利用商业卫星组成logo标识在太空中打广告,在月球上插上广告牌,都已经在航天初创公司们的新闻稿里出现了。

    而这些商业化力量的加入,也有机会为地月空间探索搭建起良性循环的运转模式。目前我国的航天事业还是以“国家队”主导为主,需要现在基础领域补齐作业。不过,近些年强大的航天工业体系也积累了许多人才、技术和制造实力,未来风口一旦打开,中国的商业航空力量也有更多机会和可能,让地月空间的发展成果惠及普通大众。别的不说,至少海上WiFi的费率能降下去点儿吧???

    AI与robot:飞上天和人类肩并肩

    中国的地月探索,是孤独的。太空站,是独立打怪;动力系统,要自主研发……总之一切有美国航天参与的项目,都将中国排除在外。

    人工智能与机器人,就像是时代送来的礼包,正在成为载人月球探测上的好伙伴,与中国一起征战太空。

    目前来看,伴随着航天运载系统规模的扩大,任务的复杂性也在提高,此时就很有必要建立一个智能的监控系统,通过算法来对空间站内的运作系统进行在线控制,来避免系统误差导致灾难性故障,美国宇航局在第二代空间站上就大量应用了AI技术。

    目前,中国还在大力推进“星光中国芯工程”,就是利用智能控制技术,实现航天器的自主制导、导航和控制,以及数据处理、故障判断和部分重构与维修等工作,从而大大减少对于地面测控、通信等支持系统的依赖。

    前不久实现了月球软着陆的嫦娥三号,也搭载着AI技术。在降落途中遇到月表石块,靠地面通信判断是完全来不及的,依靠全自助的快速机器视觉识别与判断,才最终选定了一个安全区域实现着陆。

    当然,要建立外太空基地,智能机器人也是必不可少的。许多不适宜人类操作的外部环境,机器人需要替代人类完成材料收集、建筑制造、加工修复等重要工作。中国航天科工等企业都纷纷开展我此类工业机器人的研究,着手开发面向机械臂手眼系统的三维视觉测量系统、智能室外巡逻机器人等等。

    而在地面领域,从火箭发射过程中的天气预警、智能发射系统,以及基于大数据和机械自动化的智能制造,都在不断推进中国航天的升级。

    无论是地面操作,还是在轨服务,亦或是载人登月和空间基地,人工智能和机器人正在成为人类走向太空不可或缺的一部分,让中国乃至整个人类的宇宙之旅不再孤独。

    工业文明星火之时,我们曾自封海路,于是无数瑰宝和土地相继毁于“海洋霸主”们手中。此后凭借着一手烂牌,重新走上天顶技术的牌桌,恐怕没有人比我们自己更懂百年来的筚路蓝缕,也更懂失去太空的焦虑。

    而这趟征程的最大意义,或许是在我们说出“openthedoors”(打开舱门)的时候,不会听到一句“I'mafraidIcan'tdothat”。无论那声拒绝是来自人类,还是AI。


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