太空争霸 后起的中国能否赶超美俄

2019-01-28 05:21

北京时间2019年1月3日,中国国家航天局对外宣布,“嫦娥四号”实现史上首次在月球背面着陆,中国在太空探索领域创下新的里程碑。

六十年前,人类第一次踏上探索月球的征程,此后三十年,人类终于首次实现载人登月。现如今,中国在探月领域再进一步,选择在更艰难的月球背面登陆,赢得全球瞩目及赞誉,作为航空航天领域的后来者,中国似乎已在太空领域开启了超越的序幕

创下历史上首次探月记录

每一次突破性成就的背后,都意味着无数道艰难险阻,“嫦娥四号”也不例外。为给它的月球探测任务提供地月间的中继通信,早在2018年5月21日,中国西昌卫星发射中心便将支持其任务的“鹊桥号”中继星发射升空。

中国航天科技集团五院在采访中表示,“鹊桥”中继星在2018年12月14日成功与“嫦娥四号”着陆器、巡视器组合体建立了通信链路连接。据五院“嫦娥四号”中继星总体主任设计师孙骥介绍,“嫦娥四号”运行在环月轨道,“鹊桥”中继星在距地球约45 万公里的地月拉格朗日L2点上沿着Halo轨道运转,为了确保它们之间通信链路的正常建立,“鹊桥”配置的4.2米伞状抛物面天线,必须时刻精确指向“嫦娥四号”的航迹。

通信链路的维持是个动态过程,要保证通信链路平稳可靠,这就要求“鹊桥”对“嫦娥四号”下一步的位置神机妙算,并保证自己的姿态准确地指向那里。鹊桥的伞状抛物面天线波束角极小,一个细微的姿态扰动,就会让通信链路出现“卡顿”。这对“鹊桥”中继星的要求十分苛刻,不仅要算得准,还要值得准。

除此之外,“嫦娥四号”的着陆也是一段惊心动魄的过程

首先是着陆时间,其实2018年12月12日“嫦娥四号”就已经进入环月轨道,但却绕着月球飞了20多天才降落。据了解,这是因为探测器若要成功降落,需要等着陆区天亮,而月球整体光照情况显示,“嫦娥四号”进入月球轨道时,预定着陆区南极艾肯盆地一带正在进入夜晚。一个月夜相当于地球上的14天,所以它得继续飞行,等到落区太阳高照时降落,才能保证稳妥着陆。

除此之外,着陆点的特殊构造也是挑战。由于月球独特的形貌构造,“嫦娥四号”所去往的月球背面南要比月球正面复杂许多,相比正面的“千里平畴”,月球背面遍布着大量的高山、撞击坑和环形山,高山峡谷交错,整体地形忽高忽低,着陆区地形起伏达到了6,000米,难以找到大片平坦区域。也就是说,真正适合“嫦娥四号”着陆的区域大概相当于嫦娥三号的二十分之一。

并且据航天科技五院“嫦娥四号”总设计师孙泽洲介绍,相比“嫦娥三号”是以一个抛物线的形式着陆,“嫦娥四号”就近乎于是垂直着陆。这种着陆方式将先前着陆器在主减速段结束后,由斜向前运动的轨迹改为垂直向下定点运动的轨迹,与之相应的是“嫦娥四号”的着陆导航敏感器的性能就必须进一步提升,需要增加着陆导航敏感器的作用距离,使得“嫦娥四号”能够看得更远、飞得更稳、落得更准。

伴随如此高要求高难度,“嫦娥四号”也必然肩负更高的使命。据中国媒体介绍,它将利用携带的荷兰研制的低频射电探测仪聆听遥远宇宙的声音;利用德国研制的月表中子与辐射剂量探测仪,“勘探” 深埋月下的“矿藏”;还将利用瑞典研制的中性原子探测仪,测量太阳风粒子在月表的作用。与此同时,它还搭载有一项由重庆大学牵头研制的科普载荷——“月面微型生态圈”,在荒凉月表上培育唯一的生命。

崛起的中国航空航天事业

过去六十年,可以说是全球航空航天事业蓬勃发展的时代,中国的航天之路与国际上各个大国一样,都起步于探空火箭。1958年9月22日,由北京航空学院(北京航空航天大学前身)师生研究的中国第一枚探空火箭——“北京二号”BJ-2S固体火箭发射成功,同年,固体/液体的二级火箭BJ-2L发射成功,标志着中国航空自行研发的开端。

中国改革开放以来,属于中国航天科技事业取得辉煌成就的四十年。改革开放初期,中国的卫星研发技术取得长足进步,先后设计研发了各种功能的卫星,包括资源卫星、气象卫星、通讯卫星、导航卫星、海洋卫星等。而后的几十载光阴里,全球共同见证了神舟升空、嫦娥奔月、宫与神舟成功对接等众多突破时刻。

1984年4月,“东方红二号”卫星发射升空,成为中国首颗地球静止轨道试验通信卫星;1988年9月,“风云一号”气象卫星成功发射,中国成为第四个发射太阳同步轨道卫星的国家,1992年9月,中国载人航天计划正式启动;2003年10月15日,“神舟五号”的成功发射,标志着中国成为继前苏联和美国之后,第三个独立掌握载人航天技术的国家。并且从“神舟一号”到“神舟十一号”,中国航天开始不断突破,在短短的十余年间创造了世界载人航天史的诸多奇迹。

截止目前,中国在轨卫星数量已经超过俄罗斯,仅次于美国。其中一些卫星在性能上已接近或相当于国际先进水平,例如2015年12月研发的“悟空号”暗物质探测卫星,2017年6月发射的“墨子号”量子卫星,以及正在建设的“北斗”导航系统等等,它们代表着中国尖端科技的最高水平,也为中国航天在太空排版上奠定了重要的地位。

众所周知,中国是加入太空竞赛相对较晚的国家,1970年才发射了自己的第一颗人造卫星,而那之前,美国已经实现了宇航员登月。不过自那以后数十年,中国投入巨额资金和大量资源进行太空探索研究和培训,并且制定了雄心勃勃、进展迅速的太空计划。

《2016中国的航天》白皮书里曾提到,中国将争取在2018年登上月球背面,2020年前到达火星,并预计未来10年将发射约100颗卫星。目前看来,月球背面的目标已经兑现。

中国国家航天局副局长吴艳华曾表示,中国计划在2020年左右发射第一个火星探测器,计划对火星作环绕、着陆、巡视探测,并且在第二次火星探测时表面采样。吴艳华还提到,中国还计划发射探测器去木星以及木星的月球。中国总体的太空目标,就是在2030年左右成为世界上的太空探测强国,赶上俄罗斯和美国。

中国航天能否赶超美俄

中国的航天蓬勃发展始于改革开放以后,卫星和运载火箭快速飞升,四十年里航天之路既快且稳,逐渐开始追赶美国与俄罗斯,并且在后两者削减航天研发投入的时候,中国还一直加大力度提升自研能力。虽然相对来说起步较晚,不过增速却不容小视。

据中国恒大研究院出具的航空航天报告分析,航空航天均是高端综合性工程技术、理论学科和实际应用的结合,其中航天科技可以分为空间技术、空间科学和空间应用三个方面,对比全球各个国家的航天水平,也可以从这三个方面考量。从整个产业链角度来分析,空间技术集中在航天器制造和发射,空间应用集中在地面设备和运营应用,空间科学是基于两者去太空探索新知识,三者相互支撑、相互依靠。

首先说空间技术,作为空间科学与空间应用的操作基础和实现手段,空间技术是三个环节最为核心的部分。报告表示,从全球视角来看,近十年来中国的空间技术发展最为迅速、取得成效最为显著。

空间技术囊括了从火箭与航天器制造、航天器发射至航天器能稳定运行中涉及到的各项技术。最有代表性的为重型火箭技术、载人航天技术、空间站技术与深空探测技术,从全球视野来看,中国是全球为数不多的能够独立实施登月计划、载人航天计划、天空站计划等,说明中国航天攻克核心技术数量多、涉及范围广,虽总体不足美国,但增速明显更高。

不过在空间科学领域,中国尚属薄弱。从理论基础与研究手段两方面来看,中国与航天相关性强的天文学与天体物理、物理学等基础研究较弱,以重点热点前沿学科为例,中国科研机构的论文产出数量和论文影响力远不及其他太空强国,未来势必要投入更多的教育和研发精力。

据SIA的2018年全球卫星市场报告显示,2017 全年卫星行业市场规模约2686亿美金,其中卫星服务达到1287亿美金,占比48%排为第一,地面设施1198亿美金,占45%为第二,两项总和超90%。美国收入占比持续多年超40%,但近年来增速放缓、占比有所下降,而此时中国却以每年超20%的收入增速发展。

航天科技是一个国家综合国力日益强大的重要标志,中国向着实现“太空强国”的目标大幅迈进。可以设想此后各国将会在可能蕴藏资源的月球为“主战场”开展越来越激烈的竞争。

而新的航天力量也必将改写太空争霸版图。

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