我们的航天梦，探索第四环境

戚发轫

空间技术专家，神舟飞船总设计师，国际宇航科学院院士，中国工程院院士，中国空间技术研究院顾问，北京航空航天大学宇航学院名誉院长，博士生导师，曾主持研制东方红一号、东方红二号通信卫星、东方红三号第二代通信广播卫星，主持神舟号飞船总体方案，作为总设计师在解决卫星和飞船研制过程中的重大工程技術问题上发挥了指导和决策作用。2019年，戚发轫院士获得2019年度国际宇航联合会“名人堂”奖项。

从一无所有，到航天大国

世界各国都关注天，天是人类生活的第四环境，是国家主权的第四个疆域。在人类还没有对天进行探索时，只有领土概念，有陆军。随着科学技术的发展，人类的活动扩展到海洋，国家主权延伸到海洋，所以有领海，有海军、有航海技术，人类又进步了。在100多年前，人类探索到了大气层，国家的主权也延伸到了大气层，所以有领空，有空军、有航空技术。后来，人类又穿过大气层，上了天，天就成为人类社会的第四环境，也是国家主权的第四个疆域，所以有领天，有“天军”、有航天技术。人类的发展、社会的进步、科技的创新，让人类能离开地球。

俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基曾说，地球是人类的摇篮，但是人类不会永远躺在摇篮里，人类在不断扩大自己的生存空间，首先小心翼翼地穿过大气层，最终要征服整个太阳系。习主席说过，探索浩瀚的宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。50年前，我们在航天这个领域一无所有，由于党的领导、全国人民的支持、航天人的努力，50年后的今天，我们成为一个航天大国。

1970年4月24日，我们用长征一号运载火箭把第一颗卫星——东方红一号送到了太空，成为世界上第五个有能力进入太空的国家。从那时候起，我们不断发展，有了长征一号、长征二号、长征三号、长征四号，现在有了长征五号。第一颗卫星重173kg，而我们现在近地轨道运载能力是22～25t，这就是我们“航天大国的标志”，我们有能力让重达25t的东西克服地球引力到达太空。虽然当年我们是第五个有能力进入太空的国家，但我们比前4个国家的卫星运载能力大，卫星重量也比他们高。第一个成功发射卫星的是苏联，83kg;第二个是美国，8kg多点;第三个是法国，38kg;第四个是日本，9kg多点。他们加起来才140kg左右，我们的一个卫星就有173kg。另外，我们的卫星是比较先进的，能够唱歌、预报、转播，测控准确，温控也非常好。

2020年，“长五B”的发射成功是令人激动的，因为以前我们的运载能力只有10t，不能完成空间站的建设，空间站的建设需要几十吨，一次10t的往上送，既不经济也不可靠。我们有了长征五号，从2021年开始把空间站需要的20t核心舱送到太空，就可以建造空间站。

探月工程也是分三步走，我们现在已经解决了两步。第一步嫦娥一号、嫦娥二号解决了，第二步嫦娥三号、玉兔一号完成了落月的任务。更重要的是，中国人做到了外国人没有做到的事情，我们的嫦娥四号、玉兔二号落到月球的背面上去了。目前，还没有人把探测器落到月球的背面，但中国做到了。2020年，计划完成第三步嫦娥五号，要从月球上把月壤、岩石拿回来，研究月球上有多少水、是什么状态、有没有氦-3以及其他物质。另外，2020年还要实施天问一号工程，开展我国首次火星探测。

现在我国在天上有200多颗卫星（数量世界排名第二）、有空间站、有航天员，国家主权不可侵犯，我们要有保卫太空的能力。中国之所以是大国，我们有进入太空的能力、利用太空的能力，也要有保卫太空的能力。

同时，我们也面临着挑战，我们和世界最先进的国家还有一定的差距，所以要继续努力。要想成为航天强国，不管情况有什么变化，都要自力更生、艰苦奋斗，我们当年一无所有、一穷二白，现在条件好了，年轻人更需要继续发扬这种锲而不舍的精神。

总体来讲，50年来我们有了进入太空的能力，但进入太空还不够，还要利用太空的资源。胡锦涛同志说过，无垠的太空是全人类的财富，探索太空是全人类的追求，中华民族有权利用、也有义务去研究探索。

天上有哪些资源可以利用

天上有轨道资源、环境资源、物质资源，我们要充分利用。现在世界各国都在关注天，大国博弈的热点就在天。

第一，轨道资源。空间飞行器进入太空，就变成了天体，按照天体力学的规律运行，必须按轨道行驶，所以，轨道是很珍贵的资源。比如，在赤道上空约3.6万km的地方有一条轨道，叫“地球静止轨道”，该轨道上的卫星相对地球是静止的，而且该轨道只有一条。现在的通信卫星、遥感卫星、导航卫星，都是利用这个轨道，来实现照相、发信号、导航。还有太阳同步轨道，气象卫星、地球资源卫星一般采用这种轨道。此外，还有极地轨道，该轨道通过地球两极上空，该轨道上的卫星可以在一定时间内把地球普查一遍，气象卫星、侦察卫星通常采用此轨道。

第二，环境资源。太空环境和地面环境不一样。脱离地球引力进入太空后，没有重力，人、生物、物质、材料，存在的规律是什么？如果没有航天技术，要研究这个问题会很困难，当年科学家为了研究微重力环境，搭建了很高的塔，从塔上把东西扔下来，去研究瞬间失重，但时间太短了，研究不透。现在在天上了，每时每刻都没有重力，利用这个环境可以很好地去研究，这是个重大的资源。

太空的微重力环境和太空辐照，给农作物育种也带来了新的尝试。作物种子在天上运行一段时间再回到地面，发生基因突变，经过选育、栽培，能在地面环境中培育出更加优良的品种，产量大、质量好，这形成了太空育种产业。另外，还有辐照，在地面有辐照，但衰减得厉害，但距离地面100km的大气层，辐照是很高的。如何利用辐照有利的方面，来为人创造财富，这也是很重要的方向。

另外，还有太阳能，现在人类面临能源危机，太阳能是一种无污染的能源。在地面利用太阳能，阳光首先要穿过100km的大气层，太阳能衰减得很厉害，利用效率会很低。而大气层之外，太阳能没有衰减，绝大部分航天器，如卫星、空间站、飞船，都有两个“大翅膀”，用于吸收太阳能。一些科学家和工程师，正设想在轨道上建立一个太阳能发电站，将太阳能转化成电能送到地球上为人类服务。

第三，物质资源。人口越来越多，地球上的资源逐步枯竭，科学家预计，50年后，石油和天然气要用完了，100年后，煤炭也用完了，怎么办？这是值得深思的事情。要解决这个问题有三条路：上天、入地、下海。深海里有石油、天然气、可燃冰，这也是深探地球和上天的目的。

太阳系有八大行星，每个行星不仅有它自己的卫星，还有相当数量的其他行星，在那里有没有地球稀缺的物质和资源呢？我们应该一探究竟。人们到了月球，首先关注月球有没有水，假如月球有水，人类就可以居住。欧阳自远院士通过他的研究认为月球上存在氦-3，地球上的氦-3只有几百吨，非常稀缺。但在月球上估计有几百万吨，假如用它进行发电，能够供地球上的人类使用上万年。有的小行星就是一个矿，要是能把小卫星、小行星拿回来，就不用采矿了，能解决资源枯竭问题。

如何解决载人航天的诸多问题

中国载人航天于1992年立项，分三步走战略，最终要在2022—2024年建成空间站。第一步是载人飞船阶段，保证人上去在天上运行一段时间后能够回到地球预定的地点，2003年的神舟五号飞船就完成了这个任务。从1992年开始，花了11年的时间把杨利伟同志送上天，完成了第一步的任务。第二步空间实验室阶段，要解决建立空间站和出舱活动关键技术问题。首先是能够出舱，其次是能完成交会对接，第三是能够补给，第四是能够长期在轨道上生活、驻留，同时要建立再生式生命保障系统。

举个例子，人在太空要吃要喝，但是水很珍贵，水带上去喝了之后，排泄了，要收集起来，为什么呢？因为要再喝。更重要的是要把它电解成氧气，人在太空生活，氧气也要靠地面来送，如果靠高压气瓶送氧气，长久下来也是送不起的。所以只能靠收集水电解成氧气。另外，人还要吃东西，需要食物来生活，提供营养，这就需要建立一个应用循环环境。在第二步天宫二号的时候，有两位航天员在天上生活了一个月，验证了这些技术。在空间实验室阶段，我们解决了出舱技术，解决了补给技术，解决了交会对接技术，解决了人的长驻技术等问题。

铸就伟大航天事业的航天精神

在从无到有的过程中，中国发展成为航天大国，离不开航天精神的支持。第一是航天传统精神：自力更生、艰苦奋斗、大力协同、无私奉献、严谨务实、勇于攀登。中國人要想发展，要想变强大，只能靠自己，靠不了别人。第二是“两弹一星”精神：热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀。从字面上看，这与航天传统精神大部分是相同的，但多了一个非常重要的“热爱祖国”。确立航天日就是为了铭记历史、传承精神，要提倡热爱祖国，“两弹一星”精神也是爱。一个人没有爱就没有动力，是不可能奉献的，最大的爱就是爱自己的国家，爱自己的事业，爱自己的团队，爱自己的岗位。第三是航天人要特别能吃苦，特别能战斗，特别能攻关，特别能奉献。

在信息社会，卫星有什么用处

第一，信息传输。我们今天能实时掌握世界各地发生的事情，依靠的就是通信卫星传输信息。1984年4月8日，中国用长征三号运载火箭把第一颗通信卫星东方红二号送到赤道上空3.6万km的地方，定点在东经125°，相当于把中央电视台的天线搬到那里去了，只要发射信号，地球1/3的面积都能收到。中国的通信卫星东方红二号、三号、四号、五号，不仅中国在使用，世界若干个国家都在使用。此外，通信卫星中的中继卫星，能够保证航天员在地球的背面也能跟家里通讯，这是了不起的事情，效益也很高。

第二，信息获取。我们在三种轨道上都有遥感卫星，可见光、红外、雷达、微波，可以把地球上所有的物体，了解得很清楚。

第三，导航定位。可以让所有中国地面的目标在世界任何地方都可以确定自己的位置和方向。