轻舟向远：太空资源开发利用背景下的中国空间站

空间资源既是潜在的宝库，又是人类太空探索的前沿。作为我国最大的裁人航天器，中国空间站在开发利用空间资源的过程中发挥了什么样的作用？

我国建造和运营载人空间站的目的，是使中国成为能够独立掌握近地空间长期载人飞行技术、具备持续开展近地空间有人参与科学技术实验能力，并能综合开发利用太空资源的国家。

天宫空间站的建成和运行，标志着我国在迈向这一目标的征程中取得了重要的阶段性成果。自天和核心舱发射入轨已逾千日，天宫空间站如常运营。作为我国最大的载人航天器，它在开发利用空间资源的过程中发挥了什么样的作用？未来的载人月球探测又将怎样延续这一使命？

太空资源在那里

尽管航行得最远的探测器已经飞抵太阳系边缘，但人类对宇宙的认知仍是初步，开发利用其资源的尝试也如萌芽初绽。

与山川河流、土地矿藏等我们熟悉的地球资源相比，太空资源具有其独特性；它就在那里，谁能抵达，谁就可以利用；但它带不回来，如果去不了，就用不了。太空中比较典型的已知资源包括：

——高度资源。俗话说，站得高，看得远。通信卫星和遥感卫星通过占据一定高度，可以获得对地位置优势，能够连接地面通信盲区，拍摄地面上看不到的场景。

——观天条件。太空中没有地球大气对光线的干扰，也没有地球磁场对宇宙射线的影响。通过合理的轨道设计，还可以避免极微小因素对观测装置的干扰。例如韦布望远镜选择日一地引力平衡的拉格朗日L2点作为工作地点，距离地球约150万千米，从而避开了地球热辐射和“灰尘”（逃逸的空气分子和星际尘埃）的影响。而这些条件是无法在地面实现的。

——宇宙环境。身处地球大气祀磁场保护层之外的太空，我们可以直接获取真实的宇宙环境数据。在宇宙中研究宇宙，正如在海洋中研究海洋。

——长期、持续的微重力。轨道飞行天然具备长期微重力环境，而地面实验如落塔试验或抛物线飞行只能提供数秒到几分钟的微重力。

——可供开采利用的资源与能源。太空近处有不受大气损耗影响的太阳能，远处则有月球、小行星以及人类未来可抵达的星体上丰富的“矿藏资源”。

这些空间资源本质上是开放式的，理应由全人类所其享。但事实上，只有具备进入太空的能力，才能实际利用这些资源。而共享的往往只是资源加工、改造后的成果，而非资源本身。即便是那些理论上可以带回来的少量资源，例如遥远的外星矿藏或空间太阳能，“带回来”的成本目前仍难以接受。因此，就地取材、原位利用则显得更为现实。

空间资源既是潜在的宝库，又是人类太空探索的前沿。尽管想象空间广阔，但要真正开发利用这些资源，不具备进入和常驻太空的能力，一切都是空谈。

航天构建资源利用工具

开发利用空间资源的高门槛并未让人类望而却步。因为，我们有能力创造并不断升级通往空间资源的工具。

千万年来，对工具的使用提升了人类的生产力，人类由此积累了知识和技术，推动了社会结构的变迁，拓展了自身的认知边界。从“立竿见影”观测太阳的小木杆，到在地面捕捉天体信息的天文望远镜，再到飞出大气层的航天器，工具的不断进化让人类最终拥有了古老传说中的“顺风耳”“千里眼”。

基于利用外层空间的有利条件解决不同问题的这一前提，目前的航天器工具大体上可以分为以下几类。

第一类，用来解决地球上的问题。这类工具以通信、导航、遥感系列人造地球卫星为代表，被广泛应用于日常生活。

第二类，用来探索地球之外的世界。这类工具包括各种行星探测器、小行星探测器、暗物质探测装置等，它们能够将人类的视线延伸至距离观测目标更近的地方。例如哈勃和韦布望远镜，将人类的观测视野拓展到百亿光年之遥，让我们得以一窥宇宙的亘古历史。

第三类，让人置身太空现场进行研究与体验。这是载人航天器的基础任务，其独特之处在于航天员既是研究的主体，也是研究的客体。

对地、对天、对人，这是航天器的三大功能所在。尤其是载人航天器，因其拥有足够空间和体量，通常可以兼顾这些功能。例如，国际空间站搭载了研究物质的阿尔法磁谱仪（AMS）等观天仪器。

中国空间站同样是一种多功能工具。与无人飞行器相比，它将使用工具的主体从地球移至太空，将不得已而为之的远程控制变为更直接、高效的现场操作。与执行短期任务的载人飞船相比，它通过长期绕地飞行支持人员常驻，进一步彰显了人在现场的价值，强化了人与工具的紧密联系，促进了人与工具之间的互动与协同。

有了空间站，我们就有了开发利用空间资源的基础平台。正如人类对火的使用催生了地球上的农业、畜牧业，空间站的运行也将见证人类探索太空的全新突破，揭示更多未知的奥秘。

空间站开启近地资源利用

支持航天员在近地空间进行现场探索和资源开发，是天宫空间站的重要使命。作为国家太空实验室的核心平台，空间站上开展的科学和技术探索研究项目，都是基于近地资源的特征，并与应用技术需求紧密契合的精心选择。

根据2023年8月载人航天工程办公室在空间应用与发展情况介绍会上公布的信息，我国空间站已在轨开展多个研究项目，并取得了阶段性应用成果。这些成果充分利用了空间站在近地轨道上获得的独特资源。

在空间生命科学领域，开展了水稻全生命周期空间培养实验，研究其在太空微重力及辐射环境下功能基因的调控机制。

在航天医学实验领域，开展了长期航天飞行条件下失重、辐射等复合因素对航天员健康、行为与能力的影响机理探索。在人体心血管、骨骼等方面获得了新发现，同时发展了航天员健康维护的新方法和新技术。

在空间科学领域，利用微重力环境开展了空间材料科学实验，流体物理及燃烧等基础科学的研究。

特别值得一提的是，这些研究项目通过载人飞船下行带回了近300个实验样品。这充分体现了载人航天的独特优势：空间站上的载荷专家能直接实施实验，地面众多专业研究人员则可利用更复杂、更丰富的专业设备对带回的样品进行深入分析。由此，位于空间资源开发与利用前沿的航天员，与地面团队形成高效协同，研究成果的惠及面也因此显著扩大。

天宫空间站谱写了中国航天的新篇章。在空间资源开发领域，我们虽然是后来者，但敢于在来知中勇往直前，在探索中不断尝试。空间站，就是奇迹生长的原点。

应用效益源自航天器设计

有的放矢地“利其器”，才能更好地“善其事”。近地空间资源并非唾手可得，其开发和利用的方式与效果都依赖于航天器的设计。

作为长期载人飞行的平台，天宫空间站配置了多种实验装置，为各类研究项目的顺利开展以及人在现场作用的充分发挥提供了保障。比如从舱内到舱外，天宫空间站为实验载荷配备了各种通用和专用装置，以提供机、电、热、信息、气路等保障。

人机协同模式有助于航天员完成难度更大、内容更复杂的工作。在人机协同中，机械臂的应用成效显著，极大提升了航天员在舱外的活动能力和安全性，并且能辅助航天员完成大型载荷的安装和维护等任务。航天员不再需要耗费宝贵的体力和时间进行身体控制，可以集中精力进行需要人类完成的精准操作。为了进—步支持航天员主观能动性的有效发挥、更广泛探索高效的人机协同模式，未来还可以研发空间智能机器人来配合和辅助航天员开展舱内外作业。

仿人机器人及“化身+学习”工作模式也值得注意。仿人机器人并非仅仅是外形像人，它们具备良好的学习能力。在经过多个专家的专业操作训练后，机器人可以实现超过任何专家的自主操作，从而使得人机协同接近于人与人之间的合作。这种在不同环境和现场的分工合作（如人类在站内、机器在站外）将实现更高效、更安全的工作方式。

高效、合理开发利用空间资源的目标贯穿于天宫空间站的设备设施配置与人机协作设计中。事实上，在更高层级的系统级设计中，我国载人航天的宏观规划同样服务于空间资源的主题。例如，常态化载人飞行任务确保了货船与载人飞船的定期往返，同时也为载荷装置、实验样品、备品备件的运输提供了支持，从而保证了科学实验的持续推进和相关设备的升级换代与维修维护。另一个特别的应用是太空授课和青少年在轨实验设计，这大大拓宽了公众参与空间资源应用的途径。

作为另一项系统级设计，天宫空间站被设计为长期运行且始终有人驻守的太空母港，为停靠其上的外来飞行器提供维护保障。未来发射的巡天空间望远镜将在大部分时间内独立飞行进行天文观测，但也会定期或根据需要停靠天宫空间站，进行推进剂补充，以及设备的维护、升级与维修。未来，更多航天器将采取这种与天宫空间站共轨飞行的方式，接受在轨服务。

借助有人参与的优势，天宫空间站还能在轨进行大型航天器的组装与建造，例如空间天线和空间望远镜，从而解决其展开机构复杂、在轨部署困难的问题。在机械臂与航天员的精准配合下，空间站将承担起在轨制造新工具和飞行器的任务。

自石器时代以来，人类工具的进化一直在不断推进，而空间站或将成为工具进化历史中的又一里程碑。

下一站工具，月球

从地球文明迈向太空文明，无论是飞天重器还是字宙天体，都如同人类的舆马与舟楫。月球，作为距离我们最近的天体，正是一个典型的例证。

月球蕴藏着地球上稀缺甚至未曾发现的资源，其地质特征和所在空间具有地外星球与深空的典型属性。同时，月球与地球的距离使其成为现有科技条件下，人类可以触及并利用的目标。从更广义的视角看，月球不仅是一个地外天体，更是人类理解深空、试验新技术、开发星际“移民”能力的演习场，是我们迈向更深远宇宙的工具。

借助现代科技，尤其是在新一代AI技术的帮助下，用无人探测器和机器人开展月球探索活动具有经济性和安全性。无人探测活动不涉及人的生命安全，所需运载能力、轨道转移和月面运动能力也相对较小，这就决定了无人探测器和机器人可以比人更早、更多地被送上月球工作。

那么，人类是否仍需登月？答案是肯定的。正如空间站为人类利用近地空间资源搭建了平台，载人登月同样是人类获取深空资源的重要前提。

尽管载人登月的技术复杂、经济成本高昂，但人的临场判断、分析和应变能力是无人设备难以取代的。从技术角度看，载人探测的核心价值在于，通过技术研发和提供保障成本，换取设备的更简化和探测效率的显著提升。

以月面采样为例。1969年至1972年，6艘阿波罗飞船的航天员在月球上其停留了近280小时，带回岩石样品约385千克。1972年12月的阿波罗17号任务，两名航天员在三次总计时间仅22小时的月面活动中，乘月球车行驶了34千米，在陶拉斯-利特罗山谷发现了橘红色的泥土，收集了111千克的月球岩石标本，并在月球表面部署了—整套科学仪器……假如没有人的参与，即使放到今天，这些成果依靠智能和自动化设备也难以完全实现。这充分体现了人在现场的独特优势。

科研探测与资源开发的能力无法简单用载荷或设备重量来衡量。月球探测迈向载人阶段后，技术路径发生了革命性变化，人在现场作业的更深远价值得以体现。

——“大脑”前移。在月球部署探测设备和开发工具，等同于将人类的四肢和感官延伸至工作现场；而航天员的直接驻扎，则意味着指挥中枢的“大脑”前移，极大地提升了对设备的管理效率和人机协作能力。这种模式远比从地球远程控制更高效。

——保障大规模勘探开发的可靠性。随着设备数量的增加，各类故障与异常的发生概率也随之增大。这就需要通过设备冗余，自动化处理等方式，确保随时具备检查和维修的能力。换言之，随着月球活动规模的增长，人的现场参与成为保障庞大系统可靠运行的必要条件，也是合理的选择。正如人与空间站形成了相辅相成的关系，人在月球探测系统中的作用也将与系统本身互为支撑，推动双方的共同发展与优化。

——月球上将造出新的工具。工具的发展逐步取代了人类的部分劳动，而被解放出来的人力与资源可以投入到其他尚待探索的领域，同时利用新发现的资源开发出更强大、更适应新环境与新需求的工具。比如，在月球上相当于地球1/6的重力和无大气的环境中，设计、建造并使用电磁质量加速器这类不同于传统火箭的星际飞行工具，或许可以从理论构想变为现实。

人的存在让一切有意义

探索和开发空间资源以满足人类生存与发展的需要，是我们开展航天活动的初心。工具让这一切成为可能，人的存在则赋予工具以意义。

在浩瀚无垠、蕴藏无限资源的宇宙星海中，距离地球仅400千米的载人空间站，就如一叶刚刚驶离海岸的小舟。人类在这艘小舟上开始了解“大海”，学习“航海”，并尝试着将。大海”中的丰富资源化为己用。而月球，是人类在这片广阔海域中遇到的第一座“岛屿”。我们将在那里登陆、驻留、探索、研究，并全力打造出更大、更能远航的“船”，驶向更遥远的未知深处。

英国博物学家赫胥黎百年前的箴言仿佛在耳边回响：“已知的事物是有限的，未知的事物是无穷的。无边无际、神秘莫测的海洋中，我们站在了一座小岛上。继续开拓是我们每一代人的职责。”