从“神五”到“神十四”:飞往人类共同的太空梦
在4日上午举行的神舟十四号载人飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强宣布,经总指挥部研究决定,瞄准北京时间5日上午发射神舟十四号载人飞船。从“神五”到“神十四”,中国航天技术取得了哪些进步?人类距离移民宇宙还有多远?中国航天人是如何进行国际合作的?为什么一定要进行航天领域的国际合作?面对这些问题,中国科学院国家空间科学中心研究员周炳红给出了他的解答。
记者:从“神五”到“神十四”,中国航天技术取得了哪些进步?
周炳红:2003年10月,中国第一艘载人航天飞船“神舟五号”成功发射,从此中国成为世界上仅有的三个掌握载人航天技术的国家之一。在过去的十九年里,中国发射载人飞船八次,“神十四”是第九次发射,基本达到了美国和俄罗斯通过上百次发射实验达到的技术水平。
“神五”到“神十四”跨越了四个技术台阶。第一个台阶是宇航员出舱。神舟五号杨利伟航天员是不出舱的,在他之后的宇航员可以出舱;第二个台阶是太空的飞行器进行交会对接。早期,我们国家的神舟飞船上有个轨道舱,它留轨以后可以用作气闸舱,上面装有对接口,实现飞船和空间站的交会对接,扩大了航天员的生活范围;第三个台阶是宇航员出舱后的太空行走。这个阶段考验的是我国宇航服的性能以及行走过程中运动的控制能力;第四个台阶要突破的就是不间断地长期有人驻留空间站。这要求我们滚动式地向空间站发射飞船。其实发射神十三的时候神十四就在发射场的总装厂房里待命,如果有什么意外情况,马上就发射,把上面的宇航员接下来。这是一个重大的技术节点——使太空飞行具备应急救生的能力。
记者:我们距离移民太空还有多远?
周炳红:每一次航天技术进步都意味着人可以更长时间地在太空生活。迄今为止,人类在太空持续生存的最长纪录是437天,这是俄罗斯宇航员在和平号空间站上创造的。中国的太空生存时间从最初的杨利伟一个人在太空生存一天,已经发展到三名宇航员可以在空间站持续生存180天。如果要移民太空,至少要把生存时间提高到100年以上。
为什么国际空间站上都是只能生存半年到一年的时间呢?这是因为宇航员在太空的生存需要很多生命补给。中国航天员的生命支持和补给技术经过了三个阶段,现在开始尝试第四个阶段。
第一个阶段,杨利伟上天的时候没有补给,他在发射前已经吃饱饭,待一天就回来;
第二个阶段,所有的补给一次性都从地面带上去。这个代价非常高,因为一个人一个月要吃几十公斤到上百公斤的东西,同时用物理化学的方法进行物质循环。比如用物理方式把氧气从空气中分离出来再循环使用,用化学的方式进行水的循环;
第三个阶段是“半密闭生态系统”。现在的空间站不光可以物理化学循环,还可以种菜。在空间站种菜是很困难的,因为在微重力状态下水流没有方向,植物吸收水和营养比较困难。另外,空间站的能源供给也不像地球上那么充足。所谓“半封闭”就是说肥料水还是要额外带一部分上去的;
第四个阶段是“全封闭生态系统”。比如,人的排泄物可以成为植物的肥料,动物或者植物死亡后可以被微生物分解,整个生态系统自产自销,人在完全封闭的空间站上可以生存几十年。
要建立一个完全封闭的生态系统就需要尽可能地利用当地资源。具体来讲,月球和火星是当下最理想的移民目的地。周炳红解释:“月球和火星都有大量的水。几个月前,美国已经实现了在火星上用二氧化碳制备氧气。而且火星还有丰富的甲烷。甲烷本身就是很好的火箭推进剂。未来可以在火星建造无人工厂。”
为了模拟太空的恶劣环境,美国在地球的沙漠地区建立了生物圈二号,进行全封闭生态系统的试验。导致试验失败的不仅是技术上的困难,还有参与者心理上的困难。 刚开始的时候,七八个科学家都很有信心,很有勇气,但是经过一段时间(有报道说2年,但是不完全封闭)以后,他们都不愿意继续合作了,因为呆在里面心理上太难受了。不过就在去年,中国打破了全球太空舱生存模拟密闭试验最长的时间纪录。北航8位志愿者在“月宫一号”生活了370天,系统闭合程度达到了98%。
记者:中国航天人是如何进行国际合作的?您能谈谈自己的经历吗?
周炳红:我曾在法国留学,在微电子与材料实验室研发在太空生产更高质量的材料。记得当时中国发射了一颗太空微重力实验卫星“实践十号”,在发射之前,需要进行失重试验。国内的微重力落塔只能提供三秒钟的失重环境,而欧洲失重飞机可以提供几十秒的失重环境,这是很难得的。我的很多同事、师弟和学生都在他们的失重飞机上做过相关实验。
当年我们在国外的失重飞机上做实验,现在,由于欧洲还没有自己的空间站,很多欧洲宇航员已经开始学习中文,期待来中国进行训练,开展合作。
记者:为什么一定要进行航天领域的国际合作?
周炳红:从科学研究的角度来看,我觉得有两个原因:第一个原因是航天技术激励了我们人类的探索精神,就是它是往外走的。第二个就是共同守护地球的合作精神。两者都是人类命运共同体的一部分。
我们最近在做小行星的防御研究,就是保护我们的地球免受小行星的撞击。现在科学界有一个理论,恐龙是在6500万年前由于一颗直径大概十公里的小行星撞击地球而灭绝的。人类未来也有可能要面临这种小行星的撞击。
大概是十年前,科学家发现一颗叫阿波菲斯的小行星,直径370米,最初计算它2029年有百分之几的概率会撞击地球。当时各国的科学家都在积极地寻找解决方案。美国科学家算出,需要76枚波音公司的Delta重型火箭发射飞行器去撞他。我们的课题组则提出了捕捉阿波菲斯附近石头的“以石击石”方案和利用火箭最后一级的“末级击石”方案。无论是哪一种方案,需要的准备时间、经济成本、人力消耗都不是一个国家可以独立完成的。在长时间地观测阿波菲斯之后,我们现在预测它大概率不会撞击地球了。
目前,对地球构成威胁的小行星已发现2000多颗。但是,我们现在发现的小行星只是真实存在的一小部分,这样的观测和探索工作也需要全世界的科学家共同努力。
我们能够避免像恐龙一样灭亡的命运吗?现在的能力是还不够。正因如此,不论来自哪个国家,我们更应该抛弃恐惧和偏见,秉持着科学的精神,勇敢地走向太空寻找答案。