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中國作為航天超級大國 載人登月提上日程

11月8日,日本媒體刊登日本航天專家鳥島真也的文章《已成為航天大國的中國實力到底如何?日本應採取何種戰略應對?》。文章介紹了中國在運載火箭技術、人造衛星出口以及太空基礎科學研究領域的進展。作者認為,「從綜合實力來說,日本已經無法與中國相抗衡」。雖然日本仍在部分航天技術領域保持領先,但作者坦言,「日本的太空技術在所有領域都落後於中國也只是時間問題」。觀察者網翻譯全文如下:


中國於今年9月和10月先後發射了天宮二號空間實驗室和神舟十一號載人宇宙飛船,而且兩者已經成功對接。目前,兩名航天員已經在太空駐留。中國計劃於2018年開始大型空間站的建造工作,而且載人登陸月球和火星的計劃也已經納入中國的視野之中。



中國作為航天超級大國 載人登月提上日程


中國目前推力最大的運載火箭「長征五號」


但是,中國的航天發展計劃並不局限於載人航天項目。在火箭研發、人造衛星出口,甚至太空基礎科學等幾乎所有領域,中國近年的動向都極為活躍。中國已經成為名副其實的航天大國,並且正邁向亞洲太空開發的最高水平。


半個世紀來不斷刷新記錄的長征系列運載火箭

中國一直使用長征系列運載火箭執行發射任務。在這個系列中,主要有長征二號、三號和四號共三個主要型號,根據發射人造衛星的目的選擇合適的型號。長征系列火箭曾有過數次發射失敗的歷史,尤其是1996年發生了可能是太空開發史上最嚴重的事故。但中國並未被失敗嚇倒,而是繼續發射了多顆人造衛星和載人飛船,中國正發展成為即使與美蘇全盛時期相比也毫不遜色的航天大國。長征系列運載火箭截至目前已發射200多次,其成功率和可靠性都保持了相當高的水平。



中國作為航天超級大國 載人登月提上日程



「長征六號」的發射較靈活,具備迅速發射小型衛星的能力


長征系列運載火箭的開發從1975年開始,至今已有40年。在這期間,雖然在第一線執行任務的同時改良工作從未停止,但由於型號設計老舊,對中國的太空開發來說,日益成為發展的瓶頸。因此2001年中國開始了新一代長征運載火箭的研發工作。

所謂新一代長征運載火箭,包括大型火箭「長征五號」、中大型火箭「長征七號」和小型火箭「長征六號」。2015年10月,「長征六號」首次發射成功;2016年6月,「長征七號」首次發射成功。而中國目前推力最大的運載火箭「長征五號」也已經於今年11月3日發射成功。


其中,「長征七號」可以配備不同數量的助推器,具備發射不同規格、不同質量衛星的能力,可以將各種人造衛星和載人飛船送入太空,因此被定位為主力火箭型號。「長征六號」的發射較靈活,具備迅速發射小型衛星的能力。而「長征五號」運載能力非常強大,可以將太空站的大型部件送入軌道,並且具備發射大型月球探測器和行星探測器的能力。


另外,上述三個火箭型號的箭體構造、發動機等方面已經實現了通用化,中國力圖在量產的成本控制和可靠性方面再向前邁出一大步。


其中值得特別指出的是火箭發動機。中國採用了截至目前僅有前蘇聯實現了實用化的高性能火箭發動機技術。



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「長征六號」的發射較靈活,具備迅速發射小型衛星的能力


中國1990年從前蘇聯購買了應用了該技術的火箭發動機,經過反覆實驗研究,1998年左右,中國開始獨自開發該型號火箭發動機。開發初期,曾多次失敗,並發生過大型爆炸事故,但開發工作並未停止。2012年,該型號火箭發動機的開發獲得了成功。


談到技術,應該明確,並非獲得了實物或設計圖就可以馬上製造出完全一樣的產品。中國開發的火箭發動機與從前蘇聯購買的發動機相比,其性能已經有大幅提高,不能認為是簡單仿製了前蘇聯的產品,中國已經在其基礎上進行了大幅的改良。也就是說,中國已經完全掌握了該型號火箭發動機的設計製造技術。

這種技術也適於製造更大推力的火箭發動機,而且已經有跡象表明,這種更大推力的發動機早已在研發當中。如果今後能夠繼續發展此項技術,中國開發出人類歷史上最強大的火箭也並非難以想像。



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中國「嫦娥三號」無人登月探測器和「玉兔號」月球車在月球表面


人造衛星的「打包出口戰略」獲得成功


中國從上世紀90年代開始,利用上述的舊型號長征火箭為其他國家的企業或政府發射人造衛星,從而加入了商業發射市場。長征火箭的發射成本非常低廉,因此受到市場歡迎。當年的長征火箭偶爾會有失敗的情況,但隨著技術的不斷完善,可靠性獲得了大幅提高。


由於美國對中國航天項目具有很強的戒心,擔心技術泄露給中國,根據「國際武器貿易條例」(ITAR),安裝有美國零部件的人造衛星都嚴禁使用中國的長征火箭發射。


此時,歐洲的衛星製造商開始注意到長征火箭。當時歐洲製造的衛星不受「國際武器貿易條例」限制,可以交與中國發射。因此曾有數顆歐洲衛星被長征火箭送入軌道。2013年「國際武器貿易條例」重新修訂,歐洲衛星也不能再使用長征火箭發射。


但是,這時中國無論在運載火箭還是在人造衛星方面,都已經發展出非常成熟的技術。2000年起,中國為發展中國家研發製造衛星,用長征火箭發射,並向這些國家傳授衛星使用技術。中國還開始根據情況向發展中國家進行包括太空以外開發項目在內的「打包出口」。


很多發展中國家都沒有人造衛星製造技術,但另一方面,他們使用衛星進行通信和觀測的需求卻非常強烈。此時,中國提出了包括衛星製造、發射和使用在內的打包出口戰略,而且價格合理,不難想像這對很多發展中國家是非常有吸引力的。


2007年,中國為奈及利亞發射了人造衛星,以此為開端,截至2016年10月,中國向玻利維亞、寮國和白俄羅斯等國實現了衛星出口。



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H-IIB運載火箭是日本目前最大、最先進的運載火箭


中國在向他國出口太空技術的同時,加強了與該國的政治關係,並獲得了某些發展中國家的珍貴礦產資源的開採權。


另外,衛星發射並非是一次性的,每隔幾年會有再次發射的需要。最近,中國發布了與泰國國營衛星通信公司的合作協議,預計這種「打包出口戰略」將會繼續下去。


中國還積極向實用項目之外的太空基礎科學領域投資


中國的太空項目一直以來以實用項目為重點,例如中國發射了覆蓋廣闊國土的通信及廣播電視衛星、掌握自然災害、農作物、森林等狀況的對地觀測衛星以及中國軍方的軍事衛星等,這些衛星都可供中國政府和國民直接利用。


另一方面,中國也開始推動以月球、行星探測以及宇宙觀測為目的的太空基礎科學研究項目。



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中國「嫦娥三號」無人登月探測器和「玉兔號」月球車在月球表面


自1999年發射第一艘神舟飛船後,中國開始發射月球探測器、火星探測器和天文衛星。在月球探測上獲得一定成果後,中國還涉足小行星探測,並利用無人月球探測器進行了月面巡視,其太空項目的活躍程度引人注目。


在上述太空基礎科學領域,雖然短期內不會獲得直接利益,但從長期來看,對國家和國民乃至對全人類來說都將具有極大價值。


美國物理學家、費米國家加速器研究所第一任所長羅伯特·威爾遜提出建造耗資巨大的粒子加速器時,某議員問,「這個東西能保護我們的國家嗎?」羅伯特·威爾遜回答,「也許對保護國家起不到什麼作用,但它可以讓美國成為一個值得保護的國家」。


中國正是認識到了基礎科學的價值,因此在科研預算、理工人才、研究環境、大學與科研機構等方面給予了大力支持。


現在中國正在積極推動月球探測器、火星探測器、小行星及金星探測器、天文衛星等方面的技術開發。


也許由於中國過去在太空基礎科學方面的積累還不夠充分,目前還未能取得顯著成果,但如果中國今後繼續大力投入的話,再考慮到國際合作的不斷推進,中國在太空基礎科學方面很可能將取得重大突破。


中國在宇宙開發方面達到了亞洲的最高水平


除了上面提到的三個方面之外,中國還建成了新的火箭發射場,發射了集成先進技術的試驗衛星,中國還出現了多個太空技術企業,中國的太空開發勢頭何時能停下來還不得而知。



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日本「隼鳥號」小行星探測器


中國已經成為名實相符的航天大國,而我國在宇宙開發方面的地位相對下降是可以預見的。


根據世界經濟論壇2016年1月發表的數據,2013年,中國的航天預算為61.11億美元,這還不到美國393億美元的六分之一,但已經達到我國航天預算的兩倍。日本在航天領域的研究機構、大學、相關技術人員的數量與中國相比也有很大差距。如前所述,在火箭和衛星發射數量方面,中國也遙遙領先。從綜合實力來說,日本已經無法與中國相抗衡。


日本當然不會沒有自己領先的領域。例如,我國的小行星探測器「隼鳥號」以及利用天文衛星進行宇宙觀測方面,中國還未能超越日本。另外我國在火箭和人造衛星設計製造的部分技術上也有一定優勢。但是,這種領先優勢正在消失,或者說正在被中國超越。日本的太空技術在所有方面都落後於中國也只是時間問題。


當時之所以發射「隼鳥號」探測器並在小行星上採集樣本,也是考慮到那在當時可稱得上是即使美國國家航空航天局(NASA)也從未完成過的任務。可以用一句日本俗語來形象地比喻,「花椒雖小,一粒也能把人辣的夠嗆」。能在某個領域搶在美國和中國之前實現突破,顯示日本存在感的可能性不能說完全沒有。



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日本「隼鳥號」小行星探測器


但是,這種「花椒戰略」也並非總能實施。月球探測、行星探測以及天文觀測都是非常重要的領域,必須持續不斷地努力推進。但如果綜合實力處於劣勢的話,我國所取得的成就也將是曇花一現,很快就會被中國超越。


如果日本不能確保在太空開發方面的地位,那麼參與國際合作項目的機會將減少,國外來日參與共同研究的人數也將大幅下降。而另一方面,日本流失到國外的航天人才卻會大幅增加。而且,這並不局限於太空開發一個領域,其消極影響也將擴散到其他科技領域。實際上,日本人才流失的趨勢已經出現。未來,我國在科學技術各個領域存在感的下降是非常可能的。


更令人焦慮的是,考慮到我國的財政狀況以及少子化和人口高齡化,日本今後已不可能再拿出比現在更多的資金投入太空開發事業。日本應如何在太空競賽中繼續與中國對抗呢?現在是重新審視這個問題的時候了。


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