中国航天低价化时代已来
本文来自微信公众号：观网财经 （ID：tiequanhe），作者：李泽西，题图来自：视觉中国
北京时间2022年10月9日7时43分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将先进天基太阳天文台卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。同日，空间站梦天实验舱按计划完成了推进剂加注。此前，据中国航天科技集团9月宣布，我国已首次实现了液体火箭动力的重复使用。
就中国航天取得的一系列进展，航天专栏撰稿人，英文电子杂志“Go Taikonauts”创办人之一陈蓝近日接受了观察者网专访，讨论了中国航天进展的意义，赶超国外航天水平的历程，以及人类如何、为何将逐步移民太空。以下为专访实录：
观察者网：9 日，我国发射了先进天基太阳天文台，又名为“夸父一号”。可否介绍一下，这个卫星是干什么的？
陈蓝：这是个太阳观测卫星，按照设计者的介绍，主要观测“一磁两暴”，一磁指太阳全日面矢量磁层，两暴一个是耀斑，一个是日冕，它们有时候会突然喷发。这个对地球周围的环境，主要对航天器和空间天气造成比较大的影响，特别是空间站载人飞行，因此预测这个很重要。这是国际上首次同时观察“一磁两暴”，我觉得这是一个突破。
先进天基太阳天文台卫星效果图（图源：央视新闻）
中国的天文卫星，或者更为广泛的空间科学的卫星项目，其实是在最近这十年才得到比较大的发展。1976年就曾提出过“天文一号”的观测太阳卫星项目，但当时经济发展和国防需求更重要，空间科学没有提到很高的优先级，所以这个项目夭折了。
但是，“天文一号”的科学家为了发展中国天文卫星一直是孜孜不倦的。太阳观察在上世纪90年代末，也出现了很多的设想，比如1米口径的太阳望远镜；如果这个望远镜当时就能发射的话，那会非常先进，但可惜也夭折了。
还有就是这颗卫星的前身：中法两国曾经探讨过发射一颗同时观察耀斑和日冕的卫星，但是没有进行下去，直到2011年中国正式启动“空间科学先导专项”计划。其中第一批的4颗卫星都比较顺利的发射了，最近5年开始发射第二批卫星，包括“夸父一号”。我觉得这十年来的发展是比较顺利的。
“夸父一号”具有一定的先进性，但是因起步比较晚，我觉得跟国际先进水平相比还是有一定的差距。特别是国外，欧洲航天局的太阳和太阳圈探测器“SOHO”、美国航天局的太阳动力学天文台“SDO”等都发射得很早，它们观察的时间、空间分辨率都非常高。
其中，欧洲航天局的太阳和太阳圈探测器“SOHO”，它位于拉格朗日1点轨道，这个轨道对太阳的观察持续时间更长，受地球的影响更少（观察者网注：拉格朗日1点位于地球和太阳之间，一边受更大的太阳的引力，另一边受更近的地球引力，加上其绕日轨道运行速度，可取得暂时的受力平衡，允许该区域的卫星较长时期相对地球处于同一位置，便于其同时与地球通讯；嫦娥五号轨道器采取类似的轨道；详见下图）。
NASA制作的“SOHO”轨迹效果动图（不按比例，卫星应离地球更近）
我觉得中国在这方面还有很大的空间去拓展，我们也不能把这颗卫星看作是一个非常大的突破，不过这是一个很好的起步，今后我们可能还会有更多的、更先进的卫星发射来缩小差距。
观察者网：“夸父一号”获取的信息和科研成果对于普通人有什么意义？比如说，对于我们理解和应对太阳风暴具体有什么帮助？
陈蓝：直接相关的就是太阳风暴对卫星通讯有一定的影响。当特别大的太阳风暴来临时，地面有些通讯也会受到一定的影响。
另外，我们还没有重视的一点，就是太阳风暴来临的时候，来自太空的辐射强度会增加，对人的健康有一定的影响。当然，这个有一定争议，但比如民航机在飞行过程当中受的辐射会比地面更多。如果有一个准确的“空间天气预报”的话，对我们的出行也有一定的帮助，可以避免在那几天旅行。
更多相关的是跟日常生活无关的科学和经济运作，比如说国防通讯。如果有比较准确的“太阳天气预报”的话，那么我们可能可以对行动计划进行一些预判和事先应对。
观察者网：各国航天所实现的“高大上”的成果，对于我们普通人来说有什么意义，还是商业和国防意义更大？
陈蓝：第一方面，对我们生活有直接影响的，比如导航，现在卫星导航是我们每个人生活中必不可少的。
我们虽然平时感受不到卫星通讯，但比如越洋电话其实已经部分通过卫星进行。像星链这样的项目我们也在开展，一旦成功，我们的互联网将来也可以通过卫星接入，这样的话在没有网络的偏远地区和海上都可以上网。
另一方面，对我们生活有间接影响的，比如天气预报，就极大程度依赖卫星云图。现在的气象预报很多是数值预报，都是用超级计算机进行计算的，而它的原始数据也是通过卫星探测获取的。还有卫星遥感照片、地图等，方方面面都影响到我们。
观察者网：“夸父一号”发射对于中国航天的意义到底有多大，后续还会发射什么样的卫星？跟国外的水平相比的话，中国航天大概还有多大的差距？
陈蓝：我觉得“夸父一号”本身的意义其实应该从中科院的空间科学先导专项的角度来看：这一批卫星大大提高了中国的空间科学发展水平。当然还是有差距，但是我觉得我们已经跨了一大步了。
接下来，空间科学先导专项还有后续的卫星，包括爱因斯坦探针卫星，跟欧洲航天局合作的太阳风－磁层相互作用全景成像卫星“SMILE”等。除了中科院空间科学先导专项之外，在天文方面，中国空间站所配套的共轨巡天号空间望远镜又将是一个巨大的飞跃，因为它是一个两米口径的大型望远镜，可以跟哈勃空间望远镜相媲美。
中国空间站望远镜艺术构想图（图源：新华网）
如果巡天号空间望远镜能够顺利发射的话，那我觉得在天文观察方面，我们跟世界最领先的技术已经很接近了。当然，它跟韦伯空间望远镜还有一些差距，但是某些单项也是超过韦伯的。
观察者网：巡天号空间望远镜现在大概进展到哪一步了？
陈蓝：应该到最后阶段了，本来计划是2024年发射，现在有望明年就可以发射。巡天号空间望远镜的发射其实是一个巨大的进步，当然单个航天器，还不能全面代表中国的水准。刚才说的空间科学先导专项里面还有一些卫星，包括规划中的三期、四期，加在一起才能提高中国空间科学的整体水平。巡天号空间望远镜可能是其中最重要的一个项目。
观察者网：除此之外，中国航天最近也在各方面取得飞速的发展。可否大概介绍一下，您认为对于发展中国航天意义最大的一些进展？
陈蓝：今天看到梦天舱加注的新闻。中国空间站马上就要建成了。这是中国航天的一个重要里程碑。它的意义在于，载人飞行技术是未来人类走出地球建立多星球文明的基础。作为大国，我们必须建立这个能力，才能保证中国未来在太空的领先地位。
不过，我认为我们这几年在运载工具方面的进展意义更大。运载工具其实是整个航天发展的基础。如果说没有一个发射能力很强，价格又很便宜的运载体系的话，那么很多航天项目都无法支持。在这方面，你可以看到中国有很多的项目正在进行，这些项目可能在今后几年内彻底改变中国航天运载工具方面的现状。
目前来说我们其实还是滞后的。虽然说长征五号、长征七号、海南文昌航天发射场等已经比过去提高了一大步，但是在可重复使用火箭方面，我们还是落后于美国马斯克旗下的“SpaceX”，而在航天动力方面，我们以前一直依赖比较陈旧的技术。
长征五号前几年发射成功之后，我们在液氧煤油发动机和液氢液氧发动机这两方面都取得了一定进展，但是离大规模降低成本和重复使用还是有些差距。
目前在发展的项目当中，有很多是液氧甲烷发动机，这些发动机更适合于重复使用，因为它们不会有太多的积炭。这也是国外发展的一个重点，不过在这方面我们其实比较先进，这里面也有民营企业的参与，比如蓝箭，在今年内它的“朱雀2号”就可能发射。
朱雀2号（图源：蓝箭）
美国还有两种火箭将采用甲烷发动机，一个是“SpaceX”的星舰，另一个就是比较小型的“人族”火箭。这三种火箭中，我觉得很有可能是中国的蓝箭最先实现轨道发射。
另外，在更先进的两级可重复使用的航天器，就是垂直起飞、水平降落的方式当中，中国也是领先的。它的第一级类似于航天飞机，但是不入轨，第二级有个一次性火箭。去年进行过两次试射，亚轨道的运载器已经试验成功了，成功地实现了液体发动机的重复使用，即去年飞的那架飞行器今年重复飞，它的发动机也重复使用。我觉得这也是一个很大的突破，因为以前中国的液体发动机没有真正在飞行当中重复使用过。
火箭动力部分重复使用运载器发射剖面（图源：航天科技）
观察者网：这对于中国航天的意义多大，是否将开启中国航天“低价化”的大门？
陈蓝：可以这么说。其实低价化或者说大规模降低成本的目标一直是航天界几十年来追求的目标，但等到马斯克的“SpaceX”猎鹰 9 号才取得突破；之前航天飞机的尝试其实是失败的。
中国现在在几条线上同时并进，发展可复用的航天器。
第一方面就是跟随马斯克的路线，包括航天科技一院和八院的长征8号、长征6号。民营的也有很多在研究甲烷火箭的重复使用，基本上都是垂直起飞，垂直降落。
此外，刚才我说的航天科技的这个两级可重复使用的系统，是水平着陆的，应该说更先进一些。
更为先进的就是吸气式的水平起降发射系统，那就是航天科工正在研究的“腾云”系统，按照计划，2025年亚轨道试飞，2030年入轨试飞；如果能按期实现的话，那中国在这方面就取得了很大的突破。
中国重复使用运载器发展思路（图源：科技导报）
不管采用的是哪条技术路线，只要实现重复使用，都能大幅降低发射成本，很多以前不可行的项目就会变得可行。比如空间太阳能电站，目前只有中国已经真正进入到工程试验阶段，有一些空间能量传输的试验已经开始在地面实施，而国外基本还停留在论文和PPT的阶段。不过，空间太阳能电站需要的发射重量远超目前运载能力。所以，只有实现廉价航天发射，这样的项目才有可能真正的落地。
一旦发射成本大幅降低之后，这将全方面改变人类进入太空的前景，包括火星移民等，所有的梦想都有可能实现。所以运载工具的进一步发展，尤其是低价化和可重复使用是非常重要的。
中国最近几年在深空探测和载人航天方面其实也取得了很大的进展。原先我们可能只能排在第三、第四。而现在，像深空探测，肯定可以排在第二，仅次于美国。在载人航天、空间站方面，我觉得我们跟俄罗斯的能力几乎平起平坐了，我们有能力建造模块化的空间站，从某种程度上已经超越前苏联的“和平号”了；我个人认为，俄罗斯现在已经没有能力再建这样的空间站了。
在深空探测方面，我们通过前往火星的“天问一号”，一次性成功测试轨道器、着落器和火星车，且没有发生任何问题，我觉得是一个非常了不起的成就，因为每个国家前期探测火星都会碰到各种各样的问题，只有中国是一次成功的。当然，2011年的时候，我们有一个小型火星探测器，因为搭载俄罗斯的火箭失败，这个另当别论，不是我们的问题。
所以，我觉得中国深空探测的水平已经很高了，后续包括木星、海王星、天王星、小行星等探测计划都在规划当中，未来十年中都能看到。如果这些项目全部成功的话，我觉得跟美国平起平坐也不是大话。最后，在国防方面我们进展也非常大，我们能够达到的能力仅次于美国。
观察者网：您刚才提到中国航天近年所不断取得的进展，尤其是低价化，所提供的各种各样的机会。那么，在这么多机会当中，中国近期专注的目标是什么？放眼更远的未来，您希望中国航天朝着哪个目标、方向发展？
陈蓝：我个人认为还是应该不断的降低运载工具的发射成本。因为，从更长的时间段来看的话，人类总是要走出地球的。第一步，就是我们的近地空间，然后可能是月球，再接下去可能火星。如果人类要大规模的进入太空，就必须建造太空城市，或者在月面上建立这样的定居点。这需要将大量的物资材料运送到太空，上了规模成本才能降低。
这就需要一个非常低价的运载工具；将来太空城市建立起来之后，人员的往来和物资的补给也需要运载工具，所以只有把运载工具的成本几何的降低，才能实现这样的愿景。我希望能够尽快加快这个进程，使得我们普通人也能进入太空。
我觉得太空旅游是一个潜力非常大的市场，从商业的角度来看也是成立的。一旦成本降低，需求就会指数增长。比如说，你现在进入太空轨道飞行可能要几千万美元，一年可能就几个人有这样的需求；如果价格下降一百倍，从几千万降到几十万美元，那全世界的需求可能是几万甚至几十万人；如果再进一步降到一次几万美元的话，那需求将是无可估量的。
所以，成本的降低跟将来的市场发展和规模扩展都是有关联。如果能够进入一个良性循环，价格的降低推动需求的增长，又进一步促进航天的大规模应用，进一步降低成本，那我觉得航天事业的发展、人类进入太空的进程就会大大加快。
怎么样启动这个良性循环？我认为中国是有优势的，政府可以就像推动高铁、新能源汽车一样，出台政策或者直接参与。比如，通过对空间太阳能电站投资，把循环带起来，通过中国版的星链，发射几万颗卫星的项目，把发射需求带动起来。良性循环有可能就此建立起来，运载工具的供应商就会有很大的动力投资研发，通过竞争进一步降低成本。
观察者网：您说到人类移居到太空，建立太空城市等，作为最核心的愿景。人类去太空干什么？我们为什么必然移民太空呢？
陈蓝：这个问题有点哲学化了。我觉得有一个回答可能更容易理解，就是马斯克所说的：建立一个多星球的文明，地球万一发生灾变，那么人类就有一个去处。但就他提倡的一步到火星，我个人觉得还不如一步一步走出去，先在地球轨道建立一个太空城市，从我们的空间站开始，用太空旅游支撑，建立一个更大的空间站，慢慢到月球，再到火星。
当然，“地球发生灾变”可能有点远，但是从近期来看，通过商业去推动可能更合适，而太空旅游其实就是一个非常现实的市场。其实，你说一定要抱着什么长期目的，商业的目的都是很直接的、很短期的，有这样的短期的需求，可以慢慢形成趋势，跟“万一地球发生灾变”的远期需求结合起来。
观察者网：马斯克的一个竞争对手贝索斯提出了另一个人类去太空的目的，就是太空无限的资源和空间，可以允许人类永远可持续的发展。
陈蓝：其实我觉得他跟马斯克所说的是完全一致的；人类为什么要离开地球，灾变是一种情况，地球资源不够用也是一种情况，在这个情况下人类需要更多的栖息地。两者都是在地球不足以支撑人类的时候，我们就要利用地球之外的资源，这也是人类移往太空动力。
本文来自微信公众号：观网财经 （ID：tiequanhe），作者：李泽西
