【簡介：】航天技術經過四五十年的發(fā)展,已進入全面收益階段?目前,應用衛(wèi)星在不斷完善和擴大應用的范圍;軍用衛(wèi)星在不斷地更新?lián)Q代;天文衛(wèi)星和星際探測器在不斷地發(fā)回有關宇宙的新信息;
航天技術經過四五十年的發(fā)展,已進入全面收益階段?目前,應用衛(wèi)星在不斷完善和擴大應用的范圍;軍用衛(wèi)星在不斷地更新?lián)Q代;天文衛(wèi)星和星際探測器在不斷地發(fā)回有關宇宙的新信息;載人航天飛行在有條不紊地進行著;航天飛機和宇宙飛船經常性地往來于天地之間;國際“阿爾法”空間站已經建造……在更加遙遠的將來,航天技術將朝著哪些方向發(fā)展,航天技術的未來將面臨哪些挑戰(zhàn)呢?
無論進行何種選擇,航天技術的發(fā)展必須以解決人類面臨的問題?造福于人類和增進人類知識財富三大目的為本?當前,人類面臨著數(shù)不清的問題,工業(yè)化的發(fā)展使這些問題變得日益嚴重?航天時代以來,人們提出了種種解決上述問題的途徑?有些也許可以作為航天未來發(fā)展的方向?
人口?生態(tài)和環(huán)境是當今世界的熱點問題?1969年,美國物理學家奧尼爾提出了太空城和太空移民的設想?他認為,解決上述問題的最好的辦法是在太空中建造一個個太空城,逐步把人類移居到地球周圍的太空城中?太空城內建有一種適于植物生長的自然環(huán)境,上面有百草?樹木?河流和湖泊?除了這些人工自然環(huán)境外,太空城內還有道路?居住區(qū)?娛樂區(qū)?商業(yè)區(qū)?工作區(qū)等等?人類移居太空后,讓地球長時間按著自然力的作用進行重新改造,恢復過去的生機和良好的生態(tài)環(huán)境?經過幾百年后,地球會在沒有人類干預的情況下,輕裝上陣,變得更加生機勃勃?動物成群?綠樹成蔭?風調雨順?風和日麗?萬象更新?如果有必要,人類還可以重返地球?
作為太空移民概念的擴大,20世紀70~80年代出現(xiàn)了大量建立月球基地甚至改造火星的設想?美國宇航局科學家于1991年7月8日就提出了這樣一個設想?他們就改造火星的進程制定了大致的時間表:在完成初步探測后,到公元2014年,人類先遣隊將率先登上火星?他們先進行考察工作,初步開辟赤道地區(qū)?再過15年后,1萬名專家將登上火星?他們架起太陽光反射器?開辦核化工廠?建立核電站煅燒火星礦石和亂石?這些工作都是為了大量產生二氧化碳,創(chuàng)造人工溫室效應,使火星表面氣溫逐漸升高?
大約到2080年,火星的平均氣溫將達到-15℃,這時,天空將會出現(xiàn)云層;赤道附近的凍原植物也開始放出氧氣;兩極地區(qū)的冰和干冰開始融化?漸漸地,大氣層變得更加濃厚?河流和湖泊慢慢形成,植物生長更加旺盛,氧氣量更加充足?這個過程不斷向良性方向發(fā)展:低等動物和植物越來越多,氧氣越來越豐富,溫度越來越高,涓涓細流匯成大海?到2130年,火星溫度將升至10℃以上;大約到2170年,巨大的植物系統(tǒng)將足以使大氣富含氧氣?這時,火星上看到的景象是:藍藍的天空?碧綠的原野?清清的河流?茂密的森林,一切都是那么生機勃勃?到那時,人類終于把比薩哈拉大沙漠還惡劣百倍的火星改造成了第二個地球?
為解決能源問題,科學家們提出了衛(wèi)星太陽能電站設想?20世紀70年代美國有多家公司深入研究了衛(wèi)星電站問題?波音公司在太陽能衛(wèi)星電站上所做的工作最多,也最細致?該公司設想的電站有兩種形式:一是光電轉換方案,另一種是勃萊頓熱循環(huán)方案?每一種方案都以發(fā)出電力10GW的電功率為目標?第一種方案又包括使用硅光電池和砷化鎵光電池兩類?第二種方案同地面上的汽輪發(fā)電機很相似,它依靠巨大的空腔式吸熱器吸收太陽輻射,吸收的熱量使循環(huán)器中的液氦氣化并達到上千度高溫?氦氣膨脹時,通過上部的渦輪并驅動其高速旋轉?回流經冷卻器進入壓縮機?渦輪驅動壓縮機和發(fā)電機,可產生10000伏交流電輸出,經變壓器升至33萬伏后再以微波形式發(fā)送回地面?
在美國,還有科學家和有關部門研究在月球表面建設太陽能電站的問題?研究表明,在月球表面可以建造2萬個太陽能電站,發(fā)電功率在2萬GW以上,每年產生收益15萬億美元?這個數(shù)字相當于世界總產值的60%?它雖然初期投資很大,但以后運營成本及維護成本都很低,因此具有十分廣闊的發(fā)展前景?
太空工業(yè)化是航天未來發(fā)展的又一大主題?太空工業(yè)化的含義十分寬泛,可以從太空加工?生產?制藥?冶煉等擴展到太空信息產業(yè)?太空旅游業(yè)和太空能源,更遠期的太空工業(yè)化還包括月球和行星資源開發(fā)?許多專家指出,太空工業(yè)化初級階段完全可能在醫(yī)藥?光學玻璃?電子器件?磁性材料?工業(yè)工具?新型材料以及加工工藝等方面導致新的工業(yè)革命?
在太空環(huán)境中,微重力和超真空提供了制造純度極高?均勻性極好的大塊半導體晶體的可能性;能夠大量生產應力均勻?純度高?性能極好的光導纖維和玻璃材料;可以生產高性能合金?磁性材料以及金屬泡沫等新材料?許多科學家十分看好在太空生產生物制品和特種藥物?生物制品商業(yè)化的三大應用領域是:生物分子結晶?生物分離和培養(yǎng)活細胞?特種藥物生產前景也十分廣闊,目前許多昂貴?且無法大量生產的特效藥可望在太空大量生產,經濟和社會效益非常明顯?材料?加工和生物醫(yī)藥制品的收益保守的估計可達數(shù)千億美元?如果包括太空信息服務?太空旅游?太空能源在內,未來15年太空工業(yè)化的總收益將超過10000億美元?
從上面的描述可以看出,航天技術的未來發(fā)展前景十分廣闊,對人類社會的影響也將更加深遠,但面臨的挑戰(zhàn)也將是巨大的?技術上,要解決大量載荷的低成本發(fā)射問題,大型空間結構的組裝問題,材料?藥品和其他產品的工業(yè)化生產問題等等?從目前的狀況看,太空城?太空移民?月球基地和改造火星所需要的基本技術人類已經具備,太空生產?加工的可行性已經得到實驗驗證?目前全世界航天年潛在發(fā)射能力可達上萬噸,大型空間構件的組裝已不存在很大困難?因此從技術角度上講,太空工業(yè)化的目標并不遙遠?顯然,巨額資金需求將制約著未來航天技術的發(fā)展進程,但實現(xiàn)太空工業(yè)化等目標的最大挑戰(zhàn)或許來自于人類的價值觀和人類的合作精神?
