(聲明：刊用《中國(guó)新聞周刊》稿件務(wù)經(jīng)書面授權(quán))
盡管中國(guó)先后加入了“航天俱樂部”和“探月俱樂部”，但各項(xiàng)技術(shù)與作為領(lǐng)頭羊的美國(guó)相比，存在明顯的差距
記者/方玄昌
中國(guó)在航天方面的技術(shù)在世界上究竟處于怎樣一個(gè)地位？這是很多人都關(guān)心的問題。
對(duì)于這一問題，中科院院士歐陽自遠(yuǎn)將中國(guó)比喻為“二鍋頭”——第二梯隊(duì)的領(lǐng)頭人。他說，在國(guó)際探月領(lǐng)域，美國(guó)、俄羅斯是第一梯隊(duì)，中國(guó)、歐盟、日本是第二梯隊(duì)。
事實(shí)上，由于印度、日本等國(guó)家在這方面的技術(shù)更多處于保密狀態(tài)，人們很難估測(cè)其具體各方面技術(shù)所居的優(yōu)劣勢(shì)——相對(duì)來說，代表目前世界航天技術(shù)最高水平的美國(guó)更“大方”一些，他們的很多太空計(jì)劃及其進(jìn)展、未來具體步驟的規(guī)劃都是對(duì)全世界公開的。
火箭力量
把飛行器送入太空，火箭技術(shù)當(dāng)然至關(guān)重要。
從上世紀(jì)50～60年代最初發(fā)射衛(wèi)星的時(shí)候，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)火箭技術(shù)的很大一個(gè)難點(diǎn)是制造所用的材料問題。
火箭點(diǎn)火后，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料在很小的空間內(nèi)燃燒，產(chǎn)生數(shù)百個(gè)以上的大氣壓和數(shù)千度的高溫，氣體以數(shù)倍于子彈出膛的速度噴出，整個(gè)火箭振動(dòng)極為厲害。而進(jìn)入太空之后，又要經(jīng)受正負(fù)100多攝氏度的溫度變化。因此需要極耐高溫、耐高壓的材料(尤其是火箭噴口的材料)和高性能的燃料，才能讓火箭達(dá)到第一宇宙速度。
這牽扯到最尖端的幾項(xiàng)科研成果——設(shè)計(jì)要用到數(shù)學(xué)；燃料要用到化學(xué)；材料要牽扯到物理等幾個(gè)學(xué)科；防振動(dòng)更多牽扯到工程和工藝，等等。由于涉及面太廣，所以才說航天力量是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)。
中國(guó)在航天材料方面，有一項(xiàng)是做得很不錯(cuò)的：上世紀(jì)60年代，中國(guó)就生產(chǎn)出了“燒蝕材料”——即涂在航天器外面經(jīng)受與大氣摩擦產(chǎn)生的高溫、以保護(hù)航天器主體的材料——沒有這種材料，航天器將無法返回地球。
一直到上世紀(jì)80年代，世界上還只有美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)有這方面技術(shù)。
從推進(jìn)力量和可靠性等因素比較，中國(guó)的火箭技術(shù)亦可一書，但與世界前沿相比依然有差距。舉例來說，美國(guó)送阿波羅上天的土星5型火箭，發(fā)射衛(wèi)星至低軌道(一般為距地面幾百公里高度，比如神舟6號(hào)，大約為343公里左右)的最大重量是139噸；俄羅斯的能源號(hào)這一數(shù)據(jù)為105噸;歐空局的阿麗亞娜5號(hào)改進(jìn)型火箭，發(fā)射衛(wèi)星至高軌道(距地面36000公里左右)的最大重量是12噸，估計(jì)推進(jìn)衛(wèi)星至低軌道的最大重量可以達(dá)到數(shù)十噸。
相比之下，中國(guó)的長(zhǎng)征2F型火箭，推進(jìn)衛(wèi)星至低軌道的最大重量是8～9噸(神舟6號(hào)是8噸左右)；中國(guó)正在研制中的大推力火箭，推進(jìn)衛(wèi)星至低軌道的最大重量將達(dá)是25噸。
能夠送人登陸月球的航天器當(dāng)然要比神舟6號(hào)復(fù)雜得多。最早載人成功登陸月球的阿波羅11號(hào)，由指揮艙、服務(wù)艙、登月艙和登月艙外罩四部分組成，飛船總重量達(dá)到44.676噸。阿波羅起飛重量很大，另一個(gè)原因是它不但荷載能裝下三個(gè)人的飛船，還包括返回地球所需要的燃料。
未來再登月，人們已經(jīng)開始考慮返回的燃料直接從月球獲取，但現(xiàn)在大家都還辦不到。不管怎樣，中國(guó)未來要實(shí)現(xiàn)載人登月，顯然還需要發(fā)展更大推力的火箭。
計(jì)算和控制技術(shù)
航天工程中還有一個(gè)重要的因素是計(jì)算和控制技術(shù)，“嫦娥一號(hào)”確定發(fā)射具體時(shí)間，就牽扯到工程計(jì)算問題：發(fā)射時(shí)間要充分考慮飛行器入軌時(shí)與地球、月球和太陽之間的相對(duì)位置，飛行器要進(jìn)入繞月軌道則需要對(duì)其速度大小、方向進(jìn)行多次精確的調(diào)控。
能說明計(jì)算與控制技術(shù)對(duì)航天發(fā)射的重要性的一個(gè)典型案例是，美國(guó)1997年發(fā)射的、承擔(dān)探測(cè)土星及其衛(wèi)星任務(wù)的卡西尼號(hào)。
卡西尼號(hào)飛船是迄今為止飛往其他行星的重量最大的飛行器(將近6噸)，其發(fā)射目的地是太陽系中處于地球軌道外層的土星，途中將受太陽的巨大引力減速。因此，即使利用全世界推力最大的火箭，也不能把這么重的卡西尼號(hào)直接加速到足夠飛往土星，甚至不能加速到足夠飛到比土星近一倍的木星。
于是科學(xué)家設(shè)計(jì)了一條奇怪的路線：卡西尼號(hào)是“朝內(nèi)”發(fā)射的，首先飛往太陽系內(nèi)層的金星，借助于金星的引力，兩次給它加速；然后再次飛往地球，借助于地球的引力給它加速；然后飛往木星，借助于木星加速，最后才飛往目的地土星。
這么漫長(zhǎng)、復(fù)雜的加速和飛行路線，就決定在發(fā)射時(shí)的一瞬間�；鸺l(fā)射的方向和推力都要計(jì)算、“執(zhí)行”得準(zhǔn)確無誤，而且向金星、地球、木星借力得到加速的時(shí)間和位置，都要一次性計(jì)算完成——計(jì)算略有偏差，或者火箭的推力、角度稍有增減，飛行器都很容易“掉進(jìn)”太陽、金星、地球或者木星。
最終，卡西尼號(hào)在7年飛行過程中定位精準(zhǔn)，所進(jìn)入的土星軌道非常接近原計(jì)劃軌道。
曾經(jīng)有人以打高爾夫球來比喻探測(cè)器登陸火星的難度——從紐約到倫敦，一桿進(jìn)洞；顯然，卡西尼號(hào)的發(fā)射精準(zhǔn)度比探測(cè)器登陸火星是難多了。
能夠代表美國(guó)近些年在航天控制方面技術(shù)水平的是2005年的“深度撞擊”計(jì)劃。撞擊的目標(biāo)是距離地球1.3億公里之外、大小僅為6公里的坦普爾1號(hào)彗星上一個(gè)幾百米大小的區(qū)域，中國(guó)“載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)”副總指揮潘厚任研究員把這比作是“從130公里之外擊中一只蒼蠅(6毫米大小)的眼睛”。
目前正在飛往冥王星的美國(guó)“新地平線”號(hào)探測(cè)器是飛行更遙遠(yuǎn)的行星探測(cè)器。在這方面，嫦娥一號(hào)是迄今中國(guó)最遠(yuǎn)距離的實(shí)際測(cè)試——僅38.4萬公里。
數(shù)據(jù)傳輸手段
探測(cè)器到了月球之后還要把獲取的信息、數(shù)據(jù)傳回來，因此，通訊測(cè)控手段、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)必須過關(guān)。
到現(xiàn)在為止，中國(guó)在這方面最遠(yuǎn)的試驗(yàn)還是探測(cè)1號(hào)、2號(hào)(即TC-1、TC-2)，跟歐空局合作，跟蹤距離是10萬公里左右。而嫦娥工程的測(cè)控手段需要達(dá)到38～40萬公里。
其實(shí)早在1994年，中國(guó)就進(jìn)行過論證，認(rèn)為到2000年中國(guó)可以有能力發(fā)射探測(cè)器去月球并進(jìn)行研究探測(cè)。那時(shí)論證，中國(guó)探測(cè)器的平臺(tái)，包括有效載荷、遙感儀器等技術(shù)都沒有問題。
利用上海天文臺(tái)25米直徑天線(長(zhǎng)基線干涉儀)進(jìn)行改裝，可以接收月球這個(gè)距離發(fā)回的數(shù)據(jù)。而能夠發(fā)射神舟飛船的長(zhǎng)征火箭加上一個(gè)頂級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，就可以打上月球。也就是說，從技術(shù)上說，中國(guó)2000年前發(fā)射月球探測(cè)器也是可以辦到的，但后來由于載人航天工程上馬，這一計(jì)劃就往后推了。
但在數(shù)據(jù)傳輸和接收這方面，美國(guó)已經(jīng)走得很遠(yuǎn)了——1977年發(fā)射的“旅行者”1號(hào)目前已經(jīng)飛離地球大約150億公里，超過冥王星距離地球的兩倍，飛到了太陽系邊緣。它完全依靠上面的信號(hào)，發(fā)射機(jī)以幾瓦的功率向地球定向發(fā)射，抵達(dá)地球時(shí)其信號(hào)功率大約只有一枚普通電子表電池功率的200億分之一。但依靠分布在全球(分別在美國(guó)加州、澳大利亞和西班牙)、拋物面直徑達(dá)到70米的三個(gè)大天線，美國(guó)科學(xué)家依然可以對(duì)這么微弱的信號(hào)進(jìn)行接收和分析，從而獲取來自外太空的一些數(shù)據(jù)——“旅行者”發(fā)射至今已經(jīng)有30年，也就是說，這代表著美國(guó)30年前的技術(shù)�？茖W(xué)家估計(jì)，其所帶電池還能用10年，這10年中它還能繼續(xù)為人類服務(wù)，為科學(xué)家?guī)碛嘘P(guān)太陽系邊緣的一些信息。
阿波羅帶動(dòng)世界，嫦娥帶動(dòng)本土
那么多國(guó)家再次掀起登月熱，有一個(gè)共同的目的：借助于航天技術(shù)的發(fā)展，來帶動(dòng)國(guó)內(nèi)其他技術(shù)的發(fā)展。嫦娥工程也不例外。
阿波羅計(jì)劃前后投入了30萬的人力和400億美元(四五十年前的數(shù)據(jù)，換算成現(xiàn)在的美金還要大得多)的資金，表面上看，除了政治和軍事意義之外，美國(guó)人直接獲取的成果是總計(jì)12公里長(zhǎng)的攝像膠片和382公斤的月球土壤。
但事實(shí)上，其收獲遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于這些。一種估算認(rèn)為，阿波羅計(jì)劃在經(jīng)濟(jì)上的投入產(chǎn)出比是1：14，原因主要就在于它帶動(dòng)了其他民用技術(shù)的發(fā)展。
眾所周知，阿波羅計(jì)劃在電子、鐵路運(yùn)輸、醫(yī)療、天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)等多方面都起到了帶動(dòng)作用——比如現(xiàn)在全世界都在應(yīng)用的很多種類的體檢設(shè)備就來自于阿波羅計(jì)劃。
另外還有大眾了解比較少的一點(diǎn)是：全世界的工業(yè)產(chǎn)品可靠性，可以說就是被阿波羅計(jì)劃給“推”上去的——上世紀(jì)60年代，由于要保護(hù)宇航員的生命安全，美國(guó)進(jìn)行了一系列的可靠性管理、控制，后來推廣到民用，然后進(jìn)一步帶動(dòng)了全世界的各個(gè)領(lǐng)域。事實(shí)上，阿波羅計(jì)劃以前的電視機(jī)、收音機(jī)的可靠性都很差，是阿波羅計(jì)劃改變了它們。
美國(guó)人當(dāng)年有政策，就是要把航天、軍事技術(shù)往民用推廣。但由于美國(guó)走出的是第一步，阿波羅計(jì)劃帶動(dòng)了全世界各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步�？梢灶A(yù)見，中國(guó)的嫦娥工程至少也能帶動(dòng)本國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。
相關(guān)報(bào)道
