中国制造走向月之暗面：2018世界航天十大看点

Original 2018-01-12 太空精酿 科学大院

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过去的2017年，人类航天迎来自1957年斯普特尼克一号进入太空以来的60周年纪念。在刚刚开始的2018年，必将是人类史上又一个波澜壮阔的一年，尤其是商业航天的全面发力，将会进一步改变人类航天的历史。

人类30年来最强火箭即将登场

2018年1月8日，Space-X公司的猎鹰重型（Falcon Heavy）火箭已经竖立在肯尼迪空间中心传奇的LC-39A号发射工位上，1969年登陆月球的阿波罗11号飞船、后续的天空实验室和数十次航天飞机任务从这里出发 ©spacenews.com

1987年，苏联重达2400吨的能源火箭（Energia）成为美国土星五号登月火箭之后的又一人类超强火箭（不计航天飞机），能把100吨载荷送入近地轨道（土星五号能实现140吨）。但在1988年将苏联唯一一架航天飞机暴风雪号送入轨道后，这个火箭就遗憾得在两次发射任务后宣布退役。后来的30年内，人类最强的现役火箭一直在30吨近地载荷的天花板下工作。

最近几天，商业航天公司Space-X的猎鹰重型火箭即将择机进行首飞测试。这个重达1421吨的火箭能将近64吨载荷送入近地轨道，甚至能将3.5吨的载荷直送冥王星，远远超过当年抵达冥王星的新视野号的478千克。

巨大的整流罩内仅有这么一个“小”载荷 ©Space-X

它将三个猎鹰九号火箭第一级“捆绑”起来，成了新的第一级，其中两侧的两个助推器为之前回收的二手火箭一级。当然，伊隆·马斯克还不忘给自己家的特斯拉电动车做个让人震惊的广告：这枚巨大的火箭唯一载荷将是一辆特斯拉电动车，火箭可以直接送它飞掠火星并最终抵达太阳系的深处。

当然，这也让很多航天机构深表遗憾，毕竟如果能搭乘一些有效的科学载荷，对世界航天也是个不小的贡献。

这就是商业航天的特点：利益让技术更好工程化，利益也让它目光集中在利益本身。

洞察火星，人类火星登陆再下一城

由于地球和火星相对太阳位置不同，二者的轨道周期/一年长短完全不同：地球365天，火星687天。它们因此存在一个780天的会合周期：每到这一刻，火星和地球的相对位置最小，可以允许在人类航天现有技术下实现一次火星探测，这就是火星探测时间窗口2年2个月的来历。

人类航天将在2018年5月再次迎来一个火星探测时间窗口，全世界将只有一个航天器出发前往火星。这就是NASA的洞察号（Insight）火星着陆器，它沿用了凤凰号火星着陆器的平台，也将实现火星登陆。它的主要目标任务是携带各类火星土壤和地下探测设备，全面解析火星土壤和内部结构隐藏的秘密，这是之前所有探测器无法做到的。

洞察号将会“深入地底”，研究那里深藏的秘密 ©NASA

此外，洞察号还将携带一个双星编队飞掠火星，它们仅能执行飞掠任务无法进入火星轨道，不过它们将验证最新的深空探测实时通信和新频段通信技术。

洞察号抵达火星后，人类在火星的在编（依然处在工作状态）使者团队又将扩编。现在已有8位：奥德赛号轨道器（2001年）、火星快车号轨道器（2003年）、机遇号火星车（2003年）、轨道侦察器（2005年）、好奇号火星车（2011年）、MAVEN轨道器（2013年）、曼加里安轨道器（2013年）、ExoMars轨道器（2016年）。

原计划90天寿命的机遇号竟然超长延期工作到了第15年！ ©NASA/JPL

人类距离成为一个能跨越行星生存的物种，再近一步。

红龙飞天波音冲刺，商业航天全面入侵

2003年小布什政府要求NASA转移重心从近地空间到深空探测，但没想到2011年美国航天飞机计划全面谢幕之后，国际载人航天市场完全被俄罗斯垄断，美国宇航员乘坐联盟飞船的船票价格猛涨四倍，俄罗斯进步号货运飞船价格也猛增。

航天飞机退役前后俄罗斯飞船“船票”价格（编辑自©NASA）

在这种情况下，NASA开始大力扶植美国商业航天力量，将大量的近地空间研究资源投入Space-X等商业航天公司，后者取得的成就举世瞩目。除了火箭回收技术，Space-X的龙飞船与Orbital ATK公司的天鹅座飞船在2012年后联合成功狙击进步号货运飞船，成为国际空间站货运主力。

不过，它们至今还只是“货运”飞船，没有“客运”功能。

在2018年，Space-X的龙2载人飞船将全面挑战俄罗斯王牌的联盟号载人飞船，首次进入近地轨道载人测试。如果成功，将极有可能在2018年年底前执行国际空间站“客运”任务，打破俄罗斯的多年垄断。

与此同时，老牌航天企业波音也没有闲着，他们也将在8月份首飞研发多年的CST-100 Starliner载人飞船。

这符合NASA的一贯传统：永远保持至少两家企业处于竞争状态。

人类首次，中国之眼俯视月之暗面

地球花了几十亿年驯服月球，将它牢牢潮汐锁定为地球卫星，正像木星和土星锁定庞大卫星群一样。但带来的代价是月球几乎只有一面能对地球可见，它的背面也成为了人类在地球上永远无法看见的“暗面”。各种关于月之暗面遐想的小说、电影等数不胜数。

月之暗面的秘密，将由信号中继卫星传回地球 ©中国国家航天局

2018年，高歌猛进的航天大国中国也将为人类探月拿出巨献：发射一颗嫦娥探月通信中继卫星抵达地月引力平衡的拉格朗日二点，这里的环境可以允许通信卫星长期保持稳定轨道并实时传递来自月之暗面的信号，可谓是“中国之眼”。

这将是人类首次在该点布置通信中继卫星！

叶培建院士曾经自信说过：“我们将尽力让这颗卫星工作时间足够长，以服务于更多需要它的各国探测器”。

其实我觉得吧，叶院士这种自信的态度真的挺优秀的：你如果想用中国卫星的信号，跟我们商量下，我们也是挺愿意跟你分享的。（暗喜表情*666）

两颗卫星组成的“太空天文台” ©哈尔滨工业大学

此外，为利用月球背后几乎不被地球干扰的特点，这次任务还将携带两颗超长波天文观测微卫星组成编队实现天文干涉测量实验。宇宙“黑暗”时期到底有什么，由它来揭秘。

这个卫星“太空天文台”编队再次创下人类首次，而且这还是一所大学主要负责的任务，不得不竖起双手大拇指。

“中国之眼”加上两位“护法”，中国制造洞悉月之暗面所有秘密。

月之暗面登陆，嫦娥四号挑战人类航天新高度

中国人相信“耳听为虚，眼见为实”，但即便有了月之暗面中继卫星作为眼睛洞悉一切，中国航天人仍然相信只有亲自触碰到的才是真实。

嫦娥四是三号曾经的备份，不过目前明显要创造新高度 ©中国航天科技集团

在月之暗面中继星任务成功后，中国将在2018年年底执行嫦娥四号登陆月球背面任务，这将是人类历史上首次登陆这片区域，工程技术难度可想而知。

玉兔月球巡视器/月球车 ©中国航天科技集团

嫦娥三号已经成功登陆月球正面并释放了一只“玉兔”，成为近40年来唯一造访月球表面的人类访客。嫦娥四号登陆月球背面并释放另一只“玉兔”，成为人类有史以来第一次月之暗面的访客。

“嫦娥”和“玉兔”将在月球全方位寻找“广寒宫”和“桂树”的痕迹。

此外，嫦娥四号任务将携带来自德国、荷兰、瑞典和沙特的多国仪器。中国在深空探测领域开始走向国际化，这是中国航天的另一个高度。

月之暗面，中国即将制造“最高点”。

火中取栗，帕克即将“登陆”太阳

曾经流行过一个著名的笑话：

A国领导人：我们要在2020年前让宇航员登陆太阳！

记者：太阳那么热，你们怎么去啊？

A国领导人：等天黑凉快了再去。

记者问B国领导人：你怎么看这种说法？

B国领导人：他撒谎，太阳落山后根本就找不到了，还去哪儿登陆？

帕克太阳探测器艺术效果图 ©NASA

然而，现在已经不是玩笑了。

目前，世界上最先进的太阳探测器“帕克”已经组装和测试完毕，等待2018年年中发射，这将实现人类最近距离观测太阳的记录。

它距离太阳最近仅为600万千米，如果把人类在地球盛夏时感受太阳比做在一米之外烤篝火，那么“帕克”距离太阳相当于人类距离篝火4厘米，向阳面温度在1400度以上，远超中餐大锅爆炒着火状态时的300度。

4厘米大概就这么长

它也因此即将成为人类历史上飞得最快的航天器，轻松达到200000米/秒，是民航客机的800多倍。由于巨大的太阳引力，它的探测入轨将会极其艰难，它需要6年时间，借由金星连续7次调整轨道才能完成，可谓在刀山火海里起舞。

也正因如此，它是人类历史上唯一一个以还在世的科学家命名的航天器，他的名字是著名太阳/天文学家，尤金·帕克（Eugene N. Parker）。

宇宙中最热的不是太阳，是科学家们思考时的大脑。

北斗跃升／GPS升级，世界卫星导航系统进入大决战

GPS已经近乎垄断全球卫星导航市场20年，而2018年它要迎来中国北斗、俄罗斯格洛纳斯和欧洲伽利略的全面狙击。

中国在2017年年底已经正式开始建设北斗三代，将信号覆盖范围从亚洲地区推广到全球。2018年这一切将会大大加速，计划发射18颗左右新型卫星，这已经足够实现全球导航，可以正面PK美国GPS系统。

俄罗斯的格洛纳斯在经历衰退期后开始全面复苏，2018年俄罗斯雄心勃勃计划了18颗新型卫星组网计划，将会把格洛纳斯系统推向巅峰。

欧洲伽利略也不示弱，将发射4-8颗伽利略卫星，但距离全球稳定覆盖尚有差距。

美国也不甘心被“围剿”，GPS第三代的首颗Block IIIA卫星即将发射，它比起之前两代卫星水平大大提高。在2018年一旦技术验证成熟后，美国计划在未来用Block IIIA和Block IIIF卫星取代全部现有卫星、再次掌握制高点。

2018年，一定是世界四大卫星导航系统的决战之年。

火箭发射单挑全世界，Space-X的极限到底在哪里？

单靠一种猎鹰9号和绝活火箭一级回收技术，Space-X的成绩是，

2013年3次发射，追平美国航天发射主力德尔塔4火箭；

2014年6次发射，追平欧洲航天发射主力阿丽亚娜火箭；

2015年7次发射，保持水平稳定；

2016年8次发射，与中国长征2、美国宇宙神5、俄罗斯联盟2并列世界第一；

2017年18次发射，击败美国所有其他火箭厂商之和（11次），追平中国年度所有火箭发射次数总和（18次），逼近俄罗斯年度所有火箭发射次数总和（20次）。

2018年，列表上目前计划了29次，就不解释了。

Space-X回收的二手火箭“堆满”了好几个仓库，在2017年除了4个重型的发射任务没有回收火箭一级，其他共计14个全部回收成功。其中，还有4次成功的火箭发射是由“二手火箭”完成的，且首次实现了“二手火箭”的再次回收。

即便是新火箭报价才6000万美元，二手火箭7折起，三手火箭还要更低，这个价格大大低于国际上1.2—4.5亿美元的同等能力火箭报价。更重要的是，Space-X甚至开始抢走洛马和波音组建的联合发射同盟所垄断的美国军方发射合同，这些合同是最难拿到的，当然，也最为暴利。

不按套路出牌的商业公司，爆发出了行业洗牌的能力，而且是血洗。

时隔30年，人类再次冲击最难水星探测

也许你想不到，太阳系距离地球较近的五大行星里，进行探测最难的竟然是距离很近的水星（与地球轨道的差距还不到1亿千米）。要知道人类征服更近的金星和火星早就不在话下，征服较远的木星（6.3亿千米）和土星（13.8亿千米）也算作平常，但是人类只有在2011年才由信使号（MESSENGER）进入了环绕水星的轨道。

这是因为水星的引力太小了。航天器一旦从地球起飞前往太阳方向，便会在这个比地球重33万倍的巨大恒星的引力作用下疯狂加速。即便经过金星和地球的各种引力精细调整能够路过水星，但引力仅仅跟月球接近的水星，怎么可能“抓住”飞速经过的航天器？而且，水星也是整个太阳系跑得最快的行星（水星在西方神话里就是信使神的意思），导致更加困难。

因此，采用地球、金星、水星共同配合反复调整轨道，同时航天器发动机拼尽全力工作，才有可能进入环绕水星轨道。人类历史上唯一的记录就是信使号历经7年轨道调整才实现的。

在2018年，由日本和欧洲宇航局合作酝酿多年的贝皮哥伦布（BepiColombo）号将会从地球出发前往水星。太阳引力依然是最大的阻碍，在未来的7年时间内，它将一次飞过地球、两次飞过金星、六次飞过水星，最终借助这三兄弟的复杂太空接力，在2025年底艰难抵达水星轨道。更难能可贵的是，这将是由两颗不同任务卫星组成的编队，任务复杂程度可想而知。

追上飞快的水星，航天器只能跑得更快，还要更精细！

距离发现外星人，可能更近了！

开普勒望远镜在2017年的发现惊叹世人：人类已知的太阳系外类地行星数量增加到了4000颗以上，更是先后发现了拥有多颗行星的系统。

尤其是在2017年12月14日首次发现宇宙中存在一个同样拥有8颗行星的“太阳系” 。更让人吃惊的是，这个发现竟然是人工智能在深度学习开普勒数据后发现并“告知”人类的，让人类对外星生命的遐想再次升级。

因为开普勒告诉我们宇宙中几乎每一颗恒星都会有一颗行星，考虑到银河系里就有1000亿—4000亿颗恒星，宇宙中可能有超过1万亿个银河系，人类只能细思极恐了。

在2018年，NASA又一个探寻系外类地行星的太空望远镜即将升空，这就是凌日系外巡天望远镜（Transiting Exoplanet Survey Satellite），它的主要目标是观测距离地球较近的恒星系统中类地行星。

换句话说，我们潜在的“邻居”。

人工智能在开普勒望远镜发现中大展身手后，毫无疑问也会继续参与这个项目。

假如有一天我们收到了：嗨，地球，你好么？

将会是由谁、是否、何时、如何做出回答呢？

本文由科普中国融合创作出品，太空精酿团队制作，中国科学院计算机网络信息中心监制。“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

（文章首发于科学大院，转载请联系cas@cnic.cn）