神十一后中国航天的“小目标”：建成空间站，最先抵达月球背面，北斗导航全球
6月25日，中国新一代运载火箭长征七号在海南文昌航天发射场成功发射。
本文首发于2016年10月17日总第776期《中国新闻周刊》
以1956年10月8日中国第一个火箭、导弹研究机构国防部第五研究院正式成立为开端，中国航天事业迄今已走过整整60年历程。
60年的积累，成就了2016年中国航天事业大丰收的一年：天宫二号发射成功、嫦娥四号任务全面启动、嫦娥五号的研制进入关键阶段、长征七号新一代运载火箭实现首飞、长征五号即将发射、神舟十一号即将与天宫二号对接、火星探测计划立项…… 所有这一切，都标志着中国人的航天梦将要飞向一个新的高度。
2017年，嫦娥五号将要发射。届时，在探月工程“绕、落、回”三期任务全面完成之际，将迎来第一抔由中国人自己从月球上取来的月壤。
欧阳自远在等待这一时刻的到来，他甚至已经为此开始了倒计时。“取样品是中国无人探月的最后一步。”这位81岁的老科学家掩饰不住内心的激动，他是中国月球探测工程首任首席科学家，被誉为“嫦娥之父”。
在中国科学院月球与深空探测研究部的大楼里，为研究月球样品而专门设计的实验室目前已经准备就绪。设计者们尽可能地创造了月壤的保存和研究环境。按计划，嫦娥五号返回器将在内蒙古自治区境内着陆，届时，科研人员将在第一时间把它携带的岩样送到这里。科学家们将对样品进行全面细致的分析，大到月球起源、岩浆演化过程；小到样品的结构、物理性质。“现在是万事俱备，只欠东风。”
欧阳自远第一次接触月球样品是在1978年。当年，美国总统卡特的国家安全顾问布热津斯基访问中国时，向时任中共中央主席华国锋赠送了一件特殊礼品—— 一块镶嵌在有机玻璃里的月球岩石，看起来有拇指般大小。布热津斯基告诉华国锋，岩石是阿波罗号从月球带回来的。
事后，华国锋希望科学家来分析一下这块石头是否真是从月球带回来的。最终，分析研究的任务就交给了中国科学院地球化学研究所研究员欧阳自远，他是当时全国为数不多的从事地外物质的研究人员之一。这块岩石让欧阳自远如获至宝。为此，他邀请了全国大约近百名各方面的专家，制定了详细的研究计划。
在一个特殊的清洁环境里，当科学家砸开了包在外层的有机玻璃时却略感吃惊：镶嵌在其中的岩石实际上只有黄豆粒这么大。原来，包裹岩石的有机玻璃是一个放大镜。欧阳自远称了下岩石样品，重量大约只有1克。他小心翼翼地将样品切成两部分，一部分用来研究，另一部分送到北京天文馆。“我希望更多的公众能够看到月亮上石头的模样。”他还特意嘱咐天文馆的工作人员将送去的石头按照美国人设计的方式镶嵌起来，“0.5克太小了，不用放大镜，谁看得到！”
通过对剩下的0.5g样品进行研究，包括欧阳自远在内的中国研究者最终发表了14篇相关论文，并推断出样品的确是由阿波罗17号飞船采集来的。
中国自己的探月计划开始于人类的第二波探月潮。2004年，“嫦娥工程”立项，其中第三期目标是月面巡视勘察并采样返回。按照目前的计划，嫦娥五号将在飞行四天半的时间抵达月球，在经过一两天的轨道调整后开始工作。取样不是件简单的事情，之前的苏联探测器曾3次尝试月面采样，仅仅带回样品300多克。嫦娥五号将通过钻取方式，在月表深挖两米取样，还要保持结构的完整性。取样之后，还要在月面真空环境下完成样品封装后带回地球。
嫦娥五号顺利归来后，中国将成为世界上第三个从月球上带回月壤的国家，带回的样品将以公斤计。“样品采回来后，实验室的分析数据和月球本身探测的数据将会结合起来，以矫正月面探测的精度。我们希望能用中国自己的样品作出更具有创新意义的成果。”欧阳自远估计，关于样品研究的成果将在2018年相继发布。“嫦娥五号实际上相当于一次练兵，以后从火星或者其他星球的采样以及处理，都可以参照现有模式。”
取回月壤并不是中国科学家探索月球奥秘的终点，他们还计划去月球背面一探究竟。这是一块没有被踏足的处女地。造访月球背面有很多科学意义，地球磁场对月球背面的干扰很小，是天文学家梦寐以求的开展低频射电研究的场所；而且，月球的背面有很多古老的岩石，内部结构和演化历史与月球表面差异很大能够帮助人类更深地了解月球整体的演化历史。
不过，由于月球对通讯信号的阻挡，从地面上很难指挥探测器在月球背面工作。这使得月球背面的探测成为全球学术界和工程界的难题。
2016年1月，中国政府宣布，预计2018年，嫦娥四号将实现在月球背面落月探测。美国NASA也制定了相应的探测计划；欧洲空间局提出了系统的月球背面探测任务建议书，并计划于2025年实施该计划的发射任务。
如果成功，中国将成为到达月球背面的第一个国家。探月与航天工程中心主任刘继忠说，通过实施嫦娥三号任务，中国已经具备开展月球背面探测的科学和技术基础，而美国、欧空局等其他航天大国和空间组织的相关探测项目尚处在论证阶段。换句话说，中国面临着前所未有的机遇。
中国探月工程总设计师吴伟仁认为，中国探月具有“起步晚但起步高、发射次数少但成功率高、投资少但回报高”三大特点。“美苏的平均发射成功率不足50％，我们到目前为止是100％。”
人类第二轮探月潮的目标显然不是征服月球那么简单，各国政府都希望借此进一步达到征服深空的目的。在此背景下，中国的火星探测任务已于2016年1月被批准立项，中国预计在2020年左右发射一颗火星探测卫星，这一目标已经被写入《国土资源“十三五”科技创新发展规划》。
中国国防部第五研究院成立之初部分科研人员合影。
1960年，科研人员利用打气筒为中国首枚自行研制的液体燃料探空火箭加压。
东方红一号卫星对接。1970年4月24日，酒泉卫星发射中心，长征一号火箭成功发射中国第一颗人造卫星红方红一号。
从探月工程到探火计划，中国深空探测的发展离不开火箭运载能力的提升。“火箭运载能力有多大，空间事业发展的舞台就有多大。”中国运载火箭技术研究院副院长唐一华说。
从1970年“长征”一号火箭升空至今，中国的长征系列运载火箭已形成17种型号产品，实施236次发射，发射成功率高达96％。按照国际标准统计，从1957年到2015年，全球共发射5400多次，平均发射成功率是91.5％。
中国工程院院士、战略导弹与运载火箭技术专家龙乐豪将长征系列火箭比作一个大家族。“从世界的眼光来看，这个大家族，在世界上的地位是能够引以为傲的。首先，火箭品种齐全，近地轨道的运载能力小、中、大都有，能够满足国民经济建设以及部分国外用户的需求；其次，长征系列火箭的可靠性比较高。”
随着火箭发动机日益成熟以及人类对空间探测的推进，发展新一代运载火箭成为国际潮流。中国运载火箭的研究思路也由此发生改变。
“新一代运载火箭是头一次按照系列化、模块化和组合化的思路来做的，不针对某一个具体的卫星或者具体的应用，其设计是为了满足中国几十年的运用需求，因此设计中考虑到后续的系列发展以及高可靠、低成本、好使用等因素。”唐一华说。
新一代运载火箭通常是指长征五号、长征六号、长征七号及长征十一号。从火箭运载能力大小顺序来说，长征六号属于小型火箭，长征七号属于中型火箭，长征五号属于大型火箭。2016年11月，长征系列火箭的新成员长征五号将要首飞。
作为目前我国推力最大的运载火箭，长征五号的低轨运载能力是25吨，主要用于发射空间站；也能将卫星发射到地球同步转移轨道，相当于把长征三号乙火箭的5.5吨提高到14吨，可以实现“一箭双星”或“一箭多星”发射；另外，也可以将月球探测器送到月球，用于发射嫦娥五号和嫦娥六号探测器等。
“长征五号火箭基本上与国外主流火箭包括欧洲的阿里安5、美国的德尔它4、宇宙神5等性能相当。长征五号的研制成功，使中国火箭重新回归世界一流的火箭群体中。”龙乐豪说，在20世纪90年代中期，以长征三号甲系列火箭的成功为代表，中国火箭在运载能力和技术水平方面，可以说位居世界前列。但是，“此后由于长征五号火箭的研制进展比较慢，我国火箭技术水平在世界的排名后退了。”
运载火箭技术的发展必将强力助推中国的载人航天工程。按照计划，2016年10月，神舟十一号飞船即将在“金牌火箭”长征二号F的托举下进入高空，与天宫二号实现交会对接。这是中国第二次天地往返运输应用性飞行任务，也是中国进入空间站阶段之前，最后一次飞船的应用性飞行。
此次任务中，神舟十一号飞船将首次考核验证空间站阶段的交会对接和载人飞船返回技术以及航天员中期驻留能力，这将为航天员空间站阶段长期在轨考核奠定基础。
当神舟十一号与天宫二号完成对接及其他各项试验返回后，天宫二号继续驻留太空，等待新一代运载火箭长征七号将第一艘货运飞船天舟一号的升空，开展推进剂补加等相关试验。“天舟货运飞船主要为空间站补给物资，包括推进剂、航天员生活消耗品、空间科研设施设备、空间站维修备品备份等。”天舟一号总设计师白明生介绍说。
中国真正的空间站计划于2020年建成，随即将投入正常运营。中国载人航天工程办公室副主任杨利伟曾在采访中透露，“中国空间站预留了很多将来与世界各国进行合作的平台，设计了能与其他航天器对接、进行舱段级合作的接口。”他说，在空间站发展中，中国愿意以更加开放的姿态在方案设计、设备研制、空间应用、航天员培养、联合飞行等方面拓展交流合作。
长征系列火箭的下一个新成员是重型运载火箭。在中国运载火箭技术研究院科研人员的蓝图中，重型运载火箭箭体直径近10米，火箭总长近百米，运载能力是现有火箭运载能力的5倍多，超过正在研制的美国下一代运载火箭（SLS）的运载能力，完全可以满足未来载人月球探测、火星取样返回、太阳系行星探测等多种深空探测任务需求。“比如说，现在大型火箭用的液氧煤油发动机为120吨，重型火箭则要提高到480吨。”据唐一华介绍，重型火箭正在进行关键技术攻关，预计在2027年到2030年前后实现首飞。
火箭运载能力提升瞄准的是国际商业发射市场。一组数据显示，2015年年底，长征系列火箭一共进行了42次国际商业发射，将48颗卫星和12个搭载体送入轨道。“中国火箭在国际发射中占的份额并不大，原因不是国内的火箭竞争能力不行，而是商业上很难做到公平竞争。”龙乐豪说。
一直以来，中国的商业发射受到美国的限制。美国政府甚至提出，任何国家发射的卫星，只要使用了美国产的元器件，都不能使用中国火箭发射。而一个残酷的现实是，全球大多数卫星的制造被美国垄断。
“中国采用的破解方式之一是跟欧洲合作，帮助其发射卫星，比如说，中国与法国一些公司合作完成了ITAR-FREE卫星的研制，这种卫星用非美器件代替了美制器件，从而得以利用长征系列火箭完成发射。”唐一华说。
具有代表性的是2005年发射的首颗欧洲卫星“亚太六号”。在此之后，长征火箭与欧制卫星的合作，成功将7颗卫星送入预定轨道。据一位业内专家向《中国新闻周刊》介绍，中国的运载火箭的一个优势是低成本。
不过，随着越来越多的公司开始瞄准航天发射市场，私人公司的介入，使得长征火箭在国际市场上的价格优势开始受到冲击。
2013年，美国SpaceX公司以单次发射0.56～0.62亿美元的低价进入国际商业发射市场。2014年其市场占有率迅速攀升至45％，截至目前该公司有32个待发射的国际商业订单。这迫使欧州、日本、美国传统发射服务商研制新一代低成本运载火箭，拟将发射价格降至目前的1/3～1/2。“这些因素综合起来，使得长征火箭面对国际商业发射服务市场越来越激烈的竞争，承受着新老竞争对手的巨大压力。”唐一华说。
2012年11月，中国航天科技集团公司五院502所月面巡视器内场实验现场。
执行神舟七号载人航天飞行出舱活动任务的航天员翟志刚出舱后挥动中国国旗。2008年9月25日至9月28日，神舟七号搭载三名中国航天员，实现首次太空出舱行走。
随着运载火箭的发展，建设新的发射中心的必要性就凸显了出来。
2016年6月25日，长征七号火箭从海南文昌卫星发射中心顺利升空，标志着文昌卫星发射中心正式投入使用。自此，文昌与酒泉、西昌、太原一起，构成了我国四大卫星发射中心。
文昌的建设是从成本和效用的角度考虑的。对于同一支火箭来说，在不同纬度的发射场，其发射载荷的能力是不同的，纬度越低运载能力就越高。例如，西昌卫星发射中心位于北纬28度，而文昌的纬度约为北纬19度19分。如果将原本在西昌发射的火箭放到文昌发射，可借助接近赤道的较大线速度以及惯性带来的离心现象，使火箭燃料消耗大大减少，有效载荷将提高7.4％，接近300多千克。
随着各国航天事业的发展，寻找一个更为合适、成本相对低廉的发射场尤为必要。也正因为此，据不完全统计，世界范围内有38个卫星发射中心是建设在低纬度地区。
长期以来，由于中国铁路隧道直径的限制，超过3.5米直径的火箭就不能通过铁路运输。既有的三大基地位于内陆，因而直径5米的新型火箭无法运抵这些基地进行发射。“这制约了中国运载火箭的发展，并一度是导致中国大推力火箭与国外先进水平存在差距的一个重要原因。”航天专家、国际宇航科学院院士何质彬告诉《中国新闻周刊》。
相对应的一个事实是，不管是出于建造空间站的需求，还是基于人类重返月球、登陆火星的考虑，都需要大推力的火箭的支持。与其他三大发射中心相比，文昌地处滨海地区，临近港口，可以解决火箭这种庞然大物运输难的问题。这样一来，北京制作的火箭就可以在天津装运，通过船只运送到海南。
文昌的另一个优势在于对风险的规避。卫星一旦发射，运载的火箭如果脱落在城市或农村，将带来无法估量的损失，所以火箭脱落必须是在没有人烟的地方。“文昌卫星发射中心发射的火箭，第一节火箭会脱落在三沙海域，第二节火箭会脱落在南太平洋海域，这就意味不会给城市、农村带来影响，脱落在大海的火箭带来的污染会也被海水稀释。”何质彬说。
“海南文昌航天发射场具有运载能力强、运载效率高、费效比高的优势，成熟后将在国际卫星发射市场上具有较强竞争力。” 西昌卫星发射中心副主任易自谦如此评价文昌基地。
在何质彬眼中，“文昌发射中心就是中国航天发展的核心和命根子”，文昌卫星发射中心的建成并投入使用后，将极大提升我国商用卫星在世界市场上的位置，进而巩固我国的世界航天大国地位。“估计从2016～2025年，将有上百颗卫星在文昌卫星发射中心发射，中国航天跨时代的发展要靠文昌。”
当然，不管是中国政府还是海南省政府本身，他们对于文昌的野心，决不是建设一个简单的发射中心那样简单，他们想打造一个航天城，建设一个航天产业园区。
“如今的航天大国、航天强国都在大力发展太空产业。不过，航天文化旅游、太空农业等航天科技所衍生出来的产业链发展在国内依然稀缺。”何质彬曾多次考察美国的佛罗里达发射中心、亨茨维尔火箭研究中心。他发现，产业化是它们最大的突破点。休斯敦航天测控中心从一开始建设就包括了研究中心、指挥控制中心、航天员训练中心以及大型展览馆四部分。“这是各国航天产业发展的趋势，融合了高技术、高科技的文昌航天城必将对经济社会发展起到重大的推动作用。”
文昌市政府也看到了这种优势。文昌市委副书记、代市长王晓桥在第十九届中国国际投资贸易洽谈会上表示，“长征七号运载火箭发射当天接待游客15万人，这个面向国际商业市场，兼具旅游观光功能的新型发射场，势必会吸引国内外更多游客到访。文昌也将以航天发射中心为依托，谋划构筑航天产业基地。”
回首中国航天事业60年的发展之路，中国科学院空间中心研究员潘厚任总结了一句话，“中国的航天发展并不是从与人竞赛的角度出发的，而是切实考虑了国家的需求。”
作家王蒙曾经跟欧阳自远开过一个玩笑，他说，“欧阳，以后你再也不能讲你的月球了，你讲得如此严酷、恐怖、荒凉，你把人们心中所有对月亮的美好想象全给打破了。”
欧阳自远回应说，“你是作家，你所看到的月亮晶莹、圣洁、美丽，我希望你保留你的感情去继续看待。可是，我作为一个科学家，我必须真实告诉公众，它就是荒凉、严酷的，我不能够描述一个激发人们情感的月亮。”
而事实上，欧阳自远已经将他的全部情感都奉献给了对月球奥秘的探索。中国航天事业如今所面临的历史性的发展机遇，让这位81岁的“嫦娥之父”对未来充满热切的期待。
准备出发登舱执行中国首次载人航天飞行任务的航天员杨利伟。2003年10月15日，中国第一艘载人飞船神舟五号在酒泉卫星发射中心发射升空，并在飞行21小时后安全返回地面。杨利伟成为中国首位进入太空的航天员。★
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