知名航天专家对话:人类探月的价值在哪里?“太空移民”何时成为现实? | 2020腾讯 ConTech 大会

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  飞向月球,飞向火星,进入茫茫太空,探索未知宇宙,这是人类深藏心底的渴望,也是中国航天的终极梦想,而2020年的“嫦娥五号”探月任务无疑就是这个梦想的起点。

  12月3日,北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆、嫦娥一号任务01指挥员李本琪,中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃、清华大学天文系主任毛淑德等中国航天和天文学界的几位重量级嘉宾齐聚2020腾讯ConTech大会,一起分享了嫦娥5号探月任务的意义,以及人类太空探索的未来价值。

  

  从左至右分别为北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆、嫦娥一号任务01指挥员李本琪、中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃、清华大学天文系主任毛淑德

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  含金量的工作在倒计时前

  李本琪是嫦娥一号的01指挥员,全程参与了我国全部探月发射的任务,熟知航天发射背后不为人知的故事。对电视前观看嫦娥五号发射过程的普通人来说,最扣心弦的莫过于数倒计时了,但李本琪透露,绝大多数人都想错了,开始倒计时的时候,谁去数都一样,真正有技术含金量的工作是在倒计时开始前。

  

  图为李本琪在现场与嘉宾分享互动

  指挥员的重要任务,是在倒计时开始前,把任务的各个系统组织到一条时间轴上,每一步都要有齐步走那种一致的节奏,按时按节点做完自己重要的工作,参数还必须正常。

  火箭发射场的工作主要有两大部分,一部分是像体检医生一样,仔细检查火箭、卫星/探测器、地面系统等,确保它们的状态满足发射的任务要求;另一部分工作,用李本琪本人的话说,航天人叫他“快递小哥”,大白话就是像快递小哥一样,按时把客户的货(卫星/探测器)送入指定轨道。”

  李本琪来自西昌卫星发射中心,2007年4月发射北斗卫星时,临发射前4分钟,火箭供气连接器没有正常脱落,如果3分钟后仍没有脱落,不仅火箭、卫星难保,连整个发射场都保不住。李本琪临危不乱,1分钟连下7道指令,终于化险为夷,西昌卫星发射中心因此被称为北斗福地,他也获得“北斗福将”的绰号。

  即使过去13年,谈起这一往事,李本琪仍然感觉历历在目。但让他记忆深刻的,不是媒体报道的现场化险为夷的惊险,因为“我们指挥员也好,操作手也好,前期预案做的比较充分,加上大家比较熟练,处理(险情)比较痛快,没有大家说的那么吓人。”

  那次任务的特殊性让他一直记忆犹新:这不仅是长征三号甲火箭在西昌发射场的首飞秀,还因为卫星发射任务紧迫,更重要的是,卫星运到发射区后,还在发射区动了“手术”。

  正是因为在每次发射任务都有非常充分的预案准备,才使得每次任务遇到紧急突发情况时,能化险为夷。靠着一步一步踏实前进,中国航天走到今天,使得嫦娥五号探测器成功采取月面土样。

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  月球挖土凝结了15年心血

  这一次嫦娥五号到月球“挖土”,有非同寻常的意义,因为月球土本身就很有科学价值,另外,能到38万公里外的月球取土,能力也很关键。

  看着嫦娥五号升空的画面,相信很多人会感触良多,清华大学教授、天文系主任毛淑德就说,嫦娥五号升空让他想到六个字:羡慕、希望、遗憾:

  要发射“胖五”这么大的火箭,工程肯定非常复杂,羡慕很多人为它付出的努力;

  希望每一次火箭发射带的载荷里都有望远镜,让天文学家摆脱大气层干扰去探索宇宙;

  即使现在火箭飞行很快,但仅有光速的不到万分之一,到最近的星系也要几万年,对天文学家来说太慢了,这是遗憾。

  嫦娥五号到月球挖土,再送回地球,整个过程的复杂艰巨程度超出想象。中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王跃飞解析说,其实嫦娥五号到月球取的不是土,而是挖的“月壤”。

  到月球挖土并不容易,需要取孔打样,这在地面比较容易完成,因为有大的装备,甚至可以自动挖矿,但到月球挖土,因为火箭载荷限制,不可能携带大型装置打孔,这样控制的难度就很高了。

  而且月球的重力和地球的重力不一样,会带来很多不可预测的情况,增加对控制的要求。嫦娥五号在海南文昌发射场发射前,王跃飞去过一次,发现做嫦娥探测器的团队,工作时间短的也干了五六年,最长的从规划起算的话,干了15年。“对我们来说(到月球挖土就是)随便说一下,对他们来说,就是15年的心血在里面。”

  

  图为王飞跃在现场与嘉宾分享互动

  王飞跃说,完成月球挖土后,中国航天的下一个任务可以是去小行星取样。其他西方国家完成过小行星取样,但只是向小行星发射探测器,探测器到小行星表面接触一下,采集微量元素在分析。“我们要是能在小行星上钻个洞取样的话,就更厉害,因为这是一项挑战性很强的工作,因为小行星不稳定,有很多不确定因素,包括钻孔时小行星撞向地球怎么办,探测器的力量加上小行星的力量,谁知道会不会偏离原来小行星的运行轨道,所以这又增加了整个控制系统的复杂性,中国航天人要把不确定性变成确定性。”

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  人类探月的价值在哪里?

  2020年是中国航天大年,发生了多个我国航天史上具有划时代意义的重要里程碑事件。比如嫦娥探月、北斗系统全球开通、首个火星探测器天问一号成功发射,4个多月来已飞行3亿公里,引起了国人的广泛关注。这就引出一个问题,对人类来说,深空探测的意义是什么?

  毛淑德认为,地球是人类的摇篮,但人类不能永远待在摇篮里,所以要进行深空探测,理解人类在太阳系、在宇宙里面的位置。此外,深空探测还能加强国人的民族自豪感,对激发年轻一代对科学的兴趣也起着很重要的作用,“今天来参加活动的人里,如果有几个年轻人能够(因此)喜欢上科学,我觉得我们的目的就达到了。”

  工程师出身的王飞跃,在大学时期就明白,月球采矿、火星采矿等最主要的目的是经济价值。1990年代,已经有科学研究发现,利用月球表层土壤能生成氢气。王飞跃认为这是一个很重大的成就,因为氢气可以做燃料,让航天器从月球上起飞到别的行星,降低深空探测成本。

  探测月球的另一个经济价值是太空旅游,一张旅游票卖几百万美元也会有人买单。王飞跃说,美国有一家7人小公司,经营目标就是到月球、火星和小行星采矿,在全世界都很有名气,“当然到现在都没上去,就是在地下比划。”

  不过,中国航天对未来在月球建立基地已经有了想法。李本琪介绍,在规划上已经做了载人登月的关键技术攻关,“我们现在的问题是,深空轨道的运载能力要比现在的运载能力大一倍,才有可能实现载人登月,因此下一代火箭的运载能力要比‘胖五’大,规划的时间在2026和2027年左右。”

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  寻找地外文明的技术难点

  人类除了探测月球和火星,视线早已投向外太空,期望寻找到新的宜居星球和地外文明,在这个过程中,需要攻破哪些技术难点呢?

  毛淑德从一个天文学家的视角,认为首先要做的是探测更多的行星,通过地面望远镜,通过开展更多的航天活动,来探测到可能有生命迹象的行星。一旦找到这个行星后,可以再做进一步的观测。由于宇宙里面有很多元素,能够产生很多的化学反应,因此“有没有可能通过大型人工智能、深度学习,来探索哪些化学反应从理论上讲可以产生生命,使我们能够初步探索到宇宙里面可能的生命。”

  毛淑德说,观测之后再进行深空探测,难度确实很大,因为现在火箭的速度还不够快,还有很多技术需要发展,需要从观测理论、人工智能开始,最后形成技术上的突破。那么,人工智能到底在深空探测中能做什么呢?

  王飞跃认为,人工智能能做的事情非常多,不过他并不认可一种理论:“认为人工智能起来后,人类文明要灭亡,所以我们要建立一个新的殖民地。”霍金、马斯克提出的这一理论,认为人工智能是人类创造出来的敌人,把人类从地球赶到月球,再赶到火星上去,按照这个逻辑,人工智能起来了,就是人类的灾难,所以为了逃避人工智能这个灾难,要太空移民。“我是不太明白这个逻辑,”王飞跃说,“好像没有人工智能,我们就没有必要逃到外星上一样。”

  其实,人类真正到了外星球,会发现连出行都很困难。现在人类的宇航员为了在月球上打开舱门走一下,不知要在地球上训练多长时间,加上选拔过程、培训时间的话,训练时间有好几年,甚至长达十几年。因此,王飞跃认为,从自动化的角度来说,用机器人来做深空探测更好,但为什么要让人去做?一个目的就是要把人送上去,送不上去人,航天水平就不高,把人送上去了,比如送到月球、太空站,还要能活着出来,“别送去就是一个死尸”。在航空纪录片里,送人上太空之前,会先送人和猴子等动物实验,因为人在太空环境里做事,哪怕在地球上是一件轻而易举的事,在太空上也极其艰难。

  王飞跃说,人进入太空,不是像马斯克说的是去逃难,也不是去做苦力、去996,而是要去旅游,因此人工智能在深空探测中能发挥极大的作用,人工智能发展后,很多航天任务可以先不派人去,派人去是为了证明还可以逃生,可以旅游。发展太空殖民,需要人工智能把基地建起来,建成地球这样舒服的环境。

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  人类面临哪些生存威胁?

  近年来,天文学家发现近地小行星数量增长非常快,撞击地球的担忧也随之而起。众所周知,在太阳系的历史上,小的天体撞击非常多,恐龙的灭绝,就是因为6000多万年前,一颗小行星撞击了地球。

  

  图为毛淑德在现场与嘉宾分享互动

  毛淑德说,小行星撞击地球的概率是100%,只是不知道什么时候撞击而已,“6000多万年前的撞击,给了人类崛起很大的机会,但人类不希望重复恐龙的命运,所以天文学家要做的事就是,寻找可能撞击地球的小天体,找到预测、应付的方法。”不过,他介绍,直径10公里左右的小行星撞击地球的可能,几千万年里才发生一次。

  对地球上人类面临的生存威胁,除小行星撞击外,还有太阳系本身的不稳定性。毛淑德说,天体物理学家已经发现,太阳系是一个不稳定的系统,系内行星的轨道有可能相交,那时候地球会像流浪星一样被赶出太阳系,甚至和太阳系的其他行星相撞。从这个角度说,“地球和太阳系内的行星相撞有可能,和太阳系外其他行星相撞的几率非常小。”

  王飞跃认为,行星撞击地球是大灾难,太空探索还要防止小灾难,也就是太空样本取回来之后,要担心样本里面是否有人类不知道的微生物,如果取回来的东西含有人体不能接触的微生物比如未知的病毒,太空探索就变成了自找灾难,“这是一个蛮大的问题。”

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  太空移民为时尚早

  对于目前刷屏的太空移民话题,李本琪的看法是,从目前工程应用的角度看,太空移民短时间内非常困难,“因为我们要进入宇宙空间,首先要解决刚才说到的‘速度’问题,当前火箭的推进速度大概只有光速的万分之一不到,这样的话,人类要去外太空就要以多少万年来计划,时间上耗不起。”

  在李本琪看来,即使时间问题克服了,太空移民的路上还有很多风险。比如飞船一不小心进入一个隐秘的、很大的星球附近,被星球的引力捕获,“你也不知道被捕获后是什么结果,也许忽然一下(就)撞上了。还有一种可能就是,走到半路上,突然赶上星球爆炸了,城门失火殃及池鱼。”

  另外,去外太空带回的东西,还不一定是病毒,有可能是一种放射性材料,接触这种放射性材料人类就受不了,“所以宇宙太危险,短时间不要轻易琢磨(太空移民)这事。”

  王飞跃也认为,现在业界谈太空移民还为时尚早。王飞跃说:“外太空旅游可以赶快发展,现在发展航天都是政府投入,而航天又很烧钱,要是能发展太空旅游,可以使投入多元化,航天可以发展更快。太空旅游还可以促进有钱人消费,避免社会两极分化。”

  现在各国正在大力建设智慧城市,但在王飞跃看来,不如把资源投入建设智慧空间站,“国际空间站是一块一块组装起来的,以后咱们把太空智慧空间站的标准公布一下,你只要造一个模块发射上去,组合到一起,搞收费旅游,多好的一件事。”

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  如何与外星文明相处?

  人类进入太空,不可避免地会带来一些负面影响,所以深空探测还有哪些注意事项?嘉宾们比较一致的看法是,要重视处理太空垃圾。

  李本琪表示,国际航天界已经有人到太空收垃圾回来了。王飞跃介绍,我们有一个项目就是太空人收垃圾,因为太空垃圾在上世纪90年代就成为很大的问题,现在太空有8000多颗卫星,其中只有2000颗受人类控制,另外6000多颗在哪里都不知道。如何处理太空垃圾,也成为太空探索的一项重要课题。

  此外,如果外星文明真的存在,人类应该如何与他们相处?

  霍金曾警告人类不要与外星生命交流,科幻作家刘慈欣在《三体》中也认为人类不要回应外星文明。对此,嘉宾们的看法各不相同,有赞成,也有反对,但如果外星人真的有一天降临地球,毛淑德认为,我们还是要和外星生命交流的,毛淑德说:“我做为一个理论物理学家,要赶快问他们外星人,(毕竟)他们的智商比我们地球人高,(我要)问他们量子力学和相对论是怎么统一的,向他们请教,说不定拿(问外星人的)这个结果得一个什么奖。”王飞跃说:“万一(外星人)他们问牛顿三大定律呢,所以(要不要和外星生命交流)还不好说。”

  嘉宾们的分享结束了,虽然太空探索充满了未知的不确定性,但人类探索浩瀚星空的脚步从未停歇。俄罗斯宇航先驱齐奥尔科夫斯基曾说:“地球是人类的摇篮,但是人类不能永远生活在摇篮里,他们首先将小心翼翼穿出大气层,然后去征服太阳系。”今天,这个预言已经开始逐步实现。在这个过程中,中国航天人用智慧和汗水、勇毅和担当镌刻下了闪亮的中国印记。

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