航天時代改變人類生活

人類探索的黃金時代是源于對財富，進而對科學知識和軍事實力的追求開始的。對探索的強烈欲望和對我們周圍世界的理解，為過去500年人類的努力提供了不斷增長的動力，它曾引領15世紀的先驅者走向海洋，無論是威尼斯、葡萄牙，還是后來的英國，一次次的繁榮和衰落都印有人類征服海洋的足跡。

而就在50年前，探索的另一個時代開始了，即人類走向太空、走向宇宙的時代，是對財富、科學知識和軍事實力的再一次追求，而且再次證明其巨大的價值。這就是航天時代的來臨，它是以1957年10月4日蘇聯發射了第一顆人造地球衛星——斯普特尼克號為標志的。隨著人類航天事業的發展，全球政治、經濟和軍事發生了巨大變化。

商業航天形成產業化

在商業航天領域，通信衛星的產業化起步較早，在蘇聯第一顆人造衛星發射5年之后，通信衛星公司在美國創立，不久又成立了國際通信衛星組織。經過近50年的發展，2006年衛星通信業的直接收入超過了1060億美元，而且為2006年的衛星制造和發射服務業帶來了大約150億美元的收入。不僅如此，其業務范圍也在不斷擴大，從移動因特網訪問到遙感成像，再到直接到戶電視，2006年這些業務的收入超過了620億美元。在這些通信業務不斷驅動通信技術進步的同時，后者反過來又帶動了通信業務的發展。2006年包括終端用戶設備和其他地面終端在內的，與衛星直接相關的技術所創造的收入為290億美元。

然而，這些數字所反映的僅僅只是冰山一角，即衛星產業的直接收入。除此之外，該產業在構建全球經濟基礎設施方面起著重要而顯著的作用。

·衛星的多點傳送能力有助于建立和擴展全球廣播業，推動新內容和新技術的發展，現在市場上能提供各種各樣的服務，從有線電視新聞網和MTV到數字信號；

·星基網絡使石油和天然氣的開采和銷售活動延伸到全世界的每個角落，從尼日利亞油田的鉆孔到紐約和東京加油站的信用卡支付；

·衛星網絡支持著遍布全球的金融網絡與銀行、股票交易所、保險公司等的記錄保存和數據中心保持24小時不間斷的通信聯系；

·衛星將全球信息高速路，即因特網節點連結起來，有助于建立縮小數字鴻溝的橋梁，并支持任何地方新興市場的經濟增長；

·衛星通信使印度和中國的軟件開發者能夠把業務延伸到全世界，并創造了數十億美元的IT外包產業；

·星基GPS系統不僅幫助航海者和徒步旅行者尋找回家之路，還幫助修路者更高效地建造高速路，航空公司更有效地計劃航線，以及貨運公司跟蹤貨物；

·衛星提供的回程設施將蜂窩無線電話業務擴大到遍及拉丁美洲、非洲和中亞的非服務區；

·衛星電話和數據終端提供了與海上船只、路上貨車及森林救火隊員的直接聯系，保證其工作順利開展，并挽救了生命和財產；

·衛星能夠實現遠程學習計劃，從中國到肯尼亞再到莫斯科，以及世界的每個地方，每天有幾百萬人從中受益，并在當地形成產業和經濟效益。

所有這一切都表明：商業航天的產業基礎已經牢固確立，它以利用太空提供數據給地球上的人類為主要目的。在未來，這個領域將會有更具誘惑力的新發展——將人類移居到地球之外。目前人類正在朝這個方向邁出第一步，即實現普通人的太空飛行，業務項目將包括從短暫的零重力冒險，到俯瞰地球的快速旅行，再到在太空旅館度假，進而發展到由極超音速運輸機提供的環球快速旅行。而實現這些目標所必需的關鍵條件是具備按需發射的低成本運載能力，目前這種能力的研發正在采取私人風險投資和政府初期資金投入相結合的方式進行。

民用航天向深空發展

早在20世紀五六十年代，民用航天探索領域的成就已經很突出。蘇聯和美國發射了其各自的第一顆人造地球衛星和第一艘載人飛船。1961年4月12日第一位航天員加加林乘坐東方號載人飛船上天，實現了人類進入太空的夢想。1969年7月21日阿波羅號飛船將美國航天員送上了月球。

在由首次登月引起的狂熱情緒的激勵下，航天先驅們曾為民用航天描繪了一幅雄心勃勃的藍圖——空間望遠鏡、一次外太陽系的盛大旅行、小行星帶觀測，以及飛往金星和火星。而實施這些任務的航天運輸系統則被設想為由3個部分組成：一種帶翼的航天飛機提供到達低地球軌道的簡單途徑，一種太空拖船用于在軌操作，以及一種核動力運輸系統將人類送到月球和更遠的地方。此外，他們還制定了建造大型地球軌道空間站的計劃。這種空間站能提供人造重力，并能容納100名航天員。通過這種太空基礎設施，進而建立月球基地，并實施飛往火星的遠征。所有這些設想都曾計劃在1986年實現。

雖然50年的民用航天在眾多領域確實已經把幻想變成了科學現實。但是在其他一些領域，所取得的成績卻落后于之前的預期。最出人意料的是發生在人類與機器人探索太空這兩種不同手段之間的持續競賽。

美國“阿波羅”計劃之后，眾多因素導致了載人航天發展步伐緩慢，最主要的原因是耗資巨大，運輸成本無法降低。航空技術經過50年的發展，才誕生了現代噴氣式客機，從而顯著降低了在大氣層中飛行的成本。天外旅行的支持者也期盼能在航天領域產生與前者相類似的結果，既然聰明的人類能夠減少飛機在大氣空間中的飛行成本，那么他們難道就不能使航天飛行的成本也降低嗎？

美國在20世紀70年代曾期望航天飛機能實現這一夢想，但結果卻令人失望。由于美國航宇局要求設計師既降低航天運營成本，又在航天器設計中減少初期投入，于是生產出了像航天飛機那樣運營成本比預期高得多的航天器，以及像X-33那樣至今仍無法飛行的運輸器。同時，航天飛機又被用來接替土星-5重型火箭的任務，發射大型空間站的部件。這種戰略上的轉變迫使航天飛機設計采取折衷方案，并確定空間站是由小型的、相互連接的艙段排列而成，而且無法旋轉或產生人造重力。于是這個空間站就演變成了一個國家微重力研究實驗室，與其最初的目標相去甚遠。

相反，機器人自主探索航天器的發展則證明是一條正確的道路。20世紀中期人們并不看好機器人自主航天飛行計劃。當時專家們認為空間望遠鏡只能以傳統膠片的形式拍攝圖像；認為通信衛星需要持續的維護和修理；認為遠離地球的遠征航天器無法與地面保持有效的通信聯系。而這些預言導致大多數專家得出了這樣一種結論：在機器人所到達的任何地方都需要有航天員在旁邊護理。

然而，機器人技術的進步證明上述這些預言都是錯誤的。在遙感、計算能力、自主操作、小型化、成像、電能利用和產生、數據存儲和傳輸及深空通信等領域，科學家和工程師不斷改進自主航天器的性能，并比預期的還要好。利用先進的成像系統，火星漫游車能夠像人的眼睛一樣從距離火星表面大致相同的位置進行“觀察”。在太陽系以外飛行的旅行者號探測器發出的微弱信號能夠非常清晰地被地面操作人員接收到。

建造自主航天器的工程師以一種智慧的方式突破了傳統障礙。在運載器成本無法降低的情況下，工程師充分利用小型化技術，他們將自主航天器的尺寸和質量降低到能夠用更小、更廉價的運載器發射。例如，通過減小“斯必澤空間望遠鏡”的尺寸，使其能夠用德爾它7920-H火箭發射，這就比以往的望遠鏡，如“康普頓γ射線觀測臺”由美國航宇局的航天飛機送上天所花費的費用要小得多。小型化使工程師一直回避的降低發射成本的問題在某種程度上得到了解決。

在這個現代版伊索寓言“龜兔賽跑”故事中，載人航天計劃遠遠偏離了起跑路線，登上月球之后，就開始停下來“打盹”。而代表烏龜的、緩慢而穩步前進的機器人自主探索技術卻創造出了比打賭這場賽跑的人最初所想象的更加勢均力敵的競賽。

現在，載人航天在走過一段彎路之后，又重新回到原來的路線上，2004年美國總統布什批準了“太空探索新構想”，人類將建立月球基地，并送航天員到火星成為民用航天的熱點。而這種技術應該是能夠實現的，并且其費用不會比一場現代戰爭的費用高。

航天探索的最初夢想是從對太陽系的一種想象中汲取了力量，但是現在我們不再相信其真實性。20世紀初，通過并不清晰的望遠鏡，珀西瓦爾·洛厄爾發現了他所謂的火星運河，并宣布這顆行星上可能存在生命。

在大眾文學作品中，作家們經常把金星描述成一個遍布石炭紀沼澤的遠古之地。阿瑟·克拉克則認為，土星的一顆衛星拉匹特斯顏色明顯不同，它可能是一個宇宙燈塔，其表面在幾十萬年前就已經被尋找記號的外星人改造過，以便任何可能的智慧生物能夠看到它。根據最初的構想，如果生命沒有出現在類似火星的行星上，那么人類能夠通過一種稱為“外星環境地球化”的過程創造出適合生命出現的環境。

然而，通過對太陽系的考察已經揭示出，本太陽系的環境比人類最初想象的惡劣得多，人類乘坐高技術版本的西部移民車隊離開地球到達附近行星的可能性微乎其微。通過少數國家在月球和火星上建立的研究站所獲得的知識，人類已經開始接受地球是太陽系唯一能夠繁衍復雜生物的星球。

但這并不表示人類不再需要有航天探索夢想，只是這個夢想需要重新定位。在揭示太陽系本質的同時，天文學家已經發現了150顆太陽系外行星。只要觀測技術足夠先進，必然會發現一顆類似地球的天體，而它或許就在附近的一顆恒星周圍。人類已經擁有用于光譜研究（例如揭示遙遠大氣中水蒸氣和自由氧的特征）的技術，并最終能夠獲得與從月球附近拍攝地球照片一樣詳細的遙遠星球圖像。

如果這一切真的變成現實，那么公眾對銀河系探索的興趣可能會迅速高漲，正如50年前發射太陽系探測任務時一樣。然而與50年前相比，需要有先進得多的探索方式，只有創造出能夠突破時間和空間束縛的運輸技術，人類（及其易碎的生物學身軀）才能繼續向宇宙深處探索。未來的機器人也不會是由地面飛行服務站控制的傳統類型。如果具備先進的人工智能和生物工程技術，那么就有可能創造出和人一樣聰明的機器人探險者或者格外長壽命的人類。

軍事航天有待技術突破

1946年著名科學家馮·布勞恩向美國陸軍鼓吹這樣一種構想，將 “旋轉的火箭”放入軌道，用來導引炸彈“降落到地球上的任何一個地點”。他認為，如果能夠使地面設施處于待命狀態，并建造具有空地導彈作戰準備能力的人造衛星，那么就能在太空中阻止一切敵對行動。這反映了軍事航天的最初構想。早在1960年，軍事航天領袖們已經勾畫出了現有軍事系統的輪廓：監視、偵察、信號情報、導航、通信、氣象、導彈預警和攻防。

現在，進入航天時代已經有50年，軍事航天取得了一些重大的技術進步。今天美國不可能不知道地球上任何一個國家發射的彈道導彈；坐在加利福尼亞州的一輛空調車中的操作控制人員，能夠通過衛星通信鏈路操作地球背面的一架飛機；戰車和作戰人員不僅配備了電話和掌上電腦，而且還裝備有照相機和被稱作嗅探器的生物或化學傳感器，以及其他與衛星鏈接的各種設備，從而使戰場指揮官和指揮中心可以利用衛星傳送的信息或圖像制定作戰計劃和作戰行動。

軍事航天能力也由集中逐步走向分散。許多國家都已經擁有了有限的偵察能力，少數國家獲得了空間雷達或信號情報能力，甚至進攻性空間能力。但是發展航天系統一般仍需要很長時間，對于大型而復雜的軍用航天器來說，耗費10年甚至更長時間研制是很平常的事，美國“軍事星”通信衛星系統在20世紀80年代早期開始研制，而直到1994年才首次發射；“天基紅外系統”導彈預警衛星從20世紀70年代后期就開始了預先研究，1996年才正式批準立項，但是首顆衛星要到2008年才能發射，其研制時間長達12年；而GPS星座的基本概念于20世紀60年代開始構想，但是在30年后該系統才完成部署。所有今天進入研制階段的軍事航天系統都要到下個10年的末期才能實現飛行。

正因為將一種新的軍事航天系統投入戰場需要花費很長時間，投入大量資金，所以軍方會盡量保證系統在軌運行更長的時間。美國“國防支援計劃”導彈預警衛星于1970年首次發射，到2007年最后一顆衛星升空，該系統的應用持續40年時間。GPS系統曾進行了數次技術升級改造，但是自20世紀70年代以來該衛星及其技術沒有根本性的改變。

未來50年軍事航天將會朝著怎樣的方向前進呢？軍事航天計劃是由人類來發展的，人的因素、社會、經濟、政治，甚至情感，都將對下一個50年的軍事航天發展產生影響。

包括電源和推進系統在內的各種航天子系統將在未來幾十年有很大進步。由于帶寬的供不應求，最終會導致激光通信的引入，從而滿足帶寬需求，并大大提高傳輸的數據量。在未來的太空戰中，網絡電話將直接用于武器或無人機上，為作戰人員提供各種信息，從衛星的遙感器到大量情報數據庫，并將所有這些信息連成網絡。

隨著電子技術發展，未來航天系統的處理能力將是現在的數百倍，不過它們還是會落后于地面系統，因為空間系統要求抗輻射加固。未來的衛星將比現在的更快更好地傳遞信息，航天器將會更加自主化，衛星一旦發射，就可以完全自主監控，甚至無需地面人員的偶爾監視。各種分系統在地面將變得更加集成化，地面終端會把圖像和信號情報數據與任何士兵所需要的信息如天氣預報和地形評估相結合。空間和地面系統將不僅處理數據，而且還能使數據脈絡化，并自動添加所有類型的輔助信息。軍用衛星系統也會向小型化方向發展，以便能發射更多的衛星。盡管空間雷達的技術實現問題需要相當長的時間才能解決，但是軍隊最終能擁有一種空間雷達系統，來提供廣闊區域內的有限全天候監視能力。

幾十年后，高分辨率光學和中分辨率紅外連續監測能力可以通過在高軌道上運行的大型光學衛星來實現。一顆裝有20～30米直徑的可展開鏡面的地球靜止軌道衛星能夠提供優于3米的地面分辨率，甚至能夠辨認地面上的車輛。另外，用于未來太空戰的干擾、電子欺騙，甚至摧毀敵方電子設備的技術能力已經有了初步發展，如安裝在F－22猛禽戰斗機上的雷達自身就能被用作遠程武器，摧毀、干擾或欺騙其他雷達。

從太空投擲武器在數十年前就成為可能，現在已能向敵對方準確投擲傳統武器，但是與其他武器投擲方式相比，其成本非常高。如果花費了相當大的代價將武器送入軌道，當然還希望讓武器在軌道上維持盡可能長的時間，而不是讓它去擊中某個目標。因此除非發射成本有顯著降低，否則武器投擲方式似乎不可能改變。目前美國軍隊正在研制艦載和機載能量武器，而激光和粒子束武器早在數十年前就已被建議在太空中應用，但是到今天還沒有取得非常大的進步，而且似乎仍然無法突破這些技術的基本局限，包括衛星不可能成為軟目標這一事實。

結束語

現在，科學技術和社會文化正在朝著一個與50年前不同的方向前進，而這個方向是否會導致人類重新構想未來航天探索的藍圖呢？人類已經走過了50年的道路，還會在下一個50年繼續前進，但是從第一個50年的經驗判斷，其未來的發展道路可能并不會朝著我們目前料想的方向發展。而唯一可以肯定的是，人類對財富、知識和力量的追求還將繼續，征服太空的腳步不會停止，并且人類將為其呈現的形式所驚嘆！