加禾 Sisi

自2015年被設定為“中國商業航天元年”后,距今已過去八年時間。這期間,全球商業航天事業快速突進,以Space X(美國太空探索技術公司)為首的私人企業,已經完成可重復使用的火箭的研制、載人飛船發射等重要成就,計劃飛往火星的“星艦”也剛剛完成首發。太空已經成為大國博弈的新資源戰場,在中國無法缺席的這一輪世界競賽中,完成從無到有的蛻變的中國民營航天企業,也扮演著不可或缺的角色。
本期報道分為三個篇章,其一其二,我們記錄的是兩所民營火箭公司——藍箭航天和星河動力的發展故事。它們是行業里的佼佼者,但成立時間不同,選擇的道路也不盡相同,通過與它們的領航者對談,我們冀望能找到支撐中國商業航天發展的一些關鍵力量,并模糊探知這一道阻且長的宏偉事業將走向何方。
第三篇章,我們邀請到一位多有成就、從事基礎物理研究的青年科學家,借助他的前沿視角去看待商業航天為現實社會帶來的長遠影響,以及人類拓荒宇宙的未來意義。
最后,這是《ELLEMEN 睿士》“新浪潮”系列的專題欄目,我們站在時代橋頭,看弄潮者。

藍箭航天空間科技股份有限公司的總部位于北京市經濟技術開發區,是亦莊鎮榮華南路上的一幢六層獨棟大樓。外圍的流線型設計和連成整面的玻璃幕墻搭配樓頂高懸的“藍箭航天 LANDSPACE”白色品牌標識,讓它在這片匯聚了眾多航空航天企業的區域里,也頗為顯眼。
這棟建筑呈現出來的整體風格現代簡潔,又兼容人性,很符合藍箭航天的掌舵者、董事長兼CEO的張昌武給予它的戰略定位——“我們非常關注的是如何從一家火箭公司變成一家科技公司,如何從一家產品公司變成一家生產力公司。”
航天領域有著極高的技術競爭壁壘,但與行業內的大多數競爭者不同,將至不惑之年的張昌武并非“技術型”創始人,他擁有清華大學MBA學歷,投身商業航天事業之前,在金融投資界有著光鮮履歷。他也并不避諱談及這些差異,曾在公開場合表明,與那些專精技術的同行相比,自己更像是一個“做企業的人”。

除了聚焦產品,張昌武同樣關注建構、優化產品生產所依托的組織載體。他極其重視效率,將自己的角色設定為“一個程序員”,通過“編程”來強化公司運作、提升其整體可靠性。他獨特的管理視角和現代性的商業邏輯影響著藍箭航天,讓它擁有了獨樹一幟的企業氣質。
正如一位業內的資深觀察者與我們描述的那樣,拋開不同的產品路線,與其他中國民營火箭公司相比,藍箭航天“最像一個現代化的企業”。
藍箭的“故事”
張昌武不怎么會講故事,在采訪最初,他就坦誠地向我們強調了自己的不擅長:“我們是一家很枯燥的企業,也是很枯燥的人。”
在人類文明積淀的進程中,文本性的故事有著獨特的魅力,它們大多擁有精彩的講述方式,記錄的傳奇橋段也總能博得公眾喜歡。張昌武不否認故事在傳播中起到的巨大作用,但他堅持,這種發散性的敘述模式并不適合他主導的這家企業,藍箭航天是強工程驅動的現代組織,它的故事“有另外一種敘事的方法”。
如果要重新書寫藍箭的故事,“生產力”這個常出現張昌武嘴邊的詞匯,或許是串聯全局的龍骨。“我自己是要把藍箭做成一個新的生產力的載體。”這位年富力強的CEO篤定道。
“引領生產力水平”是張昌武賦予藍箭航天的愿景和使命。這家成立于2015年6月、集結了多位航天領域資深人士的公司,是國內首家從事運載火箭研發的民營企業。在張昌武的設想中,最先站上跑道的藍箭要做的不只是給中國航天“貢獻更優秀的火箭”,更應輔助中國航天“形成更優秀的能力”。這也意味著,在創業的探索中,藍箭要成為一個整合者,將新的工業軟件、制造技術和前沿科技等生產要素引入行業。
這種底層邏輯顯著影響了藍箭航天的成長路徑。回顧這家民營火箭公司的發展歷程,“創新”是貫穿其中的顯著標簽。2018年10月,由藍箭航天自主研發的小型三級固體燃料運載火箭“朱雀一號”在酒泉發射,雖未成功入軌,但作為首枚“問天”的民營企業火箭產品,其實現了獨立設計、獨立研發,達成了全流程自研從0到1的突破。而在更早的時候,藍箭航天就將目標鎖定在了攻克門檻更高的“朱雀二號”液氧甲烷中型運載火箭上。

運載火箭動力先行,相較我國航天“國家隊”更常采用的,如固體燃料、液氧煤油或液氫液氧組合等主流推進劑,液氧甲烷具有無毒環保、生產成本低、比沖較高(考驗燃料性能的指標之一,比沖越高燃料消耗越少)、不易結焦等優點。新型液氧甲烷發動機也是目前國際上公認的、新一代可重復使用火箭的發動機技術方向,更適用于星際航行,為海外的頭部商業火箭公司Space X(埃隆·馬斯克創辦的美國太空探索技術公司)與BlueOrigin(杰夫·貝佐斯創建的藍色起源商業太空公司)等所青睞。
推崇創新是藍箭航天的一個顯著價值取向,這同樣反映在公司內部的資源分配上。雖然擁有強大的專業人才儲備,但藍箭每年也會留出大量的校園招聘名額,吸收更多新鮮力量。“在藍箭工作較長時間的同事,還有行業里職業經歷豐富的朋友,都會覺得我們好像特別愿意把資源都花給年輕人。”張昌武認可這種“偏袒”,但他也表明“年輕人”的定義并非只與年齡綁定,而是代表著擁有更高的投入度、更愿意接受新事物、學習能力更強的一類群體。他希望通過這樣的人才篩選方式,維持公司組織的“可持續”發展能力。

在整體的產業布局上,藍箭航天也有著自己的前瞻性思考。截至目前,它已經布局了發動機制造和試驗、火箭總裝總測、發射工位等重大試驗設施,建成了研發-制造-測試-發射全鏈條能力,在北京、上海、西安三地均設有研發中心,還在浙江湖州和嘉興分別建設了火箭發動機智能制造基地和產品總裝總測基地。
因為2022年末的“朱雀二號”運載火箭的首次發射,藍箭航天自建、處于酒泉衛星發射中心內的發射工位,也逐漸為外界所知。一位到訪者向我們描述了他的現場體驗:現代設計風格的四層大樓佇立在巴丹吉林沙漠的戈壁中,外頭風沙滾滾,辦公區內里卻安靜舒適。大樓對面不遠處是白色的火箭總裝廠房,順著筆直道路再向前,就是“朱雀二號”的發射工位。
這一場區也是藍箭輸出航天文化的新窗口,見證了“朱雀二號”遙一升空的專業航天攝影師與我們回憶了他的“沉浸式”觀看過程。“欣賞火箭發射的環境極其好,火箭的技術動作,比如說灌沖甲烷,還有發射大廳里所有的指令下達,你在外面隔著玻璃就能看見。”有著一個女兒的他覺得,與其他發射基地相比:“這里特別適合帶孩子來,能做一些航天科普。”
尋找
構筑藍箭航天故事的另一支軸線是“效率”,這也是張昌武時刻強調的詞匯。他曾在公開采訪時表示,要打造“世界一流的商業火箭企業”,而實現這一目標的“落腳點”就是提升效率,使公司能更好地滿足市場需求,這也是企業存在的核心價值。
“效率分兩個維度;第一是做事的效率,包括開發、測試效率和內部組織管理的效率;其次是反映到我們最終的產品上的產品效率,也就是它的性價比,即它的運力是不是更大、成本更低、發射的頻次更高。”張昌武繼續介紹道。
“效率”也是藍箭航天內部頻繁出現的關鍵詞。張昌武主張將一些低附加值的工作內容不斷“固化”,形成流程和范式、實現自動化,最終將這些環節的效率提升,從而解放員工的時間,為他們留出更多思考和創造的空間。

這個過程被張昌武視為是對企業的“編程”,當然,它也會帶來潛在的隱患。“這對很多人來講很有挑戰,因為大部分人會痛恨流程、痛恨一些范式,他們覺得范式約束了人。”張昌武承認,在這類人眼中,一個一直追求高效的企業會很快趨于“枯燥”,個體與組織的矛盾將難以避免,但他自有其堅持:“對那些對生產力有很深的認識和很高追求的人來講,這里就是一片沃土。”
張昌武對“提升效率”有著近乎執著的追求;如果要溯其根源,應該歸結于他青少年時期便萌生出的“生命焦慮”——在宇宙的宏大尺度上,人生百十余載,倏忽即逝,有限的時間里如何能夠活得明白?這是他始終試圖去解答的生存命題。
成立藍箭航天是張昌武的第一次創業,也給他提供了解題的契機。商業航天是技術密集型產業,聚合了諸多前沿科技,在向科技樹頂端攀爬的過程中,又與商業世界緊密勾連。這也表示,“它給到一個人足夠的空間去做各種探索,不僅是技術探索,它對人的行為、組織的行為、信息的流轉等多維度,都能提供觀測的機會”。
與那些由夢想驅動的同行相比,觀測的過程中沉淀下來的認知,更能支撐張昌武在這一行業內持續前進,它們輔助他將周邊諸事的邏輯串聯貫通,最終搭建出一個完整的個人世界觀,有效地撫平他內心深處難以消弭的“生命焦慮”。
在與張昌武的短暫交談中,我們無法探知這一世界觀的全貌,僅從敘述中的某些片段偶能窺見一二。比如,對大多數人習慣性選擇規避的“失敗”問題,張昌武也抱有獨特觀點。
2022年12月,“朱雀二號”遙一運載火箭在酒泉衛星發射中心首飛失利,火箭一級、二級主機飛行正常,但因二級游機工作異常,箭體最終落入茫茫大海中。這次發射肩負眾望,如果能成功入軌,將表明中國在新型液氧甲烷運載火箭的研制上,已經先人一步。
熟悉資本市場運作的張昌武明白,對一家想要快速實現盈利,進而通過上市獲得資產增值的企業來說,這種失敗確實會帶來沉重打擊。“但就藍箭的實際情況來說,我們對失敗還是比較坦然。”他坦陳道。
保證組織運作的“可持續性”才是張昌武更關注的重點。單次產品的成敗只是一個驗證系統的過程,它固然會影響到整個公司獲取的資源,“但資源和生產力是兩個獨立的內容”。從另一個角度看,分析失敗根因的“歸零”過程,反能為優化組織的“可靠性”提供契機,從而提升生產力水平。
“各類航天企業發展的過程中失敗不計其數,有很多成本和代價在里面。”張昌武不愿將故事中曲折的部分全部隱藏起來,在信息日漸通達的當下,他堅持藍箭航天對公眾進行更為透明的信息傳遞:“這是社會責任的一部分,讓大家知道,這么多社會資源涌入這個行業究竟是在做什么。”
我們無法避免地談到了那個高懸在國內商業航天創業者頭頂、如同“魔咒”一般的問題:誰是中國的埃隆·馬斯克,哪家企業才是中國的Space X?
張昌武很快給出了自己的答案:“如果把全球航天看成一整個體系,其實并不需要第二家Space X。世界上沒有兩片相同的樹葉,中國的情況也與美國不同。對企業來說,嘗試去復制Space X沒有意義,我們有自己的優勢,也有自己的短板,要做的是在中國航天的體系里將優勢組合起來,并盡量避免劣勢成為行業發展的阻礙。”
因為相似的發展路線,掌舵藍箭航天的張昌武曾一度被媒體比喻為“中國版馬斯克”,但他與熱衷于移民火星的“硅谷鋼鐵俠”,或許也并無太多相似之處。“說真的,我對太空沒有太大興趣,我關注的還是太空跟地球的關系。”采訪最后,這位年歲正好的商業精英放松雙肩,坦然微笑道:“因為我覺得,在比較長的時間里,地球才是人類唯一的家園。”

“中國去年共發射了197.21噸(航天器總質量),但這是若干個公司一起發的。如果說,一個(民營火箭)公司一年能往天上發射100噸,這意味著你的可靠性很高,也對市場形成了占有,構成了商業閉環;能做到這一步,我覺得既實現了個人的價值,也為產業創造了價值。”在位于北京亦莊中航技廣場的辦公室里,星河動力(北京)空間科技有限公司的CEO劉百奇與我們聊起關于商業航天的個人夢想。
和一些常占據財經新聞頭版的創業精英不同,劉百奇氣質儒雅、言語親和,身上少有張揚的意氣,與人說起專業應用,娓娓道來,講到一些生僻的名詞,還會耐心列舉通用案例,盡可能幫助對方理解。在拍攝時,他穿著印有星河動力標志的工作服,能隨時與員工交流工作細節,盡管態度嚴謹認真,但你也很難發現上級和下級之間分明的距離感。
這些氣質特征,或許部分源自劉百奇的從業履歷——與合伙人創辦星河動力之前,他在母校北京航空航天大學任教三年,之后進入中國運載火箭技術研究院,從事總裝設計,長期工作在一線。
在熟悉劉百奇的人眼中,他更偏向“務實的技術派”,擅長全局規劃,也關注細節、重視效率。星河動力整個公司展現出來的風格,也與他自身的某些特質相吻和,雖然核心員工大多來自體制內,但公司的管理結構更扁平,沒有繁瑣的流程和層級。在這里,大家更專注更快更好地解決問題,一線奮斗的技術人員也能受到更多尊重。

正是這樣的一家公司,在今年1月將自主研發的“谷神星一號”遙五運載火箭成功送入太空,為中國商業航天迎來2023年的“開門紅”。這是“谷神星一號”自2020年首飛后連續第五次發射成功,其前后共為19顆商業衛星提供了發射服務,刷新了中國民營商業火箭發射交付的新紀錄。公司另一款自研的中大型重復使用液體火箭“智神星一號”,也已經完成試車,將在今年首飛。
在航天愛好者們看來,星河動力已經走在了行業的前端,但對劉百奇來說,征程才剛剛開始。
“我們要做的不是Space X”
星河動力成立于2018年,在行業內其實并不具備先發優勢,啟動時也沒有行業名人的光環加持。但相較高舉高打的明星型創業公司,它一路走來低調卻穩健,每一階段都能交出亮眼的成績單,這或許也得益于以劉百奇為首的創始團隊早期對市場的透徹思考。
2014年11月,國務院出臺的相關文件中提出:鼓勵民間資本參與國家空間基礎設施建設。次年,多部門聯合發布了《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015—2025年)》,明確鼓勵社會資本參與國家民用空間基礎設施建設和應用開發。一批國家航天系統內的資深人員選擇走出體制、離職創業,結合市場資本建立起了多家民營火箭公司。這一年,也被稱為中國的“商業航天元年”。

彼時,劉百奇還在研究院工作,雖然看到了商業航天市場的巨大潛力,但他并不著急做出改變,而是反復思考一個問題:中國市場究竟需要什么樣的火箭?“這個想不清楚,好不容易造出一個火箭卻賣不出去,那不相當于在白折騰?”從事火箭總裝設計多年、習慣了系統性思維的劉百奇,骨子里保持著航天人的謹慎:“航天不是賭博,不能賭一把。”
在中國商業航天高速擴張的頭幾年,因為全球商業航天的代表人物埃隆·馬斯克主導的Space X(美國太空探索技術公司)成功完成了獵鷹9號中型運載火箭的發射任務,其對火箭可重復利用技術的攻克也取得了階段性成果,市場上充斥的聲音多是“誰是中國的Space X?”“誰在和馬斯克賽跑?”
但劉百奇心里清楚:“我們公司從最開始成立的時候,就明確了我們肯定不是馬斯克,要做的也不是Space X。”沉浸在航天領域多年,他能看到航天領域中美兩國發展的階段性差異,與推動商業化多年、掌握多項尖端科技的美國相比,中國正處于從“航天大國”向“航天強國”的轉型過程中,本土商業航天公司要做的是“結合國家需求來解決產業需要”。
而低軌衛星發射的降本增效,是劉百奇最終得出的問題答案。太空正在成為大國博弈的新“戰場”,對有限的軌道資源的爭奪,也日趨白熱化,“中國現有的火箭數量少、價格貴,主要是為了完成國家重大發射任務,但商業衛星的發射需求一旦起來后,就沒有了相應的運輸工具”。劉百奇將低軌衛星網絡的建設分為兩類:一是巨型星座網絡,衛星總數多、單體重量大、建設成本極高,但總量有限,適合集中、大批量發射,其需要的是能重復使用的中大型液體運載火箭。
另一類是衛星數量小、單體重量輕的小型星座,成本低、靈活快捷、載荷適中的小型固體燃料運載火箭更契合它們的組網需求。這正是星河動力推出的主力箭型之一“谷神星”瞄準的市場,按劉百奇習慣的表達方式,中大型火箭是“大巴車”和“太空高鐵”,必不可少,但已經實現多次發射、研制技術相對成熟的“谷神星一號”則是行業里的“出租車”,“把火箭先做出來,降低成本且保持可靠性,能夠穩定、高頻次地發射,解決市場上發射供給能力不足的問題”。
2020年,衛星互聯網被國家發改委首次納入“新基建”核心組成部分。小型商業星座的建設需求快速增加,隨著制造技術的發展,衛星的體積和重量也在不斷變小,這進一步印證了劉百奇對市場的預測。
不過,盡管“谷神星一號”已經實現“五連勝”、在市場立穩了腳跟,劉百奇卻并不完全滿足于現階段的成績。在他劃定的民營火箭公司的三個發展階段中,星河動力剛邁過了第一階段“入軌”,離第二階段“穩定入軌”和第三階段“實現大規模發射供應”尚有距離。
“現在我們打了5發,還達不到穩定。”劉百奇的表情謙遜,語氣真誠:“一年要能連續打10發20發,怎么打都能成,才能保證公司收入的現金流和業務持續穩定。”
如果沒有星河動力
今年年初,在公司成立五周年時,劉百奇曾做過一個假設:如果星河動力這家公司沒有存在過,中國的商業航天會是怎樣一番景象?
雖然成績亮眼,但“谷神星一號”作為小型固體燃料運載火箭,因其有效載荷小、發射靈活度低、難以回收等特點,并不被業內長期看好。“很多人說我們做的是小火箭,不掙錢,但他們沒想過,如果沒有星河動力,這個行業不會有現在這么好的局面。”劉百奇也常能聽到這類議論,但他覺得在行業發展的重要節點上,星河動力都起到了較為重要的作用。
2020年11月,“谷神星一號”遙一成功首飛,在此之前,兩枚商業運載火箭接連發射失利。一度喧囂的融資市場也開始歸于沉寂,“谷神星”的成功,無疑是給走向低迷的行業注入了一支強心劑。此后,“谷神星一號”接連發射成功,梳理起公司這些年的成果,劉百奇有自信在行業被灰暗籠罩的某些低潮時刻,“是我們扭轉了局面”。
一位與劉百奇有過較多接觸的媒體人告訴我們,在商業航天領域,“商業是一條腿,航天是另一條腿”,兩條腿步伐邁得不一致,也會造成發展問題。而在他眼中,“純干技術出身”的劉百奇,也葆有敏銳的商業洞察力。
劉百奇有著獨特的商業觀點,他會將星河動力設定為“一家火箭技術公司”,“不單是發射火箭,我們可以把火箭上的技術或概念再商業化,變成其他一些商品推向普通人能面對的市場”。在“谷神星一號”飛天成功后,星河動力還做了不少泛圈層的商業化嘗試,如賣出火箭涂裝廣告和火箭冠名、制作文化周邊等。
對一些行業之外的商業現象,劉百奇也表現出了很強的接受能力,聽年輕人聊到流行的“飯圈文化”,他也會主動提到自己趕飛機時碰上的明星粉絲應援,并提出設想:“那些明星如有需要,我們的火箭可以把他(的形象)‘打到天上去。”
你很難想象,這位對商業化和融資方法論侃侃而談的老航天人,五年前剛跳離體制、面對資本市場時的不知所措。那時,他和合伙人沒有人脈、不會“講故事”,也不懂如何取得投資人的信任,拿著制定清晰的發展規劃,卻不知道要去哪里找到第一筆啟動資金,只能靠著朋友、同學和同事的關系,每天熬到凌晨兩三點,一點點向這個從未踏足過的領域伸出觸角。
能達成今天的蛻變,并不是無跡可尋。在星河動力快速發展的五年里,即便劉百奇認為自己并未真正遭遇過“至暗時刻”,但每一階段都有必須解決的難題。“在研制過程中,也遇到過地面實驗不順利的時候。”可這些也不能產生持久的困擾,因為他和團隊會更快聚焦于如何解決問題:“因為目標在那,就是往前走,不能停下來。”
正如蓬勃的市場需求能對火箭產業形成強大的發展牽引力,航天本身對劉百奇也有著一種持久的牽引。“我們行業之前有句話,說航天能把個人夢想、國家事業和人類命運全部結合起來;在這個行業工作,會有一種自豪感、使命感,這是它跟其他行業可能不太一樣的地方。”坐在玻璃窗裁剪出的一片光影里,劉百奇平淡地再次說起自己的夢想:“現在火箭低成本的發射服務能力不足,滿足不了未來商業航天的發射需求,我們希望能提供低成本、高可靠、大規模的運輸服務。如果能實現這一步,可能我也快退休了。”
創辦星河動力是劉百奇人生實現轉變的重要支點,他從一個他人需求的執行者變成了自我夢想的踐行者。但面對采訪者,他還是不習慣用華麗的語言來描述這些故事,也不多渲染在創業維艱的過程中個體的付出,哪怕他的辦公室柜子里,依舊擺放著一整套能明顯看出使用痕跡的洗漱用品;會議室的角落里,也塞著幾張折疊床。
在共事多年的同事眼中,劉百奇素來如此,他訥言敏行、務實內斂,又處變不驚,哪怕是在火箭發射,這一習慣了全局推演和反復檢驗的他完全無法控制的環節。當發動機點火,尾焰沖刷出巨大的煙塵,推著火箭一點點上升,劉百奇會少見地感到緊張:“這個時候你已經什么都做不了。”但在身側的同事看來,這一刻他依舊淡定如常,只是安靜地看著承載著許多夢想的火箭,穿透天際,向著蒼穹深處又一次遠去。

北京大學科維理天文與天體物理研究所位于北京大學最北端的朗潤園,它臨湖而立,是一棟碧瓦朱檐的中式小樓。第一次走進這棟三層小樓,很容易被內里的一些航天元素所吸引:一樓大廳的墻面上粘貼著憨態可掬的微型宇航員雕塑,茶水間外的陽光房里懸掛著天文主題的攝影作品和長征系列火箭升空的照片,辦公區的走廊上還貼滿了天文與物理相關的文獻資料。
北京大學科維理天文與天體物理研究所研究員、博士生導師邵立晶的辦公室,就在二樓走廊的一側。這位將將三十過半的青年學者,擁有著超出年齡的科研成就。他的研究方向為引力理論的實驗檢驗、脈沖星和中子引力波以及超出標準模型的新物理。因提出了檢驗引力的新方法,他被認為是中國引力波研究青年領頭人之一,還曾先后參與探測人類首例雙中子星并合和拍攝人類首張黑洞照片的工作,并與EHT(事件視界望遠鏡)合作組共享“2020基礎物理突破獎”,在2020年入選斯坦福大學發布的“全球前2%頂尖科學家”榜單。
我們拜訪時,邵立晶用電腦向我們展示了他新近準備的講課資料,超大尺寸的顯示屏上劃過了一張又一張繪制著宇宙天體的斑斕圖片。對專攻基礎物理的邵立晶而言,廣袤的宇宙是充滿未知想象的“實驗室”,人類對太空的持續探索,正一步步拓寬現有的認知邊界,這也是對他產生持續吸引、人類理性精神不斷延伸的奧妙過程。
窗口
作為研究者,邵立晶很早就意識到太空探索給基礎學科帶來的重要價值:“有些事情肯定是要到太空里去完成的。”在他熟悉的物理學領域,近幾十年間利用太空環境進行科學觀測或試驗,已經逐漸成為常態,“比如X射線和伽馬射線,因為無法穿過大氣層,所以只能在大氣層外去測量”。
處于電磁波頻譜高頻一端的X射線,在1895年就已經被德國實驗物理學家倫琴(Wilhelm Conrad R?ntgen)發現。作為“世紀之交的三大發現之一”,X射線引爆了學術界內極大的研究熱情,但X射線的天文學學科分支,卻是自上世紀六七十年代后才逐漸發展起來,其主要得益于第二次世界大戰后不斷實現突破的航天科技(探空火箭和人造衛星技術),讓人類對宇宙X射線的探測變得可行。
在邵立晶看來,空間探索技術的演進,為他這樣的研究者們打開了一扇全新“窗口”,“包括黑洞吸積、高能爆發這些我們之前都不太清楚的天文現象,只有打開這個‘窗口后才能看到”。不少受困于地面實驗或理論模擬而難以破解的科學謎題,依托空間科學研究實現了從0到1的突破。
宇宙空間的開啟,也為一些已經通過地面試驗獲得階段性成果的研究項目,提供了新的可能。邵立晶主要研究的課題之一是引力波,2016年2月,美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)宣布在2015年9月14日人類首次直接探測到了引力波,這是21世紀物理學最重大的發現之一,為人類觀察宇宙打開了全新的視野。邵立晶作為LIGO合作組的成員,也參與到了這些引力波地面實驗探測之中。
與電磁波不同,引力波是物質能量劇烈加速變化引起的時空形變的傳播,這次引力波信號來自距離地球13億光年的恒星級雙黑洞合并事件,兩個質量大致相當于30個太陽的黑洞互相繞轉運動,在毀滅性地碰撞合并時產生引力波爆發,其能量到達地球時被LIGO的地面探測干涉儀感知到。
實際上,由于距離遙遠,引力波能量到達地球時的信號非常微弱。“地球上也存在很多噪聲,比如由一些微小的、人感覺不到的地震產生的地質噪聲,還有海水的波動,也會產生干擾。當我們的儀器非常精準的時候,就會感覺到這些聲音。”邵立晶解釋道。
除開噪聲干擾,目前地面引力波探測器LIGO和Virgo(位于意大利的“室女座干涉儀”)最敏感的頻率范圍約在幾十至幾百赫茲之間,人類探測到的近百起引力波事件,絕大多數為恒星級黑洞雙星并合事件,而質量更大的黑洞并合產生的、更低頻率的引力波,只能被遠遠大于地球尺寸的激光干涉儀探測到。
綜合看來,相較規模有限的地面設備,置放于宇宙空間的探測器無疑能提供全新的研究效果。而航天技術的推進,也使得這類科學設想正在變得可能——目前,由歐美等國聯合推動的LISA(激光干涉儀空間天線)、日本預研中的DECIGO以及中國正在進行的“天琴”“太極”計劃,都將利用衛星在太空布局,進行低頻引力波的探測。
空間引力波探測計劃在檢驗廣義相對論、理解星系和黑洞的形成與演化歷史等方面會發揮重要作用,能進一步幫助人類探索宇宙的奧秘。但邵立晶也告訴我們,這類空間項目的技術門檻極高,大多還處于研發過程中,還需要更長的時間周期和高昂的資金來維持。
勃興的商業航天,或許能有效降低空間實驗的成本。以NASA(美國國家航空航天局)為例,其在2019年7月宣布與Space X、藍色起源等多家商業航空航天科技企業建立合作,加快商業太空系統與政府太空探索任務的相互融合。
這一方面能讓社會資本參與到國家航天事業中,推動整體技術的發展;另一方面,隨著空間探索技術的發展,太空運力的解放和衛星研制成本的持續降低,也將為更多基礎學科的研究項目提供機會。
“無用之論”
商業航天的快速發展,加快了人類對太空的探索步伐,也不斷改良著人類的現實生活。從邵立晶的視角看來,受發展水平限制,商業力量暫時還無法參與到最尖端的科研項目中,但它們對有限的軌道資源的競爭,對科學界來說,卻可能帶來新的隱患。
近年來,邵立晶經常能聽到科學界的同行們抱怨衛星帶來的困擾:“正觀測著,就‘唰一下劃過一個東西,這其實非常不好,因為大型望遠鏡的觀測時間是非常昂貴的。”同在北大科維理研究所工作的博士后傅煜銘,對此有著切身感受。他主要的研究課題是穿透銀道面搜尋“類星體”,利用光學望遠鏡對太空進行觀測是他最常見的任務之一。而自2020年開始,他明顯感受到人造衛星給光學觀測帶來的“污染”越來越多。
“主要就是從Space X的一系列‘星鏈衛星上天后開始的。”傅煜銘記得很清楚。2015年1月,Space X首次宣布了其“星鏈”計劃,稱將發射約12000顆通信衛星,其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道。2019年5月,“獵鷹”運載火箭將首批衛星送入軌道,此后,國際天文學界一直對數量龐大的人造衛星產生的負面觀測影響表示擔憂。
“尤其是遙遠的暗弱天體,曝光時間越長成像效果更好,但曝光時間越長,遭受衛星軌跡污染的概率也就越高。”傅煜銘向我們展示了一幅由多張觀測照片組合成的天文學圖像,可以清晰地看到數條由“星鏈”衛星形成的光軌筆直橫亙天空,其亮度甚至要遠超周邊的星體。
在太空中進行的天文觀測,同樣難以逃脫這類“污染”。2023年1月,一篇刊發于《Nature Astronomy》的文章揭露了衛星運行軌跡對位于500-600千米軌道高度的哈勃空間望遠鏡觀測的影響:從其2002至2021年間拍攝的圖像檔案來看,圖像中出現衛星軌跡的比例正在逐漸增高。隨著人造衛星計劃數量的不斷增長,可以預見的是,這一比例在未來十年還將會持續變大。
國內外的天文研究者們都感受到了由埃隆·馬斯克及Space X所引導的商業航天浪潮,正向他們撲面而來。“我們知道人造衛星會影響天文觀測,但之前這樣的影響是比較小的,‘星鏈星座的出現,大大改變了星空前景的形態,所以天文學家不得不仔細考慮它產生的影響。”傅煜銘告訴我們,大量入軌的商業衛星會產生很多干擾天文觀測的信號,研究者想要消除這些數據的影響,需要投入更多的資源,“有可能會花很多時間才能達到跟之前衛星少的時候相近的效果,但很多時候,科學數據的損壞都是無法補救的”。
過去的兩三年時間里,傅煜銘看到了一系列關于人造衛星對天文觀測產生負面影響的研究報告和論文。想到未來地球可能被密密麻麻的衛星覆蓋,這位年輕的科研工作者萌生出復雜的憂慮:“如果我們利用如此多的衛星建立網絡,只是為了刷一刷推特和抖音,而放棄對星空和自然的探索,不再去看外面的世界,就像是人類在作繭自縛,這是一件可悲又短視的事。”
針對這類問題,曾在德國深造的邵立晶更推崇由政府、學界和商界就太空資源的開發達成某種規范或公約。“這種公約肯定得是國際性的。”邵立晶舉出了在他從事的射電項目領域中,各國為保護射電天文探測設立的“射電寧靜區”案例,但要各方就這一問題達成共識并不容易:“商業發展有著實實在在的利益,他們(商業航天公司)為什么要聽你的?”
盡管在這樣的爭議中,往往“商界的拳頭都會比較大”,但邵立晶還是覺得,基礎科學的研究者們或許能有“足夠的理由”為自己搏取更多發展空間。
“比如說量子力學,其實它在1900年被提出來時,是一點用處都沒有的;但現在想想,一百二十年后,我們每個人都要用到的手機和電腦,以及各種多媒體設備,都或多或少地使用了量子技術,”這位常打趣自己是“Useless Doctor”(無用博士)的基礎物理研究者,建議我們用更長遠的視角去看待這些貌似“無用”的理論探索:“基礎物理和天文是整個人類精神的一種拓展,人為什么能成為地球的主宰?是因為人具有理性,如果抹殺掉理性,或者停止理性的拓荒,這對人類來說,也將是極大的災難。”