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登月,光靠砸钱就能搞定吗?

来源:连云港市广播电视台 编辑:笙箫 时间:2018-02-13
导读:【SpaceX 的 重型猎鹰 日前首飞成功,且不论 重型猎鹰 的处女航离美国复兴登月的荣光还有多远,至少引起了许多中国网友的关注和羡慕,不少人焦急于中国航天预算的不足,认为配不上中国经济达到的——

【SpaceX 的 " 重型猎鹰 " 日前首飞成功,且不论 " 重型猎鹰 " 的处女航离美国复兴登月的荣光还有多远,至少引起了许多中国网友的关注和羡慕,不少人焦急于中国航天预算的不足,认为配不上中国经济达到的高度。这种说法也许有道理,但未必全面,登月这件事,光靠砸钱就能搞定吗?】

网上最近又有流传施一公教授在一篇演讲中表达的他对中国科技实力的看法:我们上天揽月、下海捉鳖,高铁网通达全国的成就,实际是经济实力决定的,不是科技实力决定的。当他向以为瑞典知名教授说到 " 我们国家登月已经实现了,你们在哪?",瑞典教授的回答是:" 施教授,如果我们有你们中国的经济体量,我们能把五百个人送到月球上并安全回来。"

近些年来,施一公教授在推动中国科学界的变革方面做了很多有益的工作。然而,在月球探测的问题上,他和这位瑞典教授对几个基本事实的认识可能存在着误区:中国的探月工程目前正处在无人探测器绕、落、回的第二步,即无人探测器在月球着陆。虽然对载人登月的预先研究已经开始,但何时将中国宇航员送上月球仍没有确定的时间表。综合国力、经济体量和科技实力都处于全球顶尖位置的美国,在上世纪堪称奇迹的阿波罗登月计划中,总共也只将 12 名宇航员送上了月球并安全返回。对于这个拥有 371 位诺贝尔奖的国家来说,阿波罗登月计划被视为国家科技实力的象征之一,甚至有人认为阿波罗计划定义了属于美国的二十世纪。进入二十一世纪后,布什政府曾雄心勃勃的提出重返月球的计划,但几经起落后至今尚未实现。

对于登月来说,没钱是万万不能的。在阿波罗计划中,NASA 截至 1973 年总共投入了 254 亿美元。按照购买力折算成 2016 年的币值,则高达 2060 亿美元。当时,NASA 的预算一度占到了联邦总财政预算的 4.5% 左右,而阿波罗计划几乎花掉了 NASA 从国会要来的所有经费。而在美国 2017 财年预算中,NASA 的支出占联邦总预算的比例已经下降到 0.47%。充足的经费消除了科技人员的后顾之忧,使它们只需将精力投入在解决技术问题上。

然而对于登月这种规模浩大的系统工程,钱却不是万能的。

上世纪大部分时间中,人类的航天技术实际是在美国和苏联你追我赶的竞争中向前发展的。在阿波罗计划开展的同时,苏联试图将宇航员送上月球。然而,苏联的登月计划却遭受了失败。在美国和苏联的对比中,我们也许可以发现一些登月成功必需的要素。

首先,是国家意志的迅速统一和有效执行。在苏联将人类第一位宇航员加加林送上太空后,以总统肯尼迪为首的美国决策层意识到自己在航天技术上已经被苏联领先太多,如果不尽快追赶将错失重要的战略机遇。他在国情咨文里指出:" 我们必须在空间领域发挥领导作用。作为一个新兴的伟大事业,我们的许多成就将影响到我们在地球上的未来。" 实际上,在 1957 年苏联先于美国成功发射人造卫星后,美国国内一直处于是否将大量资源投入到航天技术发展上的争论中。而再一次的落败让美国人像珍珠港遭袭后那样迅速的结束了争论,开始行动。

从加加林进入太空那天算起,3 天后,肯尼迪在白宫着急有关部门负责人开会,商讨对策。20 天后,副总统约翰逊在一次内部会议上协调民主、共和两党在登月问题上达成一致。23 天后,NASA 和其他有关部门拿出了阿波罗计划的初步设想。42 天后,肯尼迪在国情咨文中提出了阿波罗计划,并将送宇航员登上月球作为计划唯一和最终的目标,所有的前续工作都围绕这一目标开展。反观苏联,由于领导人对登月这种暂时没有军事价值的太空活动的态度摇摆不定,在美国开展阿波罗计划三年后才确定要进行载人登月飞行。

苏联航天界的两位领军人物——科罗廖夫和格鲁什科在登月的技术方案上存在的巨大的分歧,即便在最高领导人的调停下也无法合作。格鲁什科领导下的航天设计局有着对登月成功至关重要的大型火箭设计经验,却始终未参与到登月工程中来。而在美国,对于登月的具体实施方案,航天技术的祖师爷级人物冯 · 布劳恩提出了直接登月方案。而在之后的论证中,大部分研究人员和研究机构都倾向于支持一位资浅工程师提出的月球轨道对接方案,认为这种方案比冯 · 布劳恩的方案更加有效。虽然直接登月方案的否定将给冯 · 布劳恩个人和他执掌的马歇尔飞行中心造成损失,但他最终还是支持了月球轨道对接方案,并领导马歇尔中心全力投入到阿波罗计划中来,与苏联同行间的相互掣肘形成了鲜明对比。

其次,完成载人登月也需要完整而雄厚的技术基础。完成登月任务,需要材料、冶金、机械、化工、电子信息、精密遥感测控等诸多技术学科的协作。如果只精于某一个学科而在其他领域落后太多,很难取得登月的成功。以苏联为例,最终扼杀苏联登月计划的,是其 N1 火箭四次试射的全部失败。对于这种大推力火箭,美国的土星 -5 号火箭采用的是研发大推力发动机,以少量发动机产生较大推力的实现途径。在第一级仅适用了 5 台 F-1 液氧 - 煤油发动机,就实现了高达 120 吨的 LEO 轨道运载能力,至今尚未有超越者。而苏联的 N1 火箭则在第一级并联了多达 30 台推力较小的 NK-15 发动机。如此众多发动机一起工作,火箭被设计的异常复杂,可靠性严重降低。一台发动机出现的故障会迅速引发连锁反应,使得整个火箭系统崩溃。

实际上,具备大型火箭设计经验的格鲁什科一开始就意识到了这个问题,并希望使用当时苏联已有的大推力偏二甲肼 - 四氧化二氮发动机。但科罗廖夫拒绝使用这些有毒的燃料,而苏联又没有足够的技术力量在短期内研发大推力液氧 - 煤油发动机。苏联的信息产业无法为发动机的仿真设计提供足够的计算资源,石化工业无法为火箭提炼出高品质的煤油。在技术短板的制约下,不得不霸王硬上弓式的采取了不合理的方案。可以说,正是美国已有的科技实力,才使登月成为可能。

此外,美国在全球的影响力和军事存在也为阿波罗计划的开展提供了保障。阿波罗飞船选择了远离美国本土的太平洋中部作为着陆场,采取海上着陆的方式返回。这样做是为了避开大西洋可能出现的恶劣天气和较大的风浪对飞船返回的影响。打捞飞船的任务是由美国海军的海空力量完成的。如果美国没有一支蓝水海军,阿波罗飞船的回收可能还会遇到障碍。在阿波罗飞船的飞行过程中,美国的 " 深空网络 " 测控网持续不断为飞船的通信和测控提供服务,这个网络由澳大利亚、西班牙和美国本土的三个站点组成。如果没有美国在全球的影响力,这类站点的连续稳定运行就难免受到政治因素干扰。

在美国,那些和航天技术没有直接关联的学科与研究领域,也间接的从阿波罗计划中获益。短时间内不能产生明显经济效益的基础研究,如生物、物理、天文、地球科学等,经费基本都要依赖政府投入。由于阿波罗计划让决策者看到了科技发展带来的巨大政治收益和在国家安全中的中的地位,美国联邦政府对基础研究的投入在阿波罗计划开展的同时增加了 6 倍多。阿波罗飞船飞控计算机对电路小型化的要求,集成电路技术在阿波罗计划大量订货的刺激下开始了蓬勃的发展。据统计,在 1963 年,阿波罗计划的订货占到了全美集成电路出货量的 60%,为后来美国在计算机产业的领先打下了基础。

总结一下,除了钱外,登月需要国家意志的迅速统一和有效执行,需要国家具备雄厚的技术基础和储备,需要国家的全球影响力,而这些就是一个国家硬实力和软实力的集中体现。那位瑞典教授也许还会假设,如果瑞典拥有中国在以上方面的实力,可以送更多人上月球云云。但这个世界不相信如果,只相信现实。欧洲的航天活动是在多国共同参与的欧洲空间局(ESA)组织下进行的,瑞典也是 ESA 成员国之一。ESA 成员国 GDP 之和已经和中国可比,又大都是老牌工业强国,但至今太空中也没有 ESA 的载人飞船出现。欧洲宇航员要想上天,只能搭乘俄罗斯或美国(航天飞机未退役时)的载具。

在当今世界," 先到达、先占有;先开发、先利用;先登月、先得益 " 仍为不争的事实。今日的太空正如 15-16 世纪大航海、大发现时代的海洋,而月球是最容易开发利用的处女地。中国人越早登上月球,就能在百年的时间尺度上为我们的后代争取越多的发展空间。当我们面对广袤无垠的海洋固步自封,错失大航海时代后,得到的是近代被侵略和掠夺的屈辱。面对另一个战略机遇期,我们不能让这样的悲剧重演。

责任编辑:笙箫

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