觀察者網》祝融號使命已達,中美火星競賽悄然開啓(陳藍)

祝融號自拍照(圖片來源:大陸國家航天局)

8月15日,在1.5億公里外遙遠的紅色星球上,中國火星車祝融號連續工作時間超過了90個火星日(92個地球日)的設計壽命,圓滿完成了它的既定任務。作爲中國第一次自主火星任務和歷史上首個同時實現軌道器、着陸器和巡視車三項功能的火星探測器天問一號任務已經載入了人類火星探索的史冊。中國的深空探測也因此進入了領先國家的行列。

祝融號自5月22日駛上火星表面以來,已經行走了889米,傳回了10GB原始數據和衆多高清照片,探訪並拍攝了防熱罩和降落傘,發現了神秘的白色「黴菌」狀物質。未來,祝融號將繼續火星探測。我們期待它長壽、發回更多精彩的照片,並有令人驚喜的科學發現。

天問一號稱得上中國航天史上風險最高、但也是最爲成功的深空探測任務。它一改中國航天的傳統保守策略,走了一條高風險試錯的道路。這既是中國航天在商業航天和國際競爭壓力下迸發出來的能力,也顯示出經過多年高速發展,我們的技術積累已經相當雄厚。這是實力的體現。

我們的實力還體現在後續計劃裡。2030年左右,我們將執行火星採樣返回任務。這個時間點和NASA規劃的採樣返回任務非常接近。但NASA的計劃是由毅力號採樣,十年後用另一臺探測器帶回來。這是運力所限精打細算的結果。而我們則是一次完成,略勝一籌。如果說今天我們的祝融號和NASA的毅力號還有一點點差距的話,那麼十年後我們至少能和NASA平起平坐。人類歷史上首次火星取樣返回說不定將由中國人完成,我們追上NASA也許只需要兩次飛行。

不久前,航天科技一院在聖彼得堡舉行的全球太空探索大會上公佈了中國載人登火路線圖。近期取樣返回,中期載人登火,遠期火星基地和大規模開發!它不僅計劃使用長征九號和921超重火箭,還有核電和核熱推進、可複用的軌道轉移級和登火艙等一系列前所未有的先進航天器。這是一個令人眼花繚亂的科幻級計劃,着實讓人熱血沸騰。

NASA有對應的計劃嗎?一直有,但規模小得多,而且大概率不會實施。因爲衆所周知,世界上還有一個號稱「鋼鐵俠」的馬斯克。他的夢想是大規模火星殖民、開創人類多行星文明,星艦計劃就是實現這個夢想一個重要環節。不管你是否相信馬斯克,不管星艦是不是畫餅圈錢的手段,他的火星計劃技術上是可行的,而且他已經實實在在地開始做了,我們不得不重視。NASA清楚自己的效率和成本劣勢。它在執行阿爾忒彌斯登月計劃時已經力不從心,最後不得不將登月艙外包給了SpaceX。很難想像NASA會並行於SpaceX執行另一個載人火星計劃。

所以,在未來的幾十年中,有可能進行載人登火乃至大規模火星開發的玩家就只有兩家:中國國家隊美國SpaceX隊。我們也許有機會(也有幸)看到一場波瀾壯闊的火星競賽。如果它真的發生,那將是一場決定未來百年地球格局和太陽系力量對比的大國競賽。

有人說,中國正在實施和已經宣佈的一系列高大上的太空項目,從空間站到新載人飛船,從月球取樣到火星登陸,從超級火箭到空天飛機,從巨型空間太陽能電站到外行星探測,就是中國版的星球大戰計劃,目的是用超級燒錢的「太空軍備競賽」拖垮美國。且不論中國有沒有如此強大的國力優勢、我們的戰略決策者是不是有這樣的意圖,也不論美國會不會接招,這種和平方式的科技競爭倒未嘗不是好事。當初美蘇的太空競賽極大地促進了科技的發展,轉化的技術造福經濟和民生,至今仍在受益。

那麼,我們能不能在這場火星競賽中勝出?如何才能勝出?

首先,我們的經濟仍將繼續增長。疫情和美國的打壓不僅沒有使我們遭受重大打擊,反而倒逼我們進行調整,使我們的經濟進入更加健康的發展軌道。未來幾十年我們仍有巨大的增長潛力。這是我們走向星辰大海的重要基礎。

其次,我們有着明顯的制度優勢。持續執行長期戰略的決心和意志、集中力量辦大事的高效執行能力、擺脫民粹和扯皮的專業化科學決策機制,都是美國和西方所不具備的。過去三十年中國航天的輝煌成就就是明證。

然而,載人登火和大規模火星開發需要投入鉅額的資金而不會有短期回報。合理的戰術和優化的策略就變得十分重要了。所幸的是,現在公佈的路線圖顯示,我們不會跟着NASA的腳步,每兩年向火星發射一個軌道器或火星車,慢慢積累經驗,逐步擴大規模。我們的下一次任務會直接跳到採樣返回。

這是明智的做法,因爲我們的目的是儘快掌握火星往返的工程能力,而不是追求更多的科學發現機會。事實上,經過數十年探測,火星上取得突破性科學發現的機會已經不多了。我們應該將以科學發現爲目的的深空探測重點轉移到外行星:木星、土星、天王星、海王星。當然,這是題外話了。

不過,線路圖中載人登火和大規模開發仍然依賴長征九號及921火箭等傳統的一次性火箭。這是值得商榷的,因爲我們真正的對手是馬斯克。如果SpaceX的超重/星艦發射系統取得成功,那麼它對一次性火箭的成本優勢是碾壓性的。即便我們有再強的國力,用幾億元或者十幾億元一枚的一次性火箭去和一次發射幾百萬美元的星艦去硬拚,是不可持續的。

迴歸本質,星艦的真正價值在於提供了極低成本進入太空的途徑,其意義遠超火星計劃。中美火星競賽本質上是低成本運載工具的競賽,在這場競賽中,馬斯克已經遙遙領先。他的獵鷹九號最多已經複用十次,火箭回收也已經變爲常規操作,甚至已經無法激起公衆的興奮點,失去了新聞價值。那麼,我們還有機會追上嗎?

當然有!邏輯很簡單,因爲我們有強大的國力(資金)、深厚的技術和人才積累、巨大的需求、前述制度優勢,以及這幾年開始迸發、潛力巨大的商業航天能量。事實上,我國的國有和民營航天企業已經全方位地開展了低成本可複用航天運載工具的研製。包括:

• 可複用火箭:航天科技一院、航天科技八院和多家民營火箭公司都在研製類似獵鷹九號的一級動力着陸可複用火箭,比如長八回收型、長六X、智神星一號、雙曲線二號等。傘降着陸回收我們也有涉足,航天科技一院已經多次完成整流罩傘降回收,我們正在緊緊追趕。未來幾年,我們將看到頻繁的試飛。以中國民營企業強大的借鑑能力,類似星艦的超重型全複用火箭的出現也只是時間問題。

• 升力式火箭動力運載器(航天飛機):由航天科技一院研製、基於火箭動力的垂直起飛水平着陸二級發射系統已經進入試飛驗證階段。其第一級(可複用亞軌道飛行器)前不久進行了成功的試飛。我們的小型無人航天飛機則在去年成功進行了軌道飛行並安全着陸,未來它可以發展成這個二級發射系統的第二級。美國國防部先進研究項目局(DARPA)有一個類似的計劃,即XS-1。但它在去年因種種原因被取消了,這給了我們反超美國的天賜良機

• 空天飛機:航天科工的「騰雲」計劃是水平起降全複用的二級發射系統。它的第一級採用吸氣式高超音速組合發動機,比航天飛機技術更先進,性能更優越。騰雲驗證飛行器可望2025年左右試飛,實用型飛行器計劃2030年左右首飛。在空天飛機領域,我們目前處於第一梯隊,很有希望實現全球第一飛。

低成本航天運載器的競賽纔剛剛開始,馬斯克很快將不再孤獨。他的中國對手不是一個,而是一羣。而在他們背後,則是國力的較量。馬斯克只是在可複用火箭上實現了單點突破,而我們則在低成本航天運載工具幾乎所有的技術路線上齊頭並進,有望實現全面突破。對中國的後發制人,我們有理由樂觀。

一旦發射成本大幅下降,大規模火星開發將水到渠成。能夠限制我們的,只有我們的想像力。當然,前面提到的基於一次性火箭的火星計劃線路圖必然要做相應的調整。其實,我們甚至不必在乎誰是登上火星第一人,持續開發能力纔是最重要的,這也是決定大國競爭的關鍵。

祝融號的歷史意義在於,它見證了紅色星球上美國紀元的結束和多元競爭紀元(說不定是中國紀元)的開始,未來的20-30年將很精彩。

(作者爲航天愛好者、英文電子雜誌「Go Taikonauts」創辦人之一)

(本文來源觀察者網,授權中時新聞網刊登)

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