思睿讲坛第186期:张伟
作者:李春风 王家乐 方法 黄金金   来源:青春飞扬    点击数:次   发布时间:2017/12/18
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主持人:大家首先欢迎,那么我们张博士长期从事的是载人航天发展战略研究、空间利用任务论证以及关键技术的研究工作,参与我国载人航天中长期发展规划论证,航天强国战略,空间科学发展战略和空间开发战略研究。组织开展载人空间站,空间应用任务论证,论证提出载人空间站首批科学与应用项目,也曾经作为特邀专家出席了腾讯,凤凰国际广播电台等多家媒体对天空二号,天宫一号等航天任务的直播解读,应该是共发表了学术论文三十余篇,获国防科研技术奖项应该是非常的大礼,这次是非常有幸请到了张博士,那么下面我们就以热烈的掌声欢迎张博士给我们带来题为“面向空间强国的载人航天发展之路”的讲座,大家欢迎!


张博士:谢谢大家!今天很有幸来到湖北大学,我这是第一次来到武汉,一个也是一个非常美丽的地方,反正过高铁的路上一到武汉就看到这基面全是水,在北方是不可想象的,怎么到处是水,一定是一方水土养一方人吗,应该是人杰地灵的一个地方,非常有幸和大家交流一下,今天也不算是一个讲座,就我主要把我们一些想法和一些载人航天一些历程给大家做一个简要的介绍,首先是题目“面向空间强国”,其实它本来最早是面向航天强国的发展之路,后来想了想实际上英文一直用的是“space”,就我们把它翻译成了航天,但实际上按说它们实际上包括三层意思,一个是进去空间,就包括比如我们发射啊,比如载人飞船啊,一个是利用空间,我们要利用空间做那些事,还有一个是控制空间,这个也相当是和国家安全有关系了,我们要怎么来保护我们的卫星,保护我们的太空资产,所以面向空间强国我们还有很长的路要走,那么我简要的介绍一下。

首先提到航天,就不得提到这个人,这个人就是切尔科夫斯基,这人是前苏联的一个科学家。他是最早提出载人航天这个概念的,他当时很早提出了就地球是人类的摇篮,但人类不可能永被束缚在摇篮里,就他最早提出了我们要走进太空,提出了空间站的概念,所以这些都是非常超前的一些概念,所以我们都称他为“航天之父”。首先第一个就是我想介绍一下我们载人航天的特点,和为什么要利用他开展一些研究实验。那太空我们通常所说的太空就是在地面一百公里以上都是称为太空,现在我们最常用的是几个轨道,如第一个大家看这个地球外面的一个小圆,这就是第九条空间,这个就是我们叫近地空间。大概高度在二百到四百公里,就我们的天宫二号,神州九号飞船都运行在这个轨道上,因为他要保持这个姿态一直不掉下来,它要高速的运转,所以它的速度大概是八公里每秒,而比高铁要快的多,比飞机也快的多,这样的话它一个半小时就可以绕地球一圈。所以航天员在里面这个昼夜是颠倒的,因为它相当于每半个小时可能就见一次日出,每一个半小时就见一次日出。

另外一个大圆就是地球同步轨道,像我们的北斗导航几个卫星运行在地球同步轨道上,当然中间还有些别的轨道,两万公里,北斗导航卫星在两万多公里有几颗卫星,在地球同步轨道有几颗卫星,和这个地球同步轨道是三万六千公里,那就跑的很远了。为了保持始终对准我们的地球,或者对着我们中国,它是要求二十四小时绕着地球一圈,所以它的速度就会慢一些,大概是三公里每秒,就这样的速度它基本上时刻对准着我们想要盯着的地方,比方说我们军事侦查卫星盯着某一个地方,它会时刻关注着我们防空,这样就能保证同步。因为载人航天大家往往理解的是载人航天器,我们往往理解到是发射火箭、发射卫星、发射飞船,但实际上最核心的是它们上去干什么,就是我们人类乘坐载人航天器,在太空这种探测,研究、实验和应用。做这些工作同时要往返飞行活动,往返飞行,还要把某些东西带回来。那载人航天的目的从大的方面来说主要有三个目的,一个要解决相当是说哲学问题我们从哪里来、我们是谁,就实际上我们这些对宇宙人类仍然知之甚少。因为我们能走到多远,走到的地方非常有限。利用载人航天来利用,理解人类起源和演化,认识生命的起源,寻找地外生命,这个是我们一个探索的目标。第二个目标是要解决我们到哪里去,这图片是那电影《极乐空间》,就如果我们的人类我们地球未来无法生存的时候,我们需要向寻找一个新的地外生存空间,比方说火星,甚至说太阳系之外,我们现在也在找这些地方,以长期的为人类提供服务,甚至是实现移民。第三个是太空那些资源可以服务于人类,就我们要利用月球啊,火星上的资源,比方月球上面有丰富的氦三,如果能实现安全的核聚变的话,我们可以把那些资源拿回来在地球上用。因为八吨的氦三就可以全中国用一年,而我们月球上有那个数百万吨的氦三,所以我们就为地球提供资源是一点问题都没有的,就是载人航天的三个大的目的。然后载人航天我们开展很多研究,为什么要利用它开展研究,有几个优点,第一个优点长期的微重力和辐射力、引力环境。我这有个小视频,这是微重力下的检测前的,大家可以看到它实际上非常有规律运转,和我们在地面上看到的完全不一样。这么它转个两三圈,反转两三圈,然后就,但这是特殊规律,我们就要进行研究。然后微重力就是说为什么叫微重力,它也就是我们通常所说的失重,它并不是说在三百公里左右的地方就没有重力了,而是地心引力和高速运动的离心力形成了一个平衡,产生了一个非常残余的微重力,大概是十的负三次一个量级。我们就利用这个微重力开展很多研究,比如说微重力有很多效应,第一个效应就是浮力对流极大的减小了。这里有一个在日本的航天局叫佳克撒在国际空间站有一个燃烧的实验,这就是说燃烧,左边是地上的实验,右边是在太空的实验。左边就是我们通常说的浮力对流驱动的类锥状火焰,右边是扩散驱动,完全是扩散驱动的球形火焰。所以这样呢它温度也比较低,然后燃烧颜色也不一样,所以说特殊现象,然后我们要在太空中进行研究。当然提到日本啊,我在这里其中提到一点,就我不得不提到这个还是一个很了不起的民族,他们一直在国际空间站持续不倦的做实验,而且做的还非常破,一个流体实验,就一个对流的流体的实验做了五百次,就反反复复做。就这种精神我们得向他们学习,第二个微重力的效应就是沉淀及分层极大的减小了,就我们通常所说的,比方说水和油是没法分离的,这就是分流减小了,然后比方说沉淀,这个固体放在液体里面一般是掉下去,在太空里面是不会这样的,所以利用这个特性我们来做蛋白质晶体,就相当于设计出在地面上做不成的,结构更大的蛋白质晶体,从而来做药物设计。微重力的第三个效应就是压力梯度极大的减小了,就是我们游泳的时候,如果往下潜的时候就发现这个压力越来越大。但是在微重力下面任何深度都一样的,所以我们利用这个特性,来做金属合金,来做出组分均匀,性能非常优良的金属合金,而且成型非常好。所以太空做很多这样的研究,当然刚才提到那个微重力效应,这大家都可能会想到就气和水也没法分离,就打嗝是不是就做不到了。像我们空间里打嗝是不是很困难,我当时也和杨利伟一块沟通过,他们那个打嗝是不是有可能打嗝,他说有一点,有时候很想打嗝,但打起来是那种湿嗝,就水和气在一起,没法分离开,就像吐了一样。很难受,就像喝酒喝多了一样吐出来那种,所以打嗝很痛苦。

然后第二个优点就是在太空当中,因为有人的参与就可以进行实验的操作,还有设备的维修和升级。最有名的就是哈勃望远镜,这个美国利用航天飞机把它运上去以后发射,然后经过了五次维修,第一次就相当于它完全坏了,就无法成相,然后修复了,后面四次都是升级,所以服役了很多年。实际上他那个哈勃望远镜最大的一个成果就是测出了宇宙的年龄,就一百三十七亿年,然后为宇宙大爆炸那个理论提供了支撑,就正好在一百三十七亿年这个信号探出来,发生一些大的改变。然后另外的一个例子就是玉兔号月球车,当时它落在月球上以后,经过一个昼夜失重了,就相当于没法走了。后来我和五月份的一个老师沟通,就我一个同学就做这个月球车的,它们那个很小的故障,如果有人在的话,简单的维修一下就可以继续走,但无人参与当中,这月球车真不能走了。但月球环境也非常恶劣,大家知道它最大的问题就是温度,它这个白天的温度是正的一百五十度,晚上的温度是零下的一百六十度多,是相当于特别冷。可能内部一些结构,机构就没法工作了,所以热动非常困难。所以在这种环境下如果有人参与,可能就可以进行设备的维修和升级。

第三个优点就是可以实现天地往返的运输,这样就可以把某些模块拿回来进行更换,升级。同时把生命和材料的样本带回来,我们在天宫二号上面就景海鹏他们把那个生命实验和材料实验的样本都拿回来了,就进行了深入的分析和实验,这太空当中长那个植物,在上海那个实生所拿回来还做了好几代,它一直在种,长的非常好。所以对那两个领域来说,必须把样本拿回来,特别是有些细胞啊,未来有些细胞,还有些小鼠,所以这个,但是这个能力不一样,美国的航天飞机原来送几十吨上去,然后把里头的东西运回来。然而我们没有航天飞机,我们现在想运输回来必须用载人飞船,载人飞船主要是运人把航天员载回来,所以能力很有限。所以它只能运五十公斤的样品回来,当时我们设立空间站,和这个航天员系统沟通,就说这个你们五十公斤太少了,我们很多东西都想拿回来。但是他们也没办法,就是这个能力首先要保证这三个航天员能回来,然后再捎带着给你带点东西。当然航天飞机我们是不会去研制,这就是成本实在是太高了。

那第四个优点就是在三百到四百公里这个高度对地球进行天文观测非常有利,比如说像国际空间站,它一个半小时绕地球一圈,而且由于地球在自转,所以它能够覆盖大部分的地球表面,每一到三天就覆盖陆地的百分之九十五。另外天文观测也同样,它就是处在了大气干扰之上,今天你像我看这个武汉这天气也有雾霾啊。我以为武汉这天气应该是很好,但它也有点雾霾。在这样的情况下我们要看宇宙肯定会受到大气的干扰,所以我们发射到太空当中,这个就避免了大气的干扰,就相当于得到了更好的天文观测,所以利用这几个特性,我们实际上国际上开展了大量的研究。

首先是主要想讲一下,国内外载人航天的发展历程。比如说从上世纪五六十年代,前苏联和美国已经开始了冷战,然后就开始太空竞赛,当时那个美国总统宣布要搞载人登月,苏联没当回事,说我们慢慢来。然后六一年,美国开始实施载人登月工程,从一九六九年就实现了第一次阿波罗登月,那么阿波罗十一号实现了载人登月,这阿姆斯特朗上去以后,说了一句话,非常的骄傲的说:这是我个人的一小步,却是人类的一大步。从这个很大的振奋了美国的国民精神,然后后面陆续实现了五次登月,除了阿波罗十三号失败了以外,其他几次都实现了。然后阿波罗登月,实际上取得了非常大的成就,比如科学发现上面,它证明了月球上没有生命的存在,而且对这个月球的演化进行了分析,对月圆的分类啊,还有月亮上的地形,成功进行了总结。更重要的是技术创新,通过这个阿波罗建立了庞大的工业体系,然后带动了一系列高新技术的发展,衍生出三千多种应用技术,经过三十年后他们说投入产出比达到一比十四。就是我拿了一块钱投进去,就产出14块钱,就非常高。其中最契合我们生活的,比如说我们的笔记本计算机,这都是为了航天和太空用开发的,包括数据传输和通信的发展也是由航天驱动的。另外这个尿不湿,那个也是给航天员开发的,原先那个俄罗斯最早他们那个飞船上天的时候要等那个发射仓,有时候等两天,都不发射,但是他不能动啊,那么他只能尿在裤子里,他们也没办法。后来那美国开始实施阿波罗计划时就开始对航天员研发,这个,能让他不这么难受的一个这个材料,所以在后来就发明了那个尿不湿,相当于在发射的时候就不用担心那个尿急的问题。后来在我们的生活中,所有的小孩都基本上有用的到,还有那个医用的CP,包括我们吃那个方便面,我们方便面当中那脱水蔬菜,那也是给航天员做的,就是给航天员为了补充营养的,因为没办法泡水什么什么的,给他们准备的脱水蔬菜。所以后边就应用到我们能用的东西,甚至我们那Nike鞋,那气垫鞋,那也是为了阿波罗登月,给他们那登月鞋用的,然后就用在了我们民用当中。所以说航天的技术很多获得了转移改化。

提到阿波罗计划,就不得不提到这个人,就是冯·布劳恩。这个人了不得,这个人,德国在二战时期是德国人,然后他在帮助德国在造v2火箭,当时德国向英国发射了大量的v2火箭,当然精度很差,可能会差几百米,甚至差出几公里。实际很多都打在了海上,但是火箭是很成功的,所以,二战结束以后,美国和前苏联开始抢人。美国就率先把冯·布劳恩的团队抢到了美国,后来他就做美国总统的科学顾问,开始研发土星5号火箭。他功劳应该是对美国载人登月来说,这一块是最大的。但是前苏联没有抢到人,抢到很多机器、设备、图纸,所以后来前苏联,很快发展米格15的战斗机,工业体系也建立了,但是没有人才。主要是把这个其他的设备给抢下来了,前苏联时期那,同时也在做载人登月的努力。从64年开始,也做到72年才终止,也做了很多年。当时那科罗廖夫也很了不起的人,相当于他是类似于冯·布劳恩的那种角色,他的研发那n1火箭,是载人航天的总师,但是那个n1火箭几次都发射失败了。我觉得这里,大家现在可以看到,第一个图下边那个发动机,我觉得最大的问题就是用的发动机太多了,它每个发动机的能力都不是特别强,但总共用了28台发动机。这样时不时每次发射都有坏的,有两三台是坏的,所以就影响他控制,经常控制不住就爆炸,所以四次都失败了。但是当时他们实际上登月飞船,着陆器,这些都研发出来了。而且,在这个环月飞行的实验,正常返回了。就是说,其实它实际上也可以实现登月,但后来,可惜的是,科罗廖夫在关键的时候去世了。在64年他开始做这个载人登月,66年,他就去世了,换了个女生上台。就没有他那么大的能量,相当于他不仅是一个技术,科学家,而且是一个组织者,他就能把好几个部门组织起来一块干一件事,女生就这一方面能力差一点。后来就由于政治上和组织上的失败,前苏联就放弃了载人登月。前苏联就开始做空间站了,利用静止空间。到1971年,前苏联就发射了1号空间站,这个18.5吨,宇航员可以在那里生活23天,而且还多次交换对接。我们的天宫2号,刚刚实现宇航员生活30天,所以他们在1971年已经实现了。当然我们的基础也很多是前苏联,是俄罗斯的基础,也是从他那学到不少东西。然后,他做了大量的研究,包括航天医学,上次我去俄罗斯访问,他们就给我们简发他们航天医学的成果,包括细胞,人的血压,人的这个免疫力等等。这个人的心血管,这些研究的非常透彻,光PPT都给我们展示用了一两百页,他们已经做了几十年的努力。然后礼炮,中间的礼炮三号和礼炮五号,前苏联拿他做军事,就是做军事侦察,就是做的非常成功。载有三千多间,有三名宇航员在此生活了273天,这个是我们未来空间站,也就是这个目标。也就是有3名宇航员能长期在这,每半年轮换一次,在这上边进行了大量的材料试验跟观测,还有潜水艇的航迹检测。礼炮七号那当然也是军民公用,取得了许多重要成果,然后美国当然也是不甘落后,在2年之后,在1973年就立刻打了一个天空实验室。这也是一个试验性的空间站,有近80项,开展了200多项研究。它重要的是,它主要是为了研究人在太空活动的能力,开展了50多项舱外活动。我们中国现在只有神舟七号才做了一次舱外活动,他们那个73年已经做了50多项了,拍了大量的太阳活动的照片,还有地面的照片。当然他也免不了做点军事侦察,只是这个,不说,所以我们也一样,我们每次宣传大部分讲都是讲民用的,其实我们上边肯定有军用的改革,但是就是不能说。然后日本NFC还找我谈了一下,上边的改革,但是后来我想了想还是推掉了,不接受采访。因为日本人他们问了十个问题都非常具有导向性,就是导向原因,这个舰队呢,就是为了你们的军事。就是这些问题好像都导向这个幕后的目标,感觉这个,好像不能跟他说,就给他推掉了。然后前苏联利用礼炮号空间站的经验,造了一个和平号空间站,就1986年就建起来了。一直到01年在这15年,他这个是当时技术最先进、规模最大的空间站,也变成了一个国际合作的空间站。包括十二个国家,135名宇航员,都在那工作过,包括美国,他们后来到80年代,他们冷战就基本上结束了。和平号空间站当然发现了很多东西,比如做药品制备和很多,做了600多种材料的实验,地理观测,发现了117个油脉和10个稀有金属矿产。这些都是可以做到的,这个是和平空间站和航天飞机的对接。这里边有一个故事,就是他们来对接的时候,美国来找俄罗斯,这个你得给我一个郑重的模型,我看在对接的时候怎么来控制它。后来俄罗斯说我们没有,我说你不给我,我们怎么来对接啊。后来俄罗斯回去了,过了一两个礼拜,给他拿了一个非常详细的模型,这是我们的郑重模型。美国人很震惊,怎么这么快就做出了这个模型,他们数学这么好。后来问了下俄罗斯人,他是这么做的,有一个模型,就是这个和平号的模型在地上放着,派了一个航天员在各种跳,按各种要求把这个曲线测出来,全是航天员跳出来的。美国人就觉得俄罗斯人办法还是很多,另外还有个说法,就是说航天员在太空用什么笔,美国人则经过了委托一个公司研发了很多年,后来研发了一种特殊的圆珠笔用来写字。后来问了俄罗斯人,俄罗斯人说不用啊,我们用铅笔,直接用铅笔就可以了,不需要特殊的笔,所以他们解决问题的思路有些不一样。航天飞机是美国为了降低航天的成本,开始研发了5架航天飞机,从81年开始一直到2011秋季,这5架航天飞机飞了100多次。最关键的是还能释放很多卫星,包括金星探测器、木星探测器、包括哈勃望远镜,还有很多太阳探测器,做了很多工作,包括把卫星拉回来维修,然后再放回去。它就做了很多这样的工作,非常有创造性的工作。后来美国就不在用了,基于两个原因,一个就是说太危险了,大家看两个大黑框里是两个爆炸的航天飞机,是86年和03年,挑战者号和哥伦比亚号两架航天飞机都爆炸了,然后,牺牲了14名航天员。另外一个就是说,太贵了,本来为了要降低成本,希望每次发射5000万美元一次,后来发现每次都要4亿5千万美元。另外主要是维护太贵了,5架航天飞机,在陆地,每年要花费50亿美元来维护,这个是不可承受的负担。后来在2015年,就是那个总统的退役了,后来运送航天员,全靠俄罗斯的载人航天飞船。美国后来拉着欧盟,俄罗斯、日本、加拿大这些国家一块建了一个国际空间站,这个是01年建成至今运行了很多年,这个是规模最大的,目前是最大的,有400多吨。我国的未来的空间站,大概在80吨的量级,他们就相当于比我们要大5倍,然后他们的展开后有两个足球场那么大,然后有16个国家和地区参与,没有中国参与,当然原因很明确,一个是意识形态不同,他们不愿意让社会主义国家参与他们这个项目,感觉是和他们学东西,第二个原因感觉就是说,你什么都没有,他们跟俄罗斯合作,是俄罗斯有载人飞船,有这个能力,而我们当时什么都没有,没有这个能力,所以他不跟我们合作。

然后当时有90多个国家,在里边做实验,今年刚刚有一个人做了实验,在那里边,北理工的邓玉林教授。他参加了国际空间站的一项实验,但只是非常小的一个实验,就相当于一个生物的药品。当时是搭载到NanoRacks那个自己的一个小的的改革上上去的,也是间接上的,但是他许多成果已经得到了应用,所以说国际空间站现在相当的成功。我们载人航天的工程实际上就起步很晚,92年我们才起步,93年到05年是载人飞船阶段,就是神舟1号到神舟6号,我们这个阶段。然后神舟5号,刚刚实现,我们人载航空的第一次出现,然后05年到15年是空间实验室的阶段,这包括我们的天宫1号和天宫2号,1530年就是我们的载人空间站阶段,就是我们现在正在研制的空间站。再说运输探测后续有一些任务,神舟飞船我们9911月,刚刚实现了神舟1号飞船的发射,那个时候是无人的,我们实际上相当于站在了巨人的肩膀上,我们还是和俄罗斯学了很多。因为俄罗斯在开始做联盟号飞船的时候,开始牺牲了四个人呢。第一次是牺牲了一个,是回来的时候降落伞,返回舱的降落伞没有打开,然后那个,直接就撞地上了,直接就撞死了。第二次联盟号飞船回来的时候,礼炮一放他们也牺牲了,是因为它返回的时候,它不是轨道舱和返回舱要脱离,然后要把那个螺栓给炸掉,然后就脱离,炸的时候把阀门给炸坏了,漏气了。在那个情况下实际上如果航天员先立刻站起来先堵上那个眼,可能还能活着。可是那个生产商把那个阀门装反了,有两个阀门没有按照图纸来做,装反了,他堵错眼了。假设应该堵A,他堵B上边了,实际上人在真空环境下只能有30s的反应时间,超过30s人整个人就废掉了,直接漏气了以后,或者如果暴露在真空的环境下,人的血液都沸腾了,整个人很快就没有意识就去世了。所以他们那次三个人全死掉了。当然相当于给整个载人航天航空,当然后边我们在他们的基础上,包括美国,包括我们实际上,都或多或少都沾了他的光,基本上就没有出现那种人的伤亡。美国的航天飞机那另说,那是他在开拓。

然后023月那是我们神舟3号是做了很多实验,生命科学,材料实验。0310月是我们神舟5号,杨志伟那是第一次进入太空,当然他承担了很大的压力,他就做好了思想准备,可能也回不来了。回不来但是说,在当中的某一个阶段,他在跟那个飞行机产生了共振,他感觉他的五脏六腑都要震出来了,感觉不行了,他都要几乎要回不去了,他也非常害怕。过了一段时间共振消失了,没事了,所以他正好返回。后来回来以后,我们再研发的航天器,解决这个问题,把共振给消掉,后边的航天员就没有这共振的问题了。089月是神舟7号的发射,这次是我们首次的航天员出仓,还做了个小卫星的伴飞试验。然后201111月神舟八号和天宫一号成功交会对接,我们的空间对接以前是要用两天的时间,现在慢慢缩短到六小时了。俄罗斯在很早从发射到对接就只要六小时,以前也要两天,这相当于是实现了快速交会对接,我们现在的交会对接需要控制,机械,电子,包括传感器等等一块合作来实现交会对接。而美国的国际空间站不是这样的,他们的是用机械臂,机械臂是加拿大做的,是非常强大的机械臂,自由度非常多。飞船如果离的很近,机械臂可以直接抓住飞船,直接对接到空间站上,机械臂之间实现对接了,所以对接的能力很强。我们空间站也研发了机械臂,但是我们研发的机械臂感觉和加拿大差的远了。加拿大的那种有大臂和小臂,每一个都有不同的作用,它可以抓起8吨重的东西直接对接到航天器上,这种能力还是很强的,包括日本也研发机械臂,欧洲也有。他们各自也研发了那种机械臂,我们在机器人方面还是落后于那些发达国家的。

我们的神州八号和德国一起做了生命科学实验,做的比较成功,但是德国人一直防着我们,在合作中一直藏着掖着,生怕我们学到东西。当然,确实他们做的挺好。然后16年天宫2号发射,这次刚好实现了30天的中期驻留,这次两名航天员上去,本来是要上三名的,但是我们的供给能力是60人丨天,我们上三名就只能待20天了。为了能待够三十天就只能上两名了,只能说我们的能力还不够,在上面做了很多国际前沿的研究。我们17年发射了天舟一号,它相当于是艘货船,为了不断地给空间站运货。这个是未来每半年就要发射的一艘货船,载人船也是每半年发射一次,为了把航天员换回来,让他们半年回来一次。其实航天员在上面很难受的,不能一直在上面呆着,一般航天员上去免不了呕吐,呆几天都会吐,听说美国有个人,好像是个参议员,想自己去体验一下,叫加恩,他是有史以来吐的最厉害的一个航天员,上去后一周内一直在吐,后来美国就把他这种(症状参数)做成一个“呕吐”单位(计算方式)加恩(1+N),如果你吐的非常非常厉害就是1+N,吐的非常厉害就是0.5+N。就这样的一种单位,算是检测痛苦的一种方式,使你在必要时会回来。因为上去后会有很多想不到的事情发生。还有一些俄罗斯的航天员上去都感冒了,三个人同时感冒,简直受不了。我们普通人感冒流鼻涕会流下来,在太空中就不一样,它出不来,会在体内乱飘,不会只在鼻子里,所以非常痛苦,都想罢工。因为每半年才来回一次,想回也回不来,所以感冒是非常痛苦的一件事。我们的空间站原计划是18年打造核心舱,由于长征5号失败了,现在要解决归零问题。空间站有个规定,必须解决问题而且复现这个问题你才能开始下一次发射,所以做这个工作需要一年,所以推迟到了19年打核心舱。2022年打实验舱1 2 ,所以是22年大概才能完成空间站的建造。前两天航天员中心找到我们探讨了一下,准备在这批航天员里上个科学家,希望他去做实验。我们希望他从我们单位找第一个人做航天员,如果有机会,那我也会报个名,好像32-45岁的都可以参加航天员的训练。我们可以报名经过训练成为航天员,当然,是非职业航天员,未来第四批航天员中会不断选择科学家去做实验。

第三个部分,我想介绍一下航天发展的比较,我们确实晚了很多年。从他们1969年阿波罗登月到空间站到空间站再到后面的国际空间站,我们的空间站还没上去,到2019年才能上去。这个方面晚了几十年,载人登月更是不知晚了多少。因为我们目前还没有预项,人家上去都快过了60年了,我们还没有预项,未来还不知什么时候才能实现裁人登月,技术上落后很多。运载火箭这方面还将就,我们刚赶上美国俄罗斯欧洲的步伐,就是200-400公里我们能运上去25吨,就是首次长征5号来做的。为什么选在海南发射呢,就是因为长征5号它太粗了。原来长征23米多可以用铁路或公路运输,长征5号直径5米完全没法在路上运,需要在海上运。在天津组装测试完成以后通过海上运输运到海南。以后我们的空间站估计就是在海南发射了。长征5号运载能力和国际相当,我们的大概是0.93,美国的是0.98,俄罗斯是0.957,欧洲是0.985,我们比他们还是差一些,我们只比日本强一点点。包括发动机,大功率发电机的推力。我国的液氧煤油大概是1000KN,俄罗斯主要做这方面是7000KN,大概是我们的7倍吧。我们的液氢液氧发动机是650KN,非常小,美国的液氢液氧发动机已经有3560KN,我们与他们还是有差距的。重型运载火箭比如美国的土星5号,可以运载139吨到近地空间,未来的太空发射器先做70吨的,再做105吨的,再做130吨的,陆陆续续就达到了原来的水平。俄罗斯能源方面也能发射105吨到近地空间。今年立夏,国防航空局给了一个数据重型运载火箭给了18个亿来研究重型运载火箭,但可能不够用。例如长征九号,七号能运130吨这样我们就有了载人登月的能力。再比如重型运载火箭土星五号就是只用了五台液氧煤油发动机,这是俄罗斯、美国的长处,用液氧煤油能产生5000-6000N的推力。再说说俄罗斯的能源号,他们的N1号火箭失败了,他们用了一堆小发动机,用的是88个小发动机,不靠谱。然后能源号是用了五台液氢液氧发动机,这样可以产生7500KN的推力,不像原来的五台轻型发动机加八个助推器。我们目前还没有这种水平,可重复使用火箭技术可以实现海上回收和陆上回收,回收以后可以再利用。我们也在做这方面工作,可惜我们目前还没有这种技术。他们相当于把一只铅笔从很远的地方扔过来能立在桌子上,这个控制技术还是很厉害的,我们目前只能用降落伞回收。上次我在国际宇航大会开会时,在做演讲时,简直就是航天界最大的明星,很多总司副总司都在等着听他的讲座,同时也有上千人等着听讲座。当然我们也有些失望,他说话结结巴巴的不太流畅。当然他的事业比较大,载人火星探测,他想在2024年实现这个,我们认为是不可能的。但他有那个雄心,他们还希望研发一种新的航天器,从纽约到北京半个小时坐这种航天器就可以到达。再说说飞船技术,我们和美国还是有些差距,他们直径粗一些,可乘坐七人,我们目前是三。逃逸方式不同,他们自带动力逃逸,我们是用逃逸把,因为我们不能重复利用。至于太空生存能力,国外一名宇航员最长待了438天,我们刚刚实现30天。他们的雾化再生技术很成熟,就是排泄物中的水分重新利用等等。还有就是受控生命生态,植物为人类提供氧气,人类为植物提供二氧化碳。我们目前还在验证,俄罗斯的和平号空间站也做了1700多项研究,我们才做了六十多项突出的成果相对还是少一些。比如国际上的生命科学研究,暂时用一些小白鼠做实验。国际空间站上找了一对双胞胎,其中一个送到了太空上,另一个在地面,研究微重力的变化,包括DNARNA蛋白质,还有代谢物的变化,研究环境对内脏的影响,还有其他的研究。比如燃烧会有冷焰的现象,这个已经转化到地面上,在低温还可以实现燃烧,同时还做了有关流体,材料的一些实验,其中日本做了很多贡献。

提到日本,我想到日本的一位首席科学家,他每次见到我都会批评我,我都不敢见他,他认为年轻人就应该站在第一线上。比如我们研究空间站的就应该到空间站上去研究我们所需要的设施和能力,而不是在后面做战略。他认为年轻人做这些可惜了,在年轻的时候不应该做这些填填写写背后谋划的工作,他认为年轻人更应该脚踏实地的做事。他在我们中国待了三年,非常失望的走了,他们的研究只会专注如何把事情做好,而在我们中国做研究,总有一些矛盾。比如会为了项目的争夺,还有管理方面的不足。他看了我们三年的进展,几乎是哭着回去的。说:我没有看到希望,我还以为你们中国项目空间站这么一个非常好的一个空间站,你们二十多年以后可能是唯一的空间站。但是看到了这种现状,和日本人还是没法比,没有日本人那种精神,就是说一定要把事情做好的一种精神。他说他这一辈子,一直在做这个微动力科学,甚至有几十年十几年都没有项目,没有项目他也干,坚持干,直到把这个事情做的非常好,做的非常透。日本人,我后来跟他们打交道能体会到,太拼命了,而且是非常的专注,从来不计较个人得失。就是我多挣点钱少挣点钱真的不在乎,就想把事情做好。所以才会十几年,好像十七年吧,得了十七个诺贝尔。他当初是日本人做计划,希望在二十一世纪早在五十年内得到三十个诺贝尔,结果十七年就得了十七个诺贝尔。所以他们的这种精神,我觉得中国人呢,真是得跟他们学学。至少确实是我感觉我们的整个科研氛围比不上日本人。

然后天文学这个是丁肇中博士,他是在美国国际空间站上面的花了二十亿美元研发了个阿尔法磁谱仪来找暗物质、暗能量。现在他说是有六个证据,找到了五个证据,还没找全,也没法说明暗物质的存在。因为他主要是找那些反常的规律。刚刚我们的悟空号暗物质探测卫星说是找到了一个暗物质,说有可能成为一个证据。但我对他们那些东西不以为然啊,他们这个是找到了一个非常的异常化,相当于就是一个不寻常的地方,但是不能说明暗物质就是存在。吹的有点大啊,我们有的机构喜欢吹,先把它吹出来吧。但是在国际上并没有非常认可这件事。丁肇中这个做了很多年,暗物质这一块缺少证据,他跟我们谈,想在我们的空间站上面做第三代阿尔法磁谱仪接着找这个暗物质存在的证据。但是中国的科学家很多反对,因为他找反物质,比如正电子和负质子找那种,中国科学家可能就是觉得他找错路了,所以他们还在博弈。我们呢是附和在空间站上做项目的单位,因为我们也不好判断哪个是对的,但是确实我们的这个悟空号的成绩还没有得到国际的承认,当然我和他们那些首批科学家们也很熟,他们自己采访的时候也是说异常东西,不敢说发现了反物质。然后在技术方面,他们做了很多大量的立方星,上次这个日本人拉着我,非要跟我谈,谈立方星这个发射的基座,我去看了就是一个弹簧嘛,一下就弹出去了,非常简单的一个基座,是把卫星发射到太空当中。但是这个东西非常有用,首先用非常方便,现在很多大学,国防科大、清华,都在做这个立方星。因为这个搭载的机会很多,那个火箭发射的频率很高,所以可以做一个小的立方星放在上面,包括你们以后做完以后,可以在我们的空间站上面排,这个也是可以实现的。然后太空的三个反应我们也一直在做,他们也在16年已经打印了一些东西,但是没有做成大的应用。同时机器人,可以做一些机器人的实验,包括人形机器人,他们很多成果做成了应用。包括加拿大做成开发成那种机械地,就是脑肿瘤的人,利用核磁共振,用那个机械手做脑肿瘤的切除,这个是他们加拿大的。他们还做了微型胶囊,就是相当于地面上面两种液体不能混合,但是在太空上面可以有机的混合,所以他们实现了浓缩一些抗肿瘤药物的融合。这个微胶囊到了得病的部位给你给药。就相当于给你做这个癌症治疗,微胶囊送到特定的地方治疗,特别用在乳腺癌的、方面非常有用,这个已经在生产。同时在地球观测方面他也做了,比如这是美国海军研发的一个海岸线监测的一个图像仪,现在用在地面,他开发了一个APP放在手机上,探测你周围的水质的参数,监测水的污染状况,同时这个环境灾害监测。我们当然和国际相比落后了很多,但是我们也在做,包括我们天宫二号做这个冷原子钟,上海光机所做的,能使实现三千万误差一秒,达到了一个国际领先的水平,国际上是第一台在太空中运行的原子钟。它可以给我们导航,比如给导航提供基准的话可以有效的提高导航的精度。然后量子密钥分配是中科大搞的,他们就是实现了几百公里的量子密钥传输,然后找到了保密相关的通讯技术。他们这个量子密钥保密通信非常有用,相当于我们在跟你说话的时候第三个人听到,立刻就知道,相当于我们通信就是完全可以实现整体保密的,所以这个在我们的金融、国家安全方面是非常有用的。现在他们在建一个京沪新干线,反正花了多少个亿,三十个亿,简称这样的通信网络,专门给金融来做服务。然后那个空间天安门,我们在那个天宫二号上面做了个探测,但可惜的是那个现在坏掉了,跟瑞士的一个是一块做的,但是瑞士那个探测器坏掉了,刚开始探测到了,做了一些研究,然后现在坏掉了。就是想利用他们来做导航,为了能进入深空,所以用我们探测三四颗星就可以实现,不需要地面这些设施,靠这个星星就可以实现在深空中的运行。还有天宫二号上面的三个观测仪,一个是观测陆地,一个观测大气,还有一个观测海洋,测海洋的高度,还有海风海浪这些。对大气来说可以做这个三维的分布,垂直分布,提供给农业部啊,那些企业给他们来用。我们做植物培养,主要有两种。一种是水稻,一种是拟南芥。水稻相当于是我们种粮食的,拟南芥相当于是种菜的。种两种东西,以后能给航天员提供食物,能够实现太空的自给自足。同时我们做了一个伴随卫星,天宫二号扔出一个卫星,然后可以用来拍照,用于未来航天器的编配奠定基础,同时这些小卫星未来也可以保护我们的航天器。再说大一点,这些未来可以攻击别人的航天器,就可以做成那样的形式。所以说,我们这个共享空间不敢弄成显示级的,因为怕引起国际的恐慌。但实际上我们做的一些实验是可以。

第四个就是我们面向空间航过成果,我们载人航天发展的一些展望,我们这个空间站,我们为什么要比别人强,我们没有别人跟我们玩,我们只有自己在做。当然现在欧洲上赶着来找我们,想跟我们一块,来做这个空间站研究,我们可以跟欧洲,我们现在已经谈了三四所,现在联合征集项目。欧洲那个人也很实在,我们去了请我们玩,坐坐船,但是没让吃饱。他在船上准备一些冷的食品和一点酒,没吃饱我们就回来了,后来我们自己再去吃。这个欧洲人我们不知道是怎么考虑的,带我们玩还不让吃饱。但是也是比较好客的,欧空局那边的官员,管科学的官员。欧洲高空设施也是空间站的一个光学窗,空间站就是三个窗,后面背着一个光学窗。这个厉害,这个就是花了四十个亿,专门来做这个天光观测和卫星观测,他这个找暗物质暗能量啊,而且研究宇宙加速膨胀的机理,还有恒星的形成点,做这些,他比哈勃望远镜的时长高几百倍,他的这个能力应该很强。然后最近观测用了亚毫米多,这个啪啪啪就精确了啊,没写出来。然后做一些包括近视这些微级观测,这个是免不了的。这个是长春光机所来做,但是我们现在也悲观的发现,他们做着做着就发现做不到提到的指标,他们就是一直在调整,把这个指标降下来,但是一降,就不是领先的水平了,就是达不到国际领先的程度。我们不同意,所以现在仍然在坚持。

科学家一到空间站做的时候会发现,实际上挺难,想做成国际领先特别难。包括我们生物学,我们想实现从分子到细胞到组织到器官的个体,再到群体的整个的一个研究的规划,做的非常全。包括小鼠是肯定要上,别人不帮我们做我们自己做,现在我们这个能力还稍微欠缺一点。不过基础物理呢我们要把原有的温度降到TK,就是绝对零度来做这个原子物理的研究。然后还要做一个高精度的原子钟系列,想实现三十亿年误差一秒的这么一个精度,当然也在做。今天也是我们一块去调研,他们的光钟实现大概是几亿年误差一秒,但是我们目标是三十亿年误差一秒。这个就是咱们也提到的,日本和美国的水平是最高的,已经实现了这个大概几十亿年误差一秒的这个水平,我们还差,我们的水平还没到那儿,我们希望在太空上能实现一个更高的水平。因为原子在太空当中相互作用会减弱,所以有利于测量,我们有望在太空中做到更高。技术开发我们首先要做的量子通信,量子通信激光通信肯定是首先要做的。激光通信未来如果能实现,传输就可以非常快,包括我们现在传视频啊传电影,估计未来都不是事儿,如果未来用激光传,比微波这个快得多。同时做这个3D打印啊,这些都是新技术,必须要做的。然后再说探测的关键技术攻关,现在做认证,就是我们参加了国家认证,然后我们提了八十多项,向国家申请了一百个亿,想前期进入关键技术攻关,但是国家没有批。现在就是只让重型运载火箭开始研发,别的还没开始。包括新一代载人航天飞船还没开始做,包括航天员的长期生存保障,还没做,一系列关键技术还没开始做。当然首先是要解决重型运载火箭长征九号,这个是首先要做的。 然后载人航天未来,我们实际上当时是做了一个中长期发展规划,希望在25年之前完成月球探测的关键技术攻关,然后35年我们首先是实现首次登月。但是上次那个张育林副部长他提出就是28年能实现载人登月,想让们弄一下,首先我们打七十个人先把人送到月球上去行不行。但是好像还是有难度,因为重型载人火箭没研发出来,所以去凑这个七十个人还是挺困难的。当然这个是技术实力,是能力驱动的,没能力不是想做就能做的。然后2045年前后我们想建成月球科考站,同时未来再去火星、小行星探测。现在第一步是无人探测,比如说是小行星看能不能采矿。然后未来想着能不能把小行星抓回来,然后把小行星抓到月球附近,然后去上面采矿或者是利用小行星。当然这个是很广了,比如我们真能实现小行星控制的话,想抓就抓,就像抓个石头一样,这个未来做好了说不定能用于战争。在军事上是,非常重要的一个步骤。当然现在比如我们这些卫星啊研究很多这方面的事,都可以利用起来。所以我们未来就是很多这种事儿要做,但是我们能力还是比国际先进水平还是有很大的差距,我们希望我们一代一代的年轻人更多的加入我们的航天队伍,然后把航天能力提起来。

上次我们开始做了一个空间发展战略,提出了一个观点,就是必须推动空间科学、空间技术、空间应用全免发展,后来出现在一个报告上面。我们做完战略以后一般先是递交到国务院,然后这个习总书记看,当然他也提出了我们要这三方面全面发展。我们现在是空间技术有一些发展,与国际上面有一些差距,但是空间科学和空间应用远远滞后于国际发展,所以我们要推动。今年的这个十九大的报告当中提到的“天宫”、“墨子”、“悟空”,提到这几个大的东西,这都是我们空间需要发展的。他把这些提出来,希望我们国家能在上面做更多的投资,然后推动我们实现空间里的“嫦娥”。谢谢大家。



『责任编辑:杨丹』
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