【特稿】組建國(guó)家空間實(shí)驗(yàn)室（一）：航天是人類尋求未來(lái)的唯一手段

特別鳴謝 | 中國(guó)工程院院士劉經(jīng)南

作者 | 劉雨菲 賀鵬梓 李剛

當(dāng)今的人類，面臨著資源、環(huán)境、國(guó)際秩序、財(cái)富分配等多方面的嚴(yán)肅問(wèn)題。對(duì)任何一個(gè)民族來(lái)說(shuō)，如何尋求自身生存與發(fā)展的道路，已經(jīng)是一個(gè)擺在面前的嚴(yán)肅問(wèn)題。中華民族是一個(gè)負(fù)有世界性、歷史性責(zé)任的偉大民族，不但肩負(fù)著自身生存與發(fā)展的重任，也有責(zé)任為整個(gè)人類的未來(lái)探索道路。

宇宙空間是科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)域

在傳統(tǒng)學(xué)科分類中，有著“空間科學(xué)”這樣一個(gè)門類?？臻g科學(xué)主要是研究宇宙本身，其范疇包括空間物理、日地物理、空間天文學(xué)、空間化學(xué)、空間生命科學(xué)。但可以在宇宙中開(kāi)展的科學(xué)活動(dòng)將遠(yuǎn)不止于此。人類可以在宇宙空間進(jìn)行各個(gè)科學(xué)門類的研究，對(duì)象包括各類基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)，涵蓋人類已經(jīng)建立和未來(lái)可能建立的各種學(xué)科，當(dāng)然也包括空間科學(xué)。 

如果從宇宙視角來(lái)審視科學(xué)本身，讓我們的目光掙脫地球和大氣層的束縛，在更廣闊的尺度上重新認(rèn)識(shí)科學(xué)。在宇宙尺度上，我們對(duì)科學(xué)的研究可以引入更多要素，可能顛覆對(duì)某個(gè)學(xué)科的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。在人類科學(xué)的發(fā)展史上，擴(kuò)展視野、擴(kuò)展尺度帶來(lái)的顛覆層出不窮。人類從地心說(shuō)、日心說(shuō)演進(jìn)到現(xiàn)代宇宙理論，就是一個(gè)很好的例子。

顛覆本身就是進(jìn)步，我們相信，邁向宇宙空間，將為各種科學(xué)門類帶來(lái)難以預(yù)期的顛覆，把許多今天尚且割裂的事物聯(lián)系起來(lái)，讓模糊的事物清晰起來(lái)，為人類展現(xiàn)關(guān)于客觀世界的全新圖景。

科學(xué)邁向空間面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

如果人類把目光局限于地球，那么無(wú)論生產(chǎn)力如何進(jìn)步，資源與需求之間的矛盾永遠(yuǎn)在不斷發(fā)展。新的科學(xué)和技術(shù)帶來(lái)了對(duì)新資源的開(kāi)發(fā)，在提高人類生活水平的同時(shí)，也在消耗越來(lái)越多的資源。也因此而引起了不同國(guó)家、不同利益群體對(duì)油田、礦山、產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)、定價(jià)權(quán)之間的無(wú)盡爭(zhēng)奪。

如何為人類謀求更加豐富的資源供應(yīng)、更加高效的資源利用，將是科學(xué)事業(yè)在宇宙空間面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。我們預(yù)計(jì)，這個(gè)階段將貫穿整個(gè)21世紀(jì)。

人們?yōu)榱税l(fā)電和驅(qū)動(dòng)交通工具，要大量使用化學(xué)燃料。它們并不是取之不盡、用之不竭的。無(wú)論石油、天然氣、煤炭，還是近期熱炒的可燃冰，都是地球在幾十億年里接受陽(yáng)光照射，積累下來(lái)的太陽(yáng)能。地球上的礦產(chǎn)則是在行星形成之初就存在于地球上的，不會(huì)有補(bǔ)充。人類的能源消耗很快，對(duì)化石能源的消耗速度大大超過(guò)了它們的形成速度，化石能源的耗竭將是歷史的必然。

雖然人類對(duì)地球的了解尚不充分，但可以預(yù)期，人類對(duì)地球資源的開(kāi)發(fā)難度將越來(lái)越大，易開(kāi)發(fā)的化石能源越來(lái)越少，深地層能源開(kāi)發(fā)難度將越來(lái)越大。各種新能源一直不能支撐起現(xiàn)代社會(huì)的運(yùn)行。美國(guó)航空航天聯(lián)合會(huì)研究員麥克·斯尼德在討論天基太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)指出，美國(guó)所擁有的所有的能源資源將在兩三代人之內(nèi)耗盡，或者變得成本太高而無(wú)法使用。而風(fēng)電、地基太陽(yáng)能、大陸核電站都無(wú)法在公元2100年時(shí)充分滿足美國(guó)人的需求。向太空尋求能源，建設(shè)天基太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，將是唯一的手段。

金屬或者非金屬礦產(chǎn)資源問(wèn)題面臨著同樣的處境。在歷史經(jīng)驗(yàn)、地面勘探、航空物探、航天遙感的綜合作用下，人類很快就能完全探明全球地表和淺地下的富礦。在絕大多數(shù)地區(qū)，容易開(kāi)發(fā)的富礦都已經(jīng)在開(kāi)采中，有些甚至已經(jīng)采盡。如果向深層采礦，將會(huì)嚴(yán)重破壞地球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向外星球、特別是小行星采礦，將是唯一的出路。

科學(xué)在宇宙中的遠(yuǎn)景使命

從遠(yuǎn)期來(lái)說(shuō)，人類成為一個(gè)多星球物種將是必然的方向。然而其中并不是沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)的。

美國(guó)喬治梅森大學(xué)的助理教授羅賓·漢森為了試圖解答費(fèi)米－哈特悖論，提出了大過(guò)濾器理論，認(rèn)為，在生命出現(xiàn)前到III型文明出現(xiàn)的過(guò)程中，有一堵幾乎所有生命都會(huì)撞上的墻，這面墻是漫長(zhǎng)的演化過(guò)程中一個(gè)極端困難甚至不可能跨過(guò)的階段，這個(gè)階段就是大過(guò)濾器。而III型文明，是一種能夠動(dòng)用整個(gè)銀河系資源的文明，人類顯然還沒(méi)有達(dá)到。

根據(jù)大過(guò)濾器理論，人類文明的誕生，是一連串的極小概率事件。從原始生命的產(chǎn)生到植物誕生，再到動(dòng)物誕生，到猿人具有智力，期間發(fā)生了無(wú)數(shù)小概率事件。任何一個(gè)階段的意外，都會(huì)讓人類乃至地球生命遭到滅頂之災(zāi)。那么已經(jīng)擁有了智力的人類，必須依靠設(shè)法認(rèn)知和應(yīng)對(duì)前路上的風(fēng)險(xiǎn)，才能繼續(xù)在充滿危險(xiǎn)的宇宙中生存和進(jìn)化下去。

從物種進(jìn)化和人類文明發(fā)展的歷程來(lái)看，有相當(dāng)多物種、相當(dāng)多人類民族并沒(méi)有能通過(guò)大過(guò)濾器，就此湮滅在歷史長(zhǎng)河中。延續(xù)至今的民族和物種，實(shí)際上一直是在無(wú)盡風(fēng)險(xiǎn)中走鋼絲。對(duì)具體的人類文明來(lái)說(shuō)，不能通過(guò)大過(guò)濾器的風(fēng)險(xiǎn)，并沒(méi)有因?yàn)楣I(yè)化、信息化而消失，有時(shí)候甚至更加嚴(yán)重了。對(duì)整個(gè)人類來(lái)說(shuō)，如果不能通過(guò)大過(guò)濾器而成為一個(gè)多星球物種，可能就會(huì)逐步走向沒(méi)落甚至滅絕。

科學(xué)的使命，就是保持對(duì)客觀世界的認(rèn)知和前瞻，預(yù)知文明前進(jìn)道路上的風(fēng)險(xiǎn)，在眾多陷阱中探尋出一條可以前行的道路。從這個(gè)角度說(shuō)，我們今天所建立起來(lái)的各種學(xué)科，必須要不斷擴(kuò)展的視野，向未知的領(lǐng)域進(jìn)軍。也就是說(shuō)，為了支撐和引導(dǎo)人類成為多星球物種，各個(gè)學(xué)科都必須要走向宇宙。

前瞻人類作為多星球物種的遠(yuǎn)景，空間實(shí)驗(yàn)室，將是科學(xué)事業(yè)邁向宇宙空間的關(guān)鍵里程碑。

中國(guó)空間實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)的科學(xué)機(jī)遇

人類從遠(yuǎn)古發(fā)展至今，活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大。從溫暖濕潤(rùn)的草原地帶逐步擴(kuò)大到整個(gè)陸地、海洋和空中。人類走向宇宙、成為多星球物種，將是歷史的必然。而這個(gè)進(jìn)程，必須以科學(xué)探索為先導(dǎo)。

空間探索，是一個(gè)我們已經(jīng)落后太多的領(lǐng)域。當(dāng)美國(guó)建立國(guó)家航空航天局，決心奔向火星的時(shí)候，我們的工業(yè)化進(jìn)程剛剛起步。當(dāng)美國(guó)人登上月球的時(shí)候，我們還沒(méi)有能夠發(fā)射人造衛(wèi)星。當(dāng)旅行者一號(hào)探測(cè)器起飛的時(shí)候，我們才剛剛叩開(kāi)太空的大門。但是，歷史在今天給了中華民族一個(gè)難得的機(jī)會(huì)。

到2020年前后，中國(guó)將擁有獨(dú)立自主的大型空間站。第一次和西方發(fā)達(dá)國(guó)家具備了同樣的科學(xué)研究工具。中國(guó)自主空間站的客觀條件甚至比國(guó)際空間站更加優(yōu)越——因?yàn)椴恍枰虿煌瑖?guó)家、不同技術(shù)體系、不同管理模式、不同時(shí)區(qū)做妥協(xié)，中國(guó)空間站的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行可以在更加優(yōu)化的模式下進(jìn)行。

中國(guó)自主空間站的建成，不但是科學(xué)和工程技術(shù)上的重大成就，也是重大的挑戰(zhàn)。我們能不能抓住這個(gè)難得的歷史機(jī)遇，以空間站為基點(diǎn)，為中華民族、為全人類源源不絕地貢獻(xiàn)出科學(xué)成果？還是讓這個(gè)偉大的成就再一次成為鄭和艦隊(duì)？

上述科學(xué)研究工作對(duì)于人類文明的延續(xù)和發(fā)展，對(duì)于中華民族及其文明傳統(tǒng)的延續(xù)和發(fā)展，都具有決定性的意義。中華民族能不能引導(dǎo)人類走向多星球物種的道路，能不能引領(lǐng)大航天時(shí)代的科學(xué)發(fā)展？如果不能，將會(huì)再次面臨大航海時(shí)代末期那樣亡國(guó)滅種的危險(xiǎn)。