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来源:光明日报

《2021中国的航天》白皮书日前发布,除了系统介绍2016年以来我国在航天领域的重大工程和科学应用外,也介绍了未来5年我国航天事业发展的主要任务、政策与措施、国际交流与合作等内容。“中国航天重大工程正处在一个承上启下的转折点。”国家航天局副局长吴艳华介绍,15年前启动的重大工程项目基本到了收官收尾和正常运营应用阶段,现在正在规划实施未来15年新的重大工程、重大任务,“中国航天过去更加注重空间技术推动,新时代我们更强调以空间应用和空间科学研究的新发现来引领技术创新,推动可持续发展”。

  未来五年,哪些亮点值得期待

  运载火箭形成陆地、海上多样化的发射能力,5年来共实施207次发射;

  中国空间站建造全面实施,6名航天员先后进驻,开启了有人长期驻留时代;

  嫦娥四号首次着陆月背巡视探测,嫦娥五号带回1731克月壤;

  天问一号实现中国航天从地月系到行星际探测的跨越,在火星上首次留下中国印迹;

  北斗全球卫星导航系统建成开通,高分辨率对地观测系统形成体系能力……

  5年来,重大工程的实施,对我国空间科学起到了巨大的推动和带动作用。

  比如在历史演化方面,“通过对月球浅层结构的研究,对月球的演化历史,特别是在地质方面,取得了新的认知。”国家航天局探月与航天工程中心主任刘继忠介绍,通过对嫦娥五号月球样品的分析和研究,把月球地质活动时间轴从原来大家认为的30亿年推演到20亿年,也就是说月球年轻了10亿年左右,“这些对月球的认知,包括对月球地貌的演化,都起到非常关键的作用”。

  刘继忠表示,从物质能量来讲,通过前期研究,发现了新的月球深部物质类型,同时也发现迄今比较精确的宇宙射线能谱精细结构;从空间环境来讲,通过几年科学研究,对月球粒子辐射剂量有了新的认知,得到了新的数值。

  “我们还发现月球微磁层,对太阳风与月球相互作用建立了新模型、新机理,通过从空间对地球的观测,也对地球等离子体层的整个活动演化取得了新的认知。”刘继忠说。

  基础坚实,未来可期。那么,“十四五”期间,中国航天有哪些值得期待的亮点?

  据吴艳华介绍,“十四五”期间,我国要启动一批新的航天重大工程,包括探月工程四期、行星探测工程,还要论证实施重型运载火箭等一批重大工程,批复以后要接续实施。

  “我们要推动空间技术、空间应用一体化协同发展,尤其是要协同构建空间基础设施,包括通信、导航、遥感三类卫星,形成完善的空间基础设施,推广卫星应用,广泛服务于经济社会发展,同时为全世界服务。”吴艳华表示,下一步,将统筹规划空间科学探索,发射一批用于科学论证的卫星。同时我们要用好空间站、月球探测和行星探测这些平台,深入开展科学研究,争取有原创性的科学发现,为人类作出贡献。

  划重点 “羲和号”探日成果可期

  “羲和号”卫星是我国首颗太阳探测的科学技术实验卫星。在嫦娥五号成功实现月球采样返回,天问一号成功实现对火星的“绕、落、巡视”探测之后,“羲和号”让我国在一年的时间之内,实现了对太阳系中的地球、行星以及太阳探测的全覆盖,奏响了我国深空探测的“三重奏”。

  经过三个多月的在轨测试和实验,“羲和号”卫星已经完成了卫星平台技术验证40多次,对太阳进行了探测成像290多次,卫星的平台及有关载荷工作稳定正常,功能和性能满足研制总要求。

  目前,“羲和号”卫星已经取得了一系列技术和科学实验成果。据国家航天局对地观测与数据中心主任赵坚介绍,一是在轨验证了新型高精度卫星平台的超高指向精度和超高稳定度技术,与传统的同等惯量卫星平台相比,这颗卫星的指向精度和稳定精度均提高了两个数量级。二是在太阳科学探测方面,这是在国际上首次在轨获得了太阳H-α谱线,全日面的H-α波段的光谱图像。

  太阳H-α谱线是什么?“这是光子与氢原子相互作用后,电子能级跃迁产生的谱线,是太阳爆发时响应最强烈的一个谱线,能够直接反映爆发的特征。”赵坚介绍,以前人类对太阳的观测,H-α谱线只能在地球上进行探测,但因为受到大气扰动,这个数据是不连续、不稳定的。

  “现在通过卫星在轨进行探测,就可以去掉这些不稳定因素,对太阳进行高分辨率的观测和成像,可以更加准确地获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化,进而建立起太阳爆发从光球到日冕的能量积累、释放、传输的完整物理模型,对研究太阳爆发的动力学过程及物理机理提供关键数据,有望获得有国际影响力的科学产出。”赵坚说。

  关于我国未来的探日计划,赵坚表示,目前科学家们正在开展相关的论证研究,将进一步了解太阳构造,确定太阳活动特征,掌握其机理和活动规律,更好地预报空间天气,造福人类。

  划重点 嫦娥八号2030年前发射

  目前国家已批复探月工程四期任务,包括嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号任务,这三项任务将在未来10年陆续实施。

  “我们已经发射的嫦娥四号,落在了月球背面,任务已成功实施。”刘继忠表示,后续还有三次任务。嫦娥六号要到月球的高价值地区进行采样返回,后续还有新的月壤、新的样品返回地球。嫦娥七号主要是对月球极区进行科学探测,特别是对月球的水分布进行探测。嫦娥八号则将实施极区的科学探测以及为科研站后续的关键技术进行验证。

  “整个探月四期,我们基本上要达到建设科研站基本型的目标,同时也是为后续我们与国际合作建设国际月球科研站打下基础。这些任务我们和国际同行也在密切沟通协调,将一起合作开展相关探测。”刘继忠介绍,比如,嫦娥七号任务已经和俄罗斯的“luna-26”签订了协议,共同进行探测。“按照目前整体研制进展,在2025年前后,我们将完成嫦娥六号和嫦娥七号的相关工作,同时开展嫦娥八号的研制;在2030年之前,要完成嫦娥八号发射。2030年以前,探月四期能够取得预期成果。”

  划重点 建设国际月球科研站

  “总体来说,像地球的南极站、北极站一样,未来倾向于在月球南极建成地面科考设施,在月轨、月表建设科研实验设施,开展多学科、多目标科研工作。”吴艳华介绍说。

  那么,国际月球科研站是什么?后续如何开展工作?

  我国将和俄罗斯共同建设国际月球科研站。“我们的嫦娥六号、嫦娥七号和俄罗斯规划的相应任务,用5年左右的时间,完成建站之前的勘察工作。我们再用10年左右的时间,完成设施建设。建设月球科研站就像建立一个小城镇一样,它要有能源系统,要有通信导航系统,要有远程运输系统,要有天地往返系统,还要有地面支持系统。如果考虑到远期有人常驻的目标,还要有生命保障系统。”吴艳华表示,计划2035年以后,根据各个国家、各个组织的科考任务分次到月球上做科考。

  “中俄两国航天机构还要向全世界正式发布建设国际月球科研站的宣言,把建设原则、参与宗旨向国际社会发布。”吴艳华透露,总的来说,在任务或者项目的各个阶段,包括建设的各种任务层级,无论是系统级、分系统级还是设备级,还是科学数据共享研究级,包括天地支持级,“我们都不设限,一块儿来建”。

  投入产出比1∶10,航天回报“经济账”这么算

  花这么多钱搞航天值不值?这是一个经常会被问到的问题。

  不说情怀与责任,仅算经济账,航天探索的回报也极为可观。“航天的发展确实是需要高投入。但是,航天及其应用所产生的效益更大。据初步统计,可以达到1∶10以上的投入产出比。”据国家航天局对地观测与数据中心主任赵坚介绍,目前,航天应用已经广泛用于国土资源调查、环境保护、农业发展、林草监测、防灾减灾、气象预报、海洋开发、交通运输、教育医疗、城乡建设等经济社会各个领域,衍生出的新技术应用,也已经进入千家万户,老百姓也能切身体会到航天科技所创造的美好生活。

  赵坚举例,通信广播卫星可以为民众开通全球移动通信、广播电视直播以及提供高速宽带上网,极大方便了人们在信息时代的数字化生活;卫星导航定位成了百姓日常生活中不可或缺的助手,极大方便了人们的交通和出行,改变了人们的生产和生活方式;气象卫星可以提供全球和特定地区的精准气象预报,为人们的衣食住行提供暖心、周到的气象保障。

  比如,人们在飞机、高铁上处理公务、休闲学习的需求越来越迫切,但时断时续的信号带来诸多不便。

  在第六个“中国航天日”航天产业成就展上,航天科工二院25所先进通信技术研究室主任杨健就介绍过一款名为“二维相控阵用户站”的创新产品。这款产品安装在高铁上后,作为天基宽带互联网系统的重要一环,能建立起用户与卫星间的数据传输链路,微信发不出去、电话接不进来等问题都能迎刃而解,实现极速上网。“别看这个相控阵用户站不起眼,看上去仅有笔记本电脑大小,没有机械部件。但它是优化通信信号的利器,容易携带,适用于航空、航海、汽车等多种场景。”

  在防灾减灾方面,卫星由于不受极端天气干扰正好大显身手!

  据介绍,为应对去年郑州突发特大暴雨造成的严重洪涝灾害,国防科工局重大专项工程中心紧急启动应急响应机制,调用高分三号SAR卫星以及高分六号等卫星开展应急成像。两天时间安排卫星成像4次,获取灾区有效数据5景,第一时间提供给应急管理部、水利部等应急单位,高效发挥了航天应急信息支持作用。

  “高分卫星制作的台风观测高清云图,可以清晰地观测到台风眼的结构以及运动变化的规律,对全球全年产生的台风无漏报,极大地减少了防灾减灾的成本,并在预防森林大火和应对洪涝灾害等方面也发挥了十分重要的作用。”赵坚介绍,前一段时间汤加发生火山爆发,中国国家航天局应急启动了对地观测卫星系统,调动了十余颗卫星进行高频次观测,及时将相关影像数据提供给国际组织,贡献中国力量。

  “致广大而尽精微”是航天技术发展的重要遵循。在推动空间科学、空间技术跨越发展的同时,必须算好、用活这笔“经济账”。“航天技术的进一步开发和利用,将帮助我们共同守护好这颗蓝色星球,造福民众。”赵坚言词肯定地说。(记者 崔兴毅) 

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